序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]十篇無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

篇（1）

中圖分類號(hào)：TP212.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）8012502

1引言

近些年來(lái)，空氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，室內(nèi)有害氣體污染狀況不容樂(lè)觀，引起室內(nèi)空氣污染的物質(zhì)多種多樣，最普遍的當(dāng)屬甲醛。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有氣w檢測(cè)設(shè)備研發(fā)起步較晚，穩(wěn)定性不足，通信能力差。因此研發(fā)一款具有無(wú)線傳輸功能的氣體檢測(cè)設(shè)備是極其重要的。

設(shè)計(jì)并研發(fā)了基于STM32的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，儀器核心為STM32微處理器，運(yùn)用甲醛傳感器實(shí)時(shí)采集室內(nèi)甲醛濃度信號(hào)，將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏，同時(shí)又具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

采用高精度甲醛傳感器進(jìn)行系統(tǒng)前端信號(hào)采集，將甲醛濃度物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給微處理器控制部分進(jìn)行處理和運(yùn)算，在液晶顯示屏上顯示室內(nèi)甲醛實(shí)時(shí)濃度數(shù)值。另一方面，用戶可通過(guò)智能手機(jī)等無(wú)線設(shè)備向WIFI模塊發(fā)送指令，單片機(jī)接收指令后再做出相應(yīng)操作，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖如圖1所示。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

開(kāi)發(fā)的硬件主要包括：微處理器最小系統(tǒng)、電源供電模塊、中文液晶顯示屏、甲醛采集模塊、溫濕度采集模塊、WIFI模塊、蜂鳴報(bào)警模塊等。硬件架構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)采用ST公司出品的STM32F103C8T6微處理器，具有低功耗、最大集成度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理速度快、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。其最小系統(tǒng)的電路原理圖如圖3所示。

甲醛傳感器采用的型號(hào)是MS1100-P111VOC，該型號(hào)傳感器具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種進(jìn)口的半導(dǎo)體式傳感器。具體電路圖如圖4所示。

溫濕度傳感器采用的型號(hào)是DHT11，該傳感器電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、功耗很小，可以自動(dòng)休眠，具體電路圖如圖5所示。

顯示屏采用Usart-GPU串口液晶屏，由于價(jià)格低

廉，受到廣大用戶喜愛(ài)，無(wú)需轉(zhuǎn)編號(hào)，支持直接漢字驅(qū)動(dòng)、真彩圖形顯示。顯示屏與STM32微處理器的接口原理圖如圖6所示。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用模塊化和層次化的設(shè)計(jì)方法，使用C語(yǔ)言進(jìn)行代碼編寫?；谲浖K化開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，編寫了STM32硬件初始化模塊、甲醛傳感器采集模塊、溫濕度傳感器采集模塊、Usart-GPU串口液晶顯示模塊、蜂鳴報(bào)警模塊等的驅(qū)動(dòng)程序。軟件流程圖如圖7所示。

該系統(tǒng)樣機(jī)軟硬件已經(jīng)設(shè)計(jì)制作完畢，同時(shí)進(jìn)行了設(shè)備的測(cè)試，結(jié)果顯示該系統(tǒng)可以完成甲醛濃度、溫濕度采集，液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前室內(nèi)空氣質(zhì)量情況。如果甲醛濃度超標(biāo)，蜂鳴器則發(fā)出聲音告警信息，提示用戶。該系統(tǒng)實(shí)物照片如圖8所示。

5結(jié)語(yǔ)

研制和開(kāi)發(fā)了基于STM32的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用甲醛傳感器、溫濕度傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，并將甲醛的濃度值、溫濕度值實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示屏上，可以通過(guò)WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。如果空氣中甲醛超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)安全閾值，系統(tǒng)會(huì)立刻進(jìn)行蜂鳴報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣污染物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。測(cè)試結(jié)果證明，所有功能能夠完整地實(shí)現(xiàn)，可靠性高，該系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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篇（2）

1 研究背景及意義

近年來(lái)新興了一種性能穩(wěn)定、傳輸效果較好的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，主要用于傳感器間近距離無(wú)線通信連接。基于這種無(wú)線的傳輸技術(shù)而開(kāi)發(fā)的硬件模塊，具有低成本，低功耗，協(xié)議簡(jiǎn)單，安全可靠，自動(dòng)組網(wǎng)等特點(diǎn)。目前，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，并被應(yīng)用于多種行業(yè)。

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)的過(guò)程一般為接受任務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和收集資料，監(jiān)測(cè)計(jì)劃設(shè)計(jì)，優(yōu)化布點(diǎn)，樣品采集，樣品運(yùn)輸和保存，樣品的預(yù)處理，分析測(cè)試，數(shù)據(jù)處理，綜合評(píng)價(jià)等。同時(shí)監(jiān)測(cè)地域的分散性，環(huán)境變化過(guò)程的緩慢性，監(jiān)測(cè)的時(shí)間跨度也很大，所以目前常采取的是周期性的間斷監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，對(duì)突發(fā)狀態(tài)現(xiàn)象調(diào)查無(wú)法完成，而應(yīng)用這種無(wú)線傳輸技術(shù)的監(jiān)測(cè)平臺(tái)可以隨時(shí)不間斷的進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 基于無(wú)線傳輸?shù)沫h(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本文將無(wú)線傳輸技術(shù)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，搭建環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)，該平臺(tái)將具備連續(xù)性、追蹤性的特點(diǎn)，對(duì)突發(fā)環(huán)境事件的研究提供幫助。將來(lái)隨著該平臺(tái)研究更加成熟，還將具備綜合性特點(diǎn)，非常符合環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求。首先將開(kāi)發(fā)的微傳感器節(jié)點(diǎn)模塊按照一定要求布置在監(jiān)測(cè)環(huán)境中，實(shí)時(shí)采集各類環(huán)境數(shù)據(jù)，然后通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)（具有協(xié)調(diào)器和路由的功能）將數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)關(guān)，最后網(wǎng)關(guān)將收集到的整個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的信息通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)傳給基站。基站與一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和 Internet 網(wǎng)聯(lián)接，將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。最后，終端用戶可以通過(guò) Internet 網(wǎng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)得到自己感興趣的信息，并且能夠根據(jù)需要作出下達(dá)指令，控制節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及下達(dá)控制操作的目的。

