無線感測網路運用於台灣不同林分微氣候觀測

Microclimate Monitoring of Landscape Patches by Wireless Sensor Network in Taiwan

台大實驗林	台灣大學	識方科技
賴彥任	邱祈榮	楊曜榮

研究動機與方法

動機：

氣象站須位於空曠地點可否代表林內微氣候環境？若不能，又有多少差異？

研究目的：

於台灣的生態領域率先嘗試運用無線感測網路於森林不同林分微環境資料收集，以提供生理生態及物候相關研究之用。

研究方法：

共採用30個Motes,其中2個為base station。

5分鐘量測1次，mote啟動時間相對百分比2%。

研究地點：台灣大學實驗林溪頭營林區周遭的苗圃、柳杉林、台灣杉林及銀杏林等林分統一量測3m高的氣溫及相對濕度，另於柳

杉林觀測8.45m、銀杏林觀測9m及11m高的氣溫及相對濕度。

基地站離最遠觀測Mote為420m。


研究區域在台灣的相關位置		Mote佈設相關位置

系統隔空控制

Mote封裝與安裝

LED可控制開關。

除感測器外，整個IC板塗上一層絕緣防水漆。

可設定量測時間間距。

整個mote裝於通風筒內。

可設定mote開啟時間長度。

可快速安裝與拆卸設計。

可設定mote強制reset。

在經常處於高濕度狀態之研究區域內，已持續良好運作3個月。

韌體更新。

感測計率定

	溫度感測器(Sensirion SHT15)		微氣象站內進行戶外率定
	- Resolution：<=0.04°C
	- Accuracy： <= 0.3°C at 25°C
	濕度感測器(Sensirion SHT15)
	- Resolution ： <=0.5%RH
	- Accuracy： <= 2.0%RH at 25°C
與Vaisala-HMP45D比對，進行戶外率定，結果不如預期良好，
16°C以上時，會有較大的變異。


		溫度戶外率定	相對濕度戶外率定
與Rotronic-MP101比對，在室內的防潮箱內率定，結果符合
Sensor原廠之保證。


		溫度室內率定	相對濕度室內率定

資料回傳率情形

於5分鐘偵測間隔，並開啟6秒之條件下，統計發現回傳成功比例與			跳接數與回傳比例關係
跳接數有明顯呈反比的趨勢，跳接數愈多回傳資料成功率愈低。目
前仍未找出確切原因，且此問題亦存在於其他WSN運用研究報告之
中，因此可能是TinyOS作業平台仍未克服的問題。

電池耗電情形

本研究採用過美國金頂鹼性電池、Panasonic大流量鹼性電池、Panasonic氫氧電池、Toshiba搖滾鹼性電池以及Sanyo 2500mA鎳氫充電電池以為
電力來源，經分析，對無線感測網路節點所能提供之操作電壓從3.0V耗損至2.1V，所能耐用時間幾乎相同。當duty cycle=66%時，2顆3號電池約可
用7天；當duty cycle=5%時，則可用14天。再者，Sanyo2500mA鎳氫充電電池可重複使用，未來配合太陽能板持續充電，大幅增加運作時期並減
少電池替換次數，應為未來在供電上可努力的方向。

不同林分微氣候監測

	觀測結果顯示3m的中午氣溫較微氣象站低約2～3℃；夜晚則無
	太大差異。相對濕度則於白日較微氣象站高約5~10%。


	銀杏林放置於11m處的氣溫較林內3m處高約1℃。位於銀杏林
	邊界處之氣溫反應則居兩者之間。


	台灣杉林內的相對濕度於白日較微氣象站高約10%；夜晚則較微
	氣象站低約5~10%。

結論與未來期望

	初步觀測結果證實林外微氣象站與林內的微氣象有一定的落差。
	mote經過防濕絕緣處理並放置於通風筒內，應可承受台灣高濕環境。然而對於暴雨的承受能力仍待夏天颱風的考驗。
	目前回傳成功率偏低情形，仍待未來努力改善。
	以2% duty cycle進行量測，3號電池只能使用一個月，於野外試驗仍然太短，應改善目前觀測邏輯節省電力消耗，並嘗試整合充電電池與太陽能
	板，以延長儀器可觀測時間。
	Mote之溫濕度及太陽輻射感測計放置於相鄰位置，兩者量測條件互斥，無法一起量測使用，建議未來IC版設計配置時，應予以改善。