智能农业系统是一个远程采集农业信息,并在此信息基础上分析作出决策的智能系统,无线传感器网络作为一个新型的无线通信技术在智能农业系统中的应用越来越广泛。通常传感器节点是由单片机和各类传感器以及射频芯片组成,节点所具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都是有限的。媒体介质访问控制层是影响节点功耗的关键部分,本文的主要任务就是研究智能农业系统中基于实时嵌入式操作系统的低功耗多信道MAC协议。主要内容包括传感器节点硬件设计和嵌入式操作系统改进以及多信道MAC协议软件设计实现,从而实现降低传感器节点的功耗,延长传感器节点生命周期。首先,设计了传感器节点硬件。传感器节点硬件是整个系统研究的硬件平台。传感器节点主要包括核心模块、电源模块、无线通信模块、数据采集模块和RS-232通信模块。传感器节点硬件电路功耗在无线传感器网络总功耗中占很大的一部分,其设计是否合理对整个节点的生命周期有很大的影响。实验结果表明,通过对硬件的合理设计,可以降低传感器节点功耗,提高传感器节点生命周期。然后,对嵌入式操作系统的改进及实现。主要包括嵌入式操作系统的移植、操作系统的时间管理改进和任务调度设计。操作系统的时间管理是整个操作系统的心脏,同时还影响系统的响应时间以及系统的功耗。本文根据系统任务和硬件条件的不断变化来改变时间片,而不是使用传统的固定时间片,这样不仅保证了系统响应时间,同时还降低了系统的功耗。任务调度管理系统中各个任务的执行顺序。通过设置各个任务的优先级可以使需要紧急执行的任务优先完成。最后,设计并实现了多信道MAC协议。包括伪随机信道序列、邻居表管理、时间同步、邻居发现以及节点发送和接收数据。伪随机信道序列和时间同步保证了各个节点知道周围一跳范围内邻居的工作信息,邻居发现使各个节点发现周围存在的邻居。利用预算出的目标节点的工作信道进行节点之间的通信。由于在同一时间段各个节点工作信道不同,从而降低了信道冲突的概率,减少了节点侦听时间,降低了节点功耗。