1）無(wú)線技術(shù)綜述：Zigbee 技術(shù)是專門為了低功耗的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的通信協(xié)議，通過(guò)對(duì)比 Zigbee技術(shù)和其它無(wú)線通信技術(shù)的特點(diǎn)，總結(jié)出 Zigbee 技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)選擇。本文重點(diǎn)從整個(gè)構(gòu)架上闡述了基于 Zigbee 環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)的系統(tǒng)研究。為了適合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳感和控制設(shè)備通信的特定的需求，傳感和控制設(shè)備的通信并不需要高的帶寬，但是他們要求快速的反應(yīng)時(shí)間，非常低的能量消耗，以及大范圍的設(shè)備分布。Zigbee 協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生，它繼承了以往協(xié)議的優(yōu)勢(shì)，為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳感和控制設(shè)備之間的通信提供了一個(gè)極好的解決標(biāo)準(zhǔn)。

2）系統(tǒng)建設(shè)：通過(guò) Zigbee 協(xié)議采用自組網(wǎng)和多跳的通信方式將環(huán)境的變化量傳送給了它的上一級(jí)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將收集到的所有子網(wǎng)絡(luò)的信息，通過(guò)事先編譯好的系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)傳給更上一級(jí)的中心服務(wù)器。中心服務(wù)器有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)專門存放這些環(huán)境的變化量，將它和 Internet 網(wǎng)連接。這樣，用戶終端就可以通過(guò)手機(jī)或 PC 機(jī)通過(guò)相應(yīng)的服務(wù)程序直接訪問(wèn)到 Internet 網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)得到用戶所需要的外界環(huán)境的信息。當(dāng)然，隨著這一技術(shù)的不斷深入發(fā)展，用戶終端只需按下鍵盤在千里之外的辦公室就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能節(jié)點(diǎn)的控制。

3 智能節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

智能節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)包括主控制器模塊選擇，通信模塊選擇，各種環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器選擇等。通過(guò)比較選擇了環(huán)境監(jiān)測(cè)中用到的幾種傳感器，分析它們的型號(hào)、特點(diǎn)、輸出模式以及外部接口電路。

1）智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)：智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)最核心的部分，它直接放置在監(jiān)測(cè)環(huán)境內(nèi)部，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸?shù)裙δ?。?jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)必須滿足具體應(yīng)用的特殊要求，例如小型化、低成本、低功耗，并為節(jié)點(diǎn)配備合適的傳感器、必要的計(jì)算功能、內(nèi)存資源以及適當(dāng)?shù)耐ㄐ旁O(shè)備。傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由四個(gè)模塊組成：傳感器模塊（A/D 轉(zhuǎn)換、傳感器）、處理器模塊（微處理器、存儲(chǔ)器）、無(wú)線通信模塊（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、MAC、收發(fā)器）、電源供應(yīng)模塊（電池、AD-DC）。本設(shè)計(jì)在原有基礎(chǔ)上添加標(biāo)準(zhǔn)化的接口平臺(tái)和控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用的傳感器的添加，以及用戶可以下達(dá)命令對(duì)開(kāi)關(guān)量，模擬量和數(shù)字量執(zhí)行控制。

2）微控制器選擇：微控制器模塊是環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)的核心部分，在微控制器的選擇上，需要綜合考慮其存儲(chǔ)、處理、接口和功耗等多方面因素對(duì)硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)功能的支持。我們選用了 Texas Insterument MSP 430 微控制器芯片，它是專門為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的超低功耗控制器。采用 16 位 RISC 核，時(shí)鐘頻率較低（4MHz），可以適用于不同類型設(shè)備的指令集。它以可變的片上 RAM（存儲(chǔ)范圍為 2～10KB）、幾個(gè) 12 位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘為特征。它的功能很強(qiáng)大，可以執(zhí)行一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的基本計(jì)算任務(wù)

3）通信模塊選擇：通信模塊是傳感器組網(wǎng)的必備條件，使得獨(dú)立的傳感器節(jié)點(diǎn)之間可以互相連接，并能借助多跳將數(shù)據(jù)回傳到節(jié)點(diǎn)，即數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，大量的節(jié)點(diǎn)被放置在被監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)，能量消耗以及外部對(duì)信號(hào)的干擾，選擇芯片時(shí)要充分考慮通信模塊抗干擾能力以及能量消耗問(wèn)題，即在滿足信號(hào)處理要求的同時(shí)盡可能地抵抗干擾和降低系統(tǒng)能耗，延長(zhǎng)平臺(tái)工作時(shí)間。

4）傳感器模塊：傳感器是環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)中負(fù)責(zé)采集監(jiān)測(cè)對(duì)象相關(guān)信息的組件，與應(yīng)用緊密相關(guān)，不同的應(yīng)用對(duì)涉及的檢測(cè)量也不相同，有可能是一個(gè)模擬量（溫度、濕度、光強(qiáng)、氣體含量等），也有可能是一個(gè)數(shù)字量（信號(hào)鏈路質(zhì)量）或者是一個(gè)布爾值（閾門開(kāi)關(guān)、電閘的開(kāi)合和繼電器的位置等）。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，傳感器模塊主要添加的常用傳感器有全光譜光強(qiáng)度傳感器、可見(jiàn)光譜光強(qiáng)度傳感器、有毒氣體監(jiān)測(cè)傳感器、溫濕度傳感器等。

5）控制平臺(tái)：大多數(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集和傳輸是系統(tǒng)的主要工作，盡量避免對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)象造成影響，以保證數(shù)據(jù)采集精度。但是，對(duì)于諸如農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控之類，用戶希望不僅可以了解農(nóng)田的各種環(huán)境參數(shù)變化，而且可以根據(jù)采集信息的變化情況對(duì)農(nóng)田環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。例如，在蔬菜大棚內(nèi)，溫濕度是影響蔬菜生長(zhǎng)的一些重要因素，當(dāng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)監(jiān)測(cè)到溫濕度高于或低于適合蔬菜生長(zhǎng)的范圍時(shí)需要采取一定的措施來(lái)改變大棚內(nèi)環(huán)境溫濕度，比如控制噴淋開(kāi)或關(guān)，這就需要引入執(zhí)行器進(jìn)行控制。在不同應(yīng)用中，執(zhí)行器的功能與作用各不相同，可能是一個(gè)繼電器開(kāi)關(guān)，也可能是一組運(yùn)動(dòng)裝置或數(shù)控設(shè)備，具體需要由系統(tǒng)應(yīng)用所針對(duì)的對(duì)象決定。

6）電源模塊：電源模塊是環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)的能量來(lái)源，電源技術(shù)的好壞決定了網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)間的長(zhǎng)短和系統(tǒng)運(yùn)行成本。目前還沒(méi)有找到更高效使用時(shí)間更長(zhǎng)的高能量電池，我們使用的是兩節(jié)AA 電池，實(shí)驗(yàn)效果顯示可以維持一個(gè)節(jié)點(diǎn)工作半個(gè)月時(shí)間。

7）其他硬件設(shè)計(jì)：節(jié)點(diǎn)模塊采用 USB 口作為其程序調(diào)試下載端口。使用FTDI USB控制器芯片控制器和主機(jī)通訊，為了和節(jié)點(diǎn)通訊，必須在FTDI設(shè)備上安裝FTDI驅(qū)動(dòng)。節(jié)點(diǎn)模塊將會(huì)在windows設(shè)備管理器中以串行口出現(xiàn)。并行的無(wú)線傳感器可以同時(shí)連接到一臺(tái)電腦的USB口，每個(gè)點(diǎn)，將會(huì)接收到不同的串行通信口標(biāo)識(shí)符。天線節(jié)點(diǎn)模塊的內(nèi)置天線是一個(gè)倒F型的微波傳輸帶，它從電路板底部伸出，遠(yuǎn)離電池組。倒F型天線是有線單極子，它頂部的截面被折疊下來(lái)與地線平行。在讀出或?qū)懭腴W存中數(shù)據(jù)的時(shí)候必須要謹(jǐn)慎，因?yàn)樗呛蜔o(wú)線電通信交叉存取的。這是總線在微控制器上的典型軟件應(yīng)用。

4 平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

該環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)主要通過(guò)操作系統(tǒng) TinyOS 和編程語(yǔ)言 NesC 來(lái)完成。本章通過(guò)典型應(yīng)用分析了模塊化、基于組件的編程案例。將模塊化的程序設(shè)計(jì)移植于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，列出了該平臺(tái)的軟件流程圖。最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)了一套可視化數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。該平臺(tái)的軟件開(kāi)發(fā)通過(guò)開(kāi)源式 TinyOS 操作系統(tǒng)和基于組件的 NesC 編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能，程序開(kāi)發(fā)周期短，便于修改，對(duì)于各種環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器的添加也很方便。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)使人們?cè)谵k公室就可以直觀的看到各種傳感器采集的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，足不出戶就可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提煉分析，觀測(cè)環(huán)境變化的一舉一動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了 24 小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，對(duì)突發(fā)環(huán)境情況變化的研究提供了可能。

5 總結(jié)與展望

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于無(wú)線傳輸技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它通過(guò)使用由大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)所監(jiān)測(cè)的環(huán)境進(jìn)行不間斷的高精度信息采集。本文在以下一些方面做了基礎(chǔ)性研究和探討。搭建了基于無(wú)線傳輸技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)具有數(shù)據(jù)采集和上傳、網(wǎng)絡(luò)可視化、遠(yuǎn)程控制等功能。在過(guò)去智能節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)上存在接口不容易擴(kuò)展問(wèn)題，主要是由于環(huán)境監(jiān)測(cè)中需要添加的傳感器類型不同導(dǎo)致輸出信號(hào)格式不同，另外還有主控芯片輸入接口不夠用等問(wèn)題。針對(duì)這些展開(kāi)研究，設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)化接口電路，實(shí)現(xiàn)了接口擴(kuò)展。最后需要利用該平臺(tái)進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)和調(diào)試，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，將該平臺(tái)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)是具有一定科研意義的。

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篇（3）

目前，信息化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)不斷提高，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行融合，使其功能更加完備，同時(shí)讓其優(yōu)點(diǎn)更加突出。文中將對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用的概況進(jìn)行闡述，并對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行具體的研究，旨在提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作效率。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用的概況

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：其一，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本低，其網(wǎng)絡(luò)具有自組性，成本較低，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的網(wǎng)絡(luò)布置。其二，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能更高，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)可以通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳送，在保證其成本的同時(shí)，還能夠保證其功耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了其性能的提升。其三，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、抗毀性增強(qiáng)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用過(guò)程中，將面對(duì)各種復(fù)雜的情況，其網(wǎng)絡(luò)將滿足不同的需求。

1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用的現(xiàn)狀

目前，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)也在不斷提高，通過(guò)對(duì)其研究，發(fā)現(xiàn)其發(fā)展速度是驚人的，其技術(shù)不斷應(yīng)用到實(shí)際工作中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的作用愈加顯著。但在我國(guó)的許多部門還未能對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的應(yīng)用，主要是由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新鮮事物被人們接受需要一定的時(shí)間，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)還沒(méi)有被及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，且對(duì)其學(xué)習(xí)、掌握的程度普遍偏低；同時(shí)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)還有待進(jìn)一步提高，對(duì)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等方面的技術(shù)還需要深入研究。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)融合了各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如：微電子技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)等，對(duì)這些技術(shù)的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確定、真實(shí)性，通過(guò)監(jiān)測(cè)、感知、采集各種環(huán)境中的信息，并對(duì)其進(jìn)行處理，再通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行傳送。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成主要有以下幾方面：傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、外部網(wǎng)絡(luò)與用戶界面。無(wú)線傳感器的節(jié)點(diǎn)設(shè)置在感知區(qū)域范圍內(nèi)，通過(guò)自組方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，并將采取的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，在傳遞過(guò)程中其數(shù)據(jù)將被節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)，通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一處理。

傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有著特殊的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面：第一，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大。在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)將設(shè)置大量的節(jié)點(diǎn)，對(duì)其環(huán)境能夠進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，并且傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)置十分密集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)范圍信息的準(zhǔn)確獲取，提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)性能。第二，網(wǎng)絡(luò)的自組織。傳感器網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用過(guò)程中，其節(jié)點(diǎn)將設(shè)置在不固定的地方，讓其進(jìn)行自組，具有較強(qiáng)的自組織能力，同時(shí)將形成對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。第三，網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性、可靠性。傳感器網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性、可靠性，對(duì)變化的環(huán)境具有良好的適應(yīng)力，其傳感器網(wǎng)絡(luò)具有移動(dòng)性，能夠適時(shí)加入新的節(jié)點(diǎn)。

在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)傳感器感知監(jiān)測(cè)環(huán)境的信息，對(duì)其信息進(jìn)行處理，無(wú)線收發(fā)模塊將信息通過(guò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳遞，轉(zhuǎn)發(fā)到基站交換機(jī)，通過(guò)串口轉(zhuǎn)給主機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下環(huán)境的監(jiān)測(cè)。其中節(jié)點(diǎn)的設(shè)置要根據(jù)井下監(jiān)測(cè)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)、合理的安排，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)井下環(huán)境全面的、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，才能掌握井下的環(huán)境信息。節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，可以采用平面結(jié)構(gòu)與分層結(jié)構(gòu)。

2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

傳感器的節(jié)點(diǎn)普遍是微型嵌入式系統(tǒng)，它是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的保證，其質(zhì)量直接影響網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，同時(shí)節(jié)點(diǎn)具備兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)終端與路由器的功能，不僅可以對(duì)本地信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，還可以對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。匯聚節(jié)點(diǎn)的功能相對(duì)較弱，對(duì)信息處理、存儲(chǔ)與通信，要通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)，并將數(shù)據(jù)傳遞到外部網(wǎng)絡(luò)。

在井下環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，其傳感器的節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，要考慮其溫濕度傳感器、光傳感器、瓦斯傳感器及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，才能適應(yīng)井下環(huán)境監(jiān)測(cè)。

2.3 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)是重要的，網(wǎng)關(guān)是連接無(wú)線傳感器與外部網(wǎng)絡(luò)的通道，將傳感器節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠(yuǎn)程服務(wù)器，同時(shí)網(wǎng)關(guān)也可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)傳遞控制指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)的任務(wù)。對(duì)于井下環(huán)境監(jiān)控，其網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)可以考慮采用三星的處理器，其電源供應(yīng)可以考慮外部電力。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要涉及兩方面，即節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序與上位機(jī)程序的設(shè)計(jì)。井下環(huán)境監(jiān)測(cè)可以采用多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的使用將提高模塊的效率，并支持多跳通信的傳感器應(yīng)用程序組件機(jī)構(gòu)；傳感器節(jié)點(diǎn)的工作流程是睡眠、被喚醒、正常工作的模式，軟件控制傳感器的節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)被喚醒后，將進(jìn)行信息的采集、傳遞等任務(wù)。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)下時(shí)，無(wú)線模塊將處于低電流的接受狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了傳感器節(jié)點(diǎn)自動(dòng)定時(shí)傳遞數(shù)據(jù)的功能。

3 總結(jié)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新興的技術(shù)，其發(fā)展是迅速的，并具備一定的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)其應(yīng)用，將提高對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。文中對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下監(jiān)測(cè)應(yīng)用的概況進(jìn)行了分析，并闡述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下監(jiān)測(cè)的具體應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

篇（4）

1.引言

我國(guó)的煤炭生產(chǎn)主要來(lái)源于地下開(kāi)采，井下生產(chǎn)條件很惡劣，如：噪聲大、粉塵濃度和有毒氣體濃度較高。長(zhǎng)期在這種環(huán)境中從事生產(chǎn)工作，會(huì)影響礦工的身心健康，同時(shí)給煤礦安全生產(chǎn)也帶來(lái)隱患。由于礦井結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，井下的重要環(huán)境信息如溫度、濕度、壓力、風(fēng)速以及有毒氣體濃度等，很難用有線通信手段實(shí)時(shí)地監(jiān)控。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，Wireless Sensor Network）作為一種新型的無(wú)線通信技術(shù)，應(yīng)用于礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)之中，不僅為礦井安全生產(chǎn)管理和事故救援提供可靠的技術(shù)支持，而且為類似礦井的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和應(yīng)用實(shí)例。

2.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分析

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)作地感知、收集和處理被監(jiān)測(cè)區(qū)域中感知對(duì)象的信息，通過(guò)對(duì)這些信息的協(xié)作式處理，獲得感知對(duì)象的準(zhǔn)確信息。因此，傳感器、感知對(duì)象和觀測(cè)者構(gòu)成了WSN的三要素[1]。

2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

2.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)

典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、互聯(lián)網(wǎng)或通信衛(wèi)星和任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)等部分構(gòu)成。傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)以自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以收集數(shù)據(jù)，并通過(guò)“多跳”路由方式把數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)和其他相鄰節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)直接與互聯(lián)網(wǎng)或通信衛(wèi)星相連，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信。用戶通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和配置，監(jiān)測(cè)任務(wù)并收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.1.2 傳感器節(jié)點(diǎn)的功能模塊結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備是傳感器節(jié)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊組成。其中傳感器模塊由各類傳感器及數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備組成，主要用于感知被監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境信息，并將其感知到的信息數(shù)據(jù)傳送給處理器模塊；處理器模塊主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)各部分工作，如對(duì)感知模塊獲取的信息進(jìn)行處理、保存，控制數(shù)據(jù)采集操作和電源的工作模式等；無(wú)線通信模塊主要負(fù)責(zé)與其它傳感器節(jié)點(diǎn)及觀測(cè)者的通信；能量供應(yīng)模塊提供傳感器節(jié)點(diǎn)正常工作所必需的能源，它是影響節(jié)點(diǎn)壽命的關(guān)鍵因素。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

2.2.1 傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，成本低，具有自適應(yīng)性

無(wú)線傳感器中應(yīng)用的傳感器節(jié)點(diǎn)各部分集成度很高，因此具有體積小的優(yōu)點(diǎn)。傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，制造成本低。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)可在比較惡劣環(huán)境下工作，比如礦井、礦山，經(jīng)常有節(jié)點(diǎn)失效或新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很好的可靠性和自適應(yīng)性。

2.2.2 電源能量是網(wǎng)絡(luò)壽命的關(guān)鍵

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常部署在惡劣環(huán)境或人不宜到達(dá)的區(qū)域，電池能量有限，且一般無(wú)補(bǔ)充能源，傳感器節(jié)點(diǎn)由于電源能量的原因經(jīng)常失效或廢棄，因此如何提高電源效率是設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)考慮的關(guān)鍵因素。

2.2.3 數(shù)據(jù)管理與處理是傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最鮮明的特點(diǎn)就是以數(shù)據(jù)為中心，傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)必須以對(duì)感知數(shù)據(jù)的管理和處理為核心，把數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合，從邏輯概念和軟、硬件技術(shù)等幾個(gè)方面考慮其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

3.MEMSoWSN系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

MEMSoWSN是基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，系統(tǒng)方案基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建，以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井環(huán)境監(jiān)控和管理。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)

圖2為礦井環(huán)境及人員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可分為兩個(gè)子系統(tǒng)，采集與傳輸系統(tǒng)（井下部分）和監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)（地面部分）。

圖2 MEMSoWSN整體結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 采集與傳輸系統(tǒng)

采集與傳輸系統(tǒng)主要包括移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及匯聚節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井生存環(huán)境等信息的采集與傳輸。其中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)都是傳感器節(jié)點(diǎn)，主要收集井下環(huán)境信息，不參與多跳轉(zhuǎn)發(fā)，只將本節(jié)點(diǎn)感知的信息發(fā)送給鄰近路由節(jié)點(diǎn)；路由節(jié)點(diǎn)參與多跳轉(zhuǎn)發(fā)，并感知礦井空氣中有害氣體的濃度和成分（瓦斯、一氧化碳等）以及礦井中空氣的物理狀態(tài)（如風(fēng)速、負(fù)壓、溫濕度等），將感知的數(shù)據(jù)根據(jù)路由協(xié)議發(fā)送出去；匯聚節(jié)點(diǎn)的作用是實(shí)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)和管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，相當(dāng)于系統(tǒng)之間的一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

3.3 監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)包括監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)控軟件等，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)收集的數(shù)據(jù)通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)傳給監(jiān)控中心并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)控軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)的變化對(duì)人員及井下環(huán)境進(jìn)行管理控制。

3.4 數(shù)據(jù)處理流程設(shè)計(jì)

MEMSoWSN系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程是：首先由傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行井下環(huán)境信息實(shí)時(shí)采集，經(jīng)其內(nèi)置的處理單元簡(jiǎn)單處理后發(fā)送給鄰近路由節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳轉(zhuǎn)發(fā)的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給地面信息監(jiān)控中心，信息監(jiān)控中心將接收到的匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以得到有用的井下環(huán)境信息，最后將分析結(jié)果展現(xiàn)給管理員。

3.5 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信原理和單片機(jī)知識(shí)，可設(shè)計(jì)如圖3所示的傳感器普通節(jié)點(diǎn)，圖4所示的匯聚節(jié)點(diǎn)。

圖3 普通節(jié)點(diǎn)示意圖

圖4 匯聚節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

3.6 信息監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

信息監(jiān)控中心主要功能是接收匯聚節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，分析井下環(huán)境狀況。它主要由網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、信息監(jiān)控服務(wù)器等組成。網(wǎng)關(guān)服務(wù)器用來(lái)與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用來(lái)分類存儲(chǔ)傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)來(lái)的井下信息，同時(shí)與信息監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行通信；信息監(jiān)控服務(wù)器運(yùn)行監(jiān)控軟件，分析并顯示井下環(huán)境狀態(tài)。

監(jiān)控軟件是信息監(jiān)控中心的關(guān)鍵部分。它由實(shí)時(shí)顯示模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊、告警管理模塊和系統(tǒng)維護(hù)模塊組成，如圖5所示。實(shí)時(shí)顯示模塊動(dòng)態(tài)顯示井下環(huán)境信息；數(shù)據(jù)查詢模塊實(shí)現(xiàn)礦工信息精確查詢、路由節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)查詢以及所關(guān)心節(jié)點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)的查詢等；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)工作情況；告警管理模塊對(duì)各種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值限制，當(dāng)出現(xiàn)非正常情況時(shí)進(jìn)行告警，以便使管理員及時(shí)做出響應(yīng)；系統(tǒng)維護(hù)包括登錄人員管理、系統(tǒng)界面維護(hù)以及系統(tǒng)密鑰管理等。

圖5 監(jiān)控軟件功能模塊結(jié)構(gòu)示意圖

3.7 實(shí)用性和可行性分析

底下礦井空間狹窄、密閉、地質(zhì)狀況多樣，不易布設(shè)有線設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，成本低，可以隨意撒放于任何不規(guī)則空間，它們感知被測(cè)區(qū)域信息并相互傳遞，使有線設(shè)備難以獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)最終到達(dá)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)礦井環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用或試驗(yàn)時(shí)，通常使用ZigBee通信技術(shù)。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。同時(shí)，考慮到井下通信的一些特殊要求，比如：礦井巷道的半封閉空間結(jié)構(gòu)以及煤的電介質(zhì)特性使得礦井在頻率較高的情況下類似于波導(dǎo)，可以在2.4GHz頻段工作，使高頻無(wú)線電信號(hào)在礦井中更為有效地直接傳輸。許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)無(wú)線信號(hào)在礦井中的傳輸進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果證明其傳播性能較好[2]。2.4GHz頻段又是全球通用的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)（ISM，Industrial，Scientific and Medical）頻段，免付費(fèi)、免申請(qǐng)，在此頻段上天線尺寸和芯片功耗可以設(shè)計(jì)的更小，井下通信非常適合用。在實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用OPNET（Optimal Network Engineering Tools）仿真開(kāi)發(fā)工具OPNET Modeler，即可進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

4.總結(jié)與展望

本文結(jié)合礦井環(huán)境的特點(diǎn)，通過(guò)分析無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特征，分析設(shè)計(jì)了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型，結(jié)合相應(yīng)的無(wú)線通信技術(shù)及其路由協(xié)議即可進(jìn)行仿真。

隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及礦井環(huán)境檢測(cè)手段的不斷提高，今后的研究工作還將進(jìn)一步擴(kuò)展。可從以下幾個(gè)方面提升系統(tǒng)的整體功能，如增加傳感器節(jié)點(diǎn)的功能，引入聲音和視頻等多媒體傳感器，使管理人員對(duì)井下情況一目了然。結(jié)合WSN數(shù)據(jù)融合技術(shù)，提高數(shù)據(jù)收集效率，獲得更準(zhǔn)確的井下信息，節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量延長(zhǎng)其壽命等。

參考文獻(xiàn)：

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篇（5）

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16727800（2013）003008202

0 引言

近年來(lái)我國(guó)以大棚和溫室為主體的設(shè)施農(nóng)業(yè)正在迅速發(fā)展，但與國(guó)外相比，我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)普遍存在科技含量低、生產(chǎn)水平和效益低下等缺點(diǎn)，因此，迫切需要提高我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的整體水平。信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用是提高設(shè)施農(nóng)業(yè)科技水平的重要環(huán)節(jié)。我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)分布呈“小而散”的特點(diǎn)，存在很多小型化的溫室生產(chǎn)模式。因此，研制成本低廉、操作簡(jiǎn)單、可靠性高的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)是我國(guó)現(xiàn)代化設(shè)施農(nóng)業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵。

目前，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法通常是通過(guò)有線方式將傳感器采集的信號(hào)傳到監(jiān)測(cè)中心。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境分布范圍廣、地形復(fù)雜、環(huán)境溫度變化大、空氣潮濕等因素的影響，極易導(dǎo)致信號(hào)傳輸電纜的老化，從而降低監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。隨著無(wú)線通信技術(shù)的日趨多元化結(jié)合，ZigBee 作為一種近距離、低功耗、低傳輸速率、低成本、高可靠性的無(wú)線通信技術(shù)，特別適用于現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的無(wú)線環(huán)境數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

結(jié)合設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用需求，本文構(gòu)建的基于Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)平臺(tái)四部分組成。監(jiān)測(cè)平臺(tái)是系統(tǒng)的管理中心和數(shù)據(jù)匯聚中心，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理網(wǎng)絡(luò)通信，初始化和啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)后控制路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。傳感器節(jié)點(diǎn)位于最前端，用于采集農(nóng)業(yè)環(huán)境物理量信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸至路由節(jié)點(diǎn)；路由節(jié)點(diǎn)再將收到的各種數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。

2 監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.1 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)的主要功能是負(fù)責(zé)采集設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤pH值等物理量信息，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸給路由節(jié)點(diǎn)。整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)系由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線射頻模塊、電源管理模塊等四部分組成。監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

傳感器節(jié)點(diǎn)各硬件模塊功能簡(jiǎn)介如下：

（1）傳感器模塊。該模塊主要集成了各種傳感器，對(duì)溫度、濕度、光照強(qiáng)度、土壤PH值等物理量進(jìn)行采集，由 AD 轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。其中溫濕度傳感器采用的是數(shù)字溫濕度傳感器DHT21，它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器；本方案中選擇TSL2561作為光強(qiáng)度傳感器，它具備高速、低功耗、寬量程、可編程且可以根據(jù)用戶靈活配置等優(yōu)勢(shì)；CO2濃度傳感器采用超低功耗紅外二氧化碳傳感器COZIR-A，其他傳感器接口已經(jīng)留出，方便以后進(jìn)行擴(kuò)展。

（2）處理器模塊。該模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，是傳感器節(jié)點(diǎn)的核心。在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中根據(jù)低功耗和處理能力的需要，本系統(tǒng)采用TI公司生產(chǎn)的16位超低功耗單片機(jī)MSP430F149。它具有RISC CPU內(nèi)核，內(nèi)部集成了12Bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部溫度傳感器、16位定時(shí)器A和定時(shí)器B、串行異步通信端口UART0和UART1（軟件可選擇UART/SPI模式）、硬件乘法器，多達(dá)48位的通用IO端口、60kB的FLASH程序空間和2kB的數(shù)據(jù)空間等諸多外設(shè)，可直接用JTAG仿真調(diào)試。MSP430F149具有多種模式可選，在設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，可根據(jù)不同的需要，切換模式以降低系統(tǒng)功耗。

（3）無(wú)線射頻模塊。無(wú)線射頻模塊主要是控制信息的無(wú)線收發(fā)。無(wú)線通信模塊消耗了整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的絕大部分能量，故選擇低功耗、高性能的射頻模塊是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵之一?；诂F(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況，本系統(tǒng)無(wú)線射頻模塊采用CC2430無(wú)線射頻芯片。無(wú)線射頻模塊采用TICHIPCON公司的CC2430芯片。CC2430內(nèi)部集成了RF收發(fā)模塊，利用2.4GHz公共頻率，應(yīng)用于監(jiān)視、控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有低成本、低耗電、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)；該芯片性能穩(wěn)定，具有良好的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾能力；在休眠模式時(shí)僅0.9μA的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，正常工作時(shí)需要的外部元器件極少，與主控制器接口簡(jiǎn)單，特別適合低功耗的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

（4）電源管理模塊。電源管理模塊為系統(tǒng)其它各模塊提供持續(xù)、穩(wěn)定的能量供應(yīng)，由于此監(jiān)測(cè)終端為戶外不間斷工作，為降低功耗，電源管理模塊加入低功耗的管理和控制，通過(guò)軟件機(jī)制實(shí)現(xiàn)多種工作模式（包含正常模式和休眠模式），當(dāng)節(jié)點(diǎn)不工作時(shí)系統(tǒng)即進(jìn)入休眠模式?？紤]到系統(tǒng)將長(zhǎng)期使用，可以通過(guò)外接電源或外接蓄電池和太陽(yáng)能電池板以保證系統(tǒng)的持續(xù)供電。

2.2 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

基于環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作的需要，傳感器節(jié)點(diǎn)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在保證能有效實(shí)現(xiàn)必要功能的前提下最大限度地減小節(jié)點(diǎn)的能耗。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的能耗主要集中在通信能耗和傳感器模塊的能耗，而通信能耗要遠(yuǎn)大于傳感器模塊能耗。因此，節(jié)點(diǎn)電源打開(kāi)后，完成ZigBee模塊和傳感器模塊的初始化，建立通信鏈路后，設(shè)置喚醒時(shí)鐘并進(jìn)入休眠模式。節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)程序流程如圖3 所示。

3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

一般設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)的規(guī)模和范圍不大，因此本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥x擇簡(jiǎn)單的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以判斷環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)域的狀態(tài)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組建網(wǎng)絡(luò)，為節(jié)點(diǎn)分配地址。當(dāng)監(jiān)控平臺(tái)查詢數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)地址分配執(zhí)行數(shù)據(jù)采集。

4 結(jié)語(yǔ)

將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息檢測(cè)具有傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。本文提出了基于ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。介紹了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文提出的這一無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有低成本、低功耗、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，為現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息監(jiān)測(cè)提供了一種有效的解決方案。

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中圖分類號(hào):TP301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1110055-01

本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前的鎢礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀的研究,結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套適用于鎢礦環(huán)境的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

一、礦山環(huán)境無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)

由于有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)其自身的局限性以及生態(tài)環(huán)境的復(fù)雜性,特別是無(wú)法對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),導(dǎo)致在某些場(chǎng)合有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已導(dǎo)致在某些場(chǎng)合有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已不能滿足人們的需求[1]。針對(duì)鎢礦復(fù)雜的環(huán)境,分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系,設(shè)計(jì)了一種適用于鎢礦環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為一個(gè)層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),底層為部署在監(jiān)測(cè)環(huán)境中的終端無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn),上層依次為無(wú)線傳感器匯聚節(jié)點(diǎn)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、上位機(jī)(監(jiān)控計(jì)算機(jī)),最終連接到Internet和公司局域網(wǎng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

(一)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和能量供給模塊組成[2]。傳感模塊主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集并將各種傳感器采集的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并傳送給處理器模塊。處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理操作、路由協(xié)議、功耗管理、任務(wù)管理和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全可靠的通信協(xié)議[3]。無(wú)線通信模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信,交換控制消息和收發(fā)數(shù)據(jù)。能量供給模塊負(fù)責(zé)為節(jié)點(diǎn)各個(gè)功能模塊供電。

(二)各功能模塊設(shè)計(jì)

1.微處理器模塊

在選擇微處理器時(shí)切忌一味追求性能,選擇的原則[4]應(yīng)該是“夠用就好”。現(xiàn)在微處理器運(yùn)行速度越來(lái)越快,但性能的提升往往帶來(lái)功耗的增加。一個(gè)復(fù)雜的微處理器集成度高、功能強(qiáng),但片內(nèi)晶體管多,總漏電流大,即使進(jìn)入休眠或空閑狀態(tài),漏電流也變得不可忽視;而低速的微處理器不僅功耗低,成本也低。另外,應(yīng)優(yōu)先選用具有休眠模式的微處理器,因?yàn)樾菝吣Ｊ较绿幚砥鞴目梢越档?～5個(gè)數(shù)量級(jí)?？紤]實(shí)際需求,本設(shè)計(jì)中處理器模塊選擇ATMEL公司的AVR系列的ATmega128L單片機(jī)。ATmega128L[5]是ATMEL公司于2001年推出的采用低功耗COMS工藝生產(chǎn)的基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位微控制器,是目前AVR系列中功能最強(qiáng)大的單片機(jī)。該單片機(jī)具有體積小、功耗低、集成度高、支持睡眠模式、喚醒時(shí)間短、運(yùn)行速度快、成本低和足夠的外部接口等特點(diǎn)。

2.無(wú)線通信模塊

無(wú)線通信模塊選擇Chipcon公司的CC2420芯片。CC2420是Chipcon公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線收發(fā)器。它基于Chipcon公司的SmartRF03技術(shù),以0.18umCMOS工藝制成,只需極少外部元器件,性能穩(wěn)定且功耗極低。該無(wú)線收發(fā)芯片具有集成度高,工作電壓低、功耗低和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),易于得到廠商提供的協(xié)議棧和開(kāi)發(fā)套件。

3.傳感器模塊

根據(jù)項(xiàng)目的應(yīng)用背景和實(shí)際需要,選擇傳感器對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度、粉塵、二氧化碳、一氧化碳和氧氣等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)和研制中,充分考慮了傳感器的能耗、精度、采樣頻率、與微處理器的接口特性等要求。為了提高節(jié)點(diǎn)的可擴(kuò)展性,在節(jié)點(diǎn)中提供了可擴(kuò)展不同傳感器的接口。

設(shè)計(jì)中選用了溫濕度傳感器、粉塵傳感器、二氧化碳傳感器、電化學(xué)傳感器分別對(duì)溫度、濕度、粉塵、二氧化碳、一氧化碳和氧氣等參數(shù)進(jìn)行探測(cè)。選用了瑞士盛世瑞恩(Sensirion)公司的數(shù)字溫濕度傳感器SHT10采集環(huán)境的溫度和濕度。粉塵傳感器選用日本神龍公司的粉塵傳感器PD4NS。二氧化碳、一氧化碳和氧氣的探測(cè)分別選用瑞士盟巴玻(Membrapor)公司的生產(chǎn)的電化學(xué)傳感器6004二氧化碳傳感器、O2/I-06氧氣傳感器、CF-1000一氧化碳傳感器。

4.電源供給及管理模塊

能量是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最寶貴的資源,它決定著傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。為了滿足降低節(jié)點(diǎn)能耗的目標(biāo),節(jié)省系統(tǒng)電源,傳感器模塊只有在工作時(shí)才啟動(dòng),因此電源供應(yīng)及管理模塊中研究了采用TI公司TPS 79501傳感器模塊電源控制器。TPS 79501具有超低噪聲、高PSRR、高電平啟用等特點(diǎn),輸出為1.2V～5.5V電壓可調(diào)的低壓降穩(wěn)壓器,驅(qū)動(dòng)能力達(dá)500mA～7.5A。

三、節(jié)點(diǎn)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是個(gè)資源受限的嵌入式系統(tǒng),包括硬件資源受限、帶寬有限、能量受限及補(bǔ)給困難的特點(diǎn),決定了現(xiàn)有的一些嵌入式操作系統(tǒng)(如Linux操作系統(tǒng))不能很好適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

TinyOS是目前傳感器網(wǎng)絡(luò)的主流操作系統(tǒng),采用基于組件的體系結(jié)構(gòu),應(yīng)用程序的各個(gè)功能都是由相應(yīng)的組件實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)事件對(duì)應(yīng)的硬件中斷發(fā)生時(shí),TinyOS的事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制能夠快速地調(diào)用相關(guān)的事件處理程序,從而使CPU在事件發(fā)生時(shí)迅速執(zhí)行相關(guān)任務(wù),在處理完之后進(jìn)入睡眠狀態(tài),從而有效的提高了CPU的使用效率,并且節(jié)省了能量。

四、結(jié)論

在鎢礦環(huán)境監(jiān)測(cè)中采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),利用傳感器節(jié)點(diǎn)功耗低、工作時(shí)間長(zhǎng)、成本低、能自組織地通信以及在危險(xiǎn)區(qū)域和大面積監(jiān)測(cè)中容易布置等特點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)鎢礦環(huán)境參數(shù)低成本連續(xù)在線監(jiān)測(cè),較傳統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢(shì),對(duì)于礦山安全具有重要意義。

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.50764005)

參考文獻(xiàn):

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篇（7）

中圖分類號(hào)：TP393.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）02-0253-03

Research on the Localization Algorithm Application of Environmental Monitoring in Wireless Sensor Network

ZHANG Dan1，2，LIU Ya-zhe1 ，DONG Lei-gang1，LI Zi1

（puter Science and Information Technology Department， Daqing Normal University， Daqing 163712， China；2. College of Computer Science and Technology， Jilin University， Changchun 130012， China）

Abstract：In order to improve the intelligent in environmental monitoring， the nodes localization algorithm in wireless sensor network is applied in environmental monitoring. It analysis the architecture of wireless sensor network system， the classification of location algorithm. It studies the method of calculating the coordinates of nodes. The centroid algorithm is applied in environmental monitoring， and the location error rate of the nodes is simulated and analyzed. It is concluded that the Localization accuracy of centroid algorithm can meet the needs of environmental monitoring.

Key words：wireless sensor network； environmental monitoring； nodes location algorithm； centroid algorithm； localization error rate

1 引言

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，得到全世界范圍的廣泛關(guān)注。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的體積小、能耗比較低，節(jié)點(diǎn)的分布通常是由飛機(jī)灑落的方式進(jìn)行部署，部署在人類無(wú)法到達(dá)的應(yīng)用環(huán)境中，這些節(jié)點(diǎn)對(duì)其中的信息進(jìn)行采集，并傳輸，方便了人類對(duì)未知信息的獲取。目前，環(huán)境保護(hù)問(wèn)題受到了廣泛的關(guān)注，人們對(duì)環(huán)境監(jiān)督問(wèn)題越來(lái)越重視，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中具有重要的作用，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠解決環(huán)境監(jiān)測(cè)中的一些問(wèn)題。

無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)域一般是隨機(jī)部署的，節(jié)點(diǎn)需要獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域的信息，因此節(jié)點(diǎn)的位置至關(guān)重要。人工部署或者為所有傳感器節(jié)點(diǎn)安裝GPS接收器是不現(xiàn)實(shí)的。這些都受到成本、功耗以及擴(kuò)展性等問(wèn)題的限制，大部分傳感器節(jié)點(diǎn)不具有位置信息，但節(jié)點(diǎn)的位置信息對(duì)整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)應(yīng)用具有至關(guān)重要的作用，因此，本文所研究的環(huán)境監(jiān)測(cè)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是非常重要的。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)將收集到的數(shù)據(jù)信息以多跳路由的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，將這些信息發(fā)送到給監(jiān)測(cè)者，在監(jiān)測(cè)區(qū)域中，節(jié)點(diǎn)在隨機(jī)部署，以自組織的方式組成無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，其中的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)查找鄰居節(jié)點(diǎn)p自身定位、與網(wǎng)絡(luò)通信連接。網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點(diǎn)比普通節(jié)點(diǎn)在硬件配置和功能上更強(qiáng)，是與外部網(wǎng)絡(luò)建立連接的橋梁收集普通節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行加工和整理，以多跳轉(zhuǎn)發(fā)方式發(fā)送到基站，然后由基站利用衛(wèi)星信道或有線的網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給最終用戶。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通常被分為兩種，一種為未知節(jié)點(diǎn)（Unknown Node），另外一種為錨節(jié)點(diǎn)（Anchor Node），普通節(jié)點(diǎn)的位置信息時(shí)未知的，錨節(jié)點(diǎn)的位置信息是已知的，它一般是通過(guò)自身攜帶的GPS 定位裝置獲取自身的位置坐標(biāo)，錨節(jié)點(diǎn)的部署密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于待定位節(jié)點(diǎn)的部署密度，未知節(jié)點(diǎn)與通信半徑內(nèi)的鄰居錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，通過(guò)錨節(jié)點(diǎn)提供的位置信息，進(jìn)行位置計(jì)算[1]。

3.1 節(jié)點(diǎn)定位算法分類

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法分類方法很多，但是目前比較常用的方法是從定位算法的技術(shù)手段上來(lái)進(jìn)行分類的，大致可以分為兩類：基于測(cè)距的定位算法（Range-based）和距離無(wú)關(guān)的定位算法（Range-free）[2]。

基于測(cè)距的定位算法是需要測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的距離或者角度，基于測(cè)距的定位分算法主要有TOA（Time of Arrival）、TDOA（Time Difference On Arrival）定位、AOA（Angle of arrival）、RSSI（Received Signal Strength Indicator）等[3]。基于y距的定位算法定位精度相對(duì)較高，但是對(duì)硬件的要求也更高，而且定位過(guò)程中消耗的能量相對(duì)較高，易受環(huán)境因素的影響[4]。

距離無(wú)關(guān)的定位算法是通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)間的距離的估計(jì)或確定包含未知節(jié)點(diǎn)的可能區(qū)域，從而來(lái)確定未知節(jié)點(diǎn)的位置。距離無(wú)關(guān)的定位算法主要有質(zhì)心算法[5]、Amorphou算法、DV-HOP算法[6-7]、APIT算法[8]等。距離無(wú)關(guān)的定位算法無(wú)需測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的絕對(duì)距離或角度信息，從而降低了對(duì)硬件的要求以及能量的消耗，使得這種算法更適合于大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它的一個(gè)缺點(diǎn)是定位誤差相對(duì)較大。

本文中環(huán)境監(jiān)測(cè)中主要使用的是距離無(wú)關(guān)的定位算法。

3.2 計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的基本方法

未知節(jié)點(diǎn)估計(jì)或者測(cè)量出到鄰居節(jié)點(diǎn)的距離，并且能夠滿足一定的條件，可以利用這些距離來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。主要方法有：三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法和極大似然估計(jì)法。

（1）三邊測(cè)量法

已知三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及它們到未知節(jié)點(diǎn)的距離，可以利用公式求得未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

（2）三角測(cè)量法

已知三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及未知節(jié)點(diǎn)到三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的角度，則可利用公式求出未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

（3）極大似然估計(jì)法

前面兩種方法比較簡(jiǎn)單，下面將極大似然估計(jì)法進(jìn)行介紹。已知n個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，分別為[（x1，y1），（x2，y2），...（xn，yn）]，以及它們到未知節(jié)點(diǎn)的n個(gè)距離，分別為[d1，d2，...dn]，設(shè)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為[（x，y）]，則有方程1：

[[（x1-x）2+（y1-y）2=d21（x2-x）2+（y2-y）2=d22?（xn-x）2+（yn-y）2=d2n] （1） ]

這n個(gè)表達(dá)式從第一個(gè)開(kāi)始分別減去最后一個(gè)，得到方程2：

[[x21-x2n-2（x1-xn）x+y21-y2n-2（y1-yn）y=d21-d2n?x2n-1-x2n-2（xn-1-xn）x+y2n-1-y2n-2（yn-1-yn）y=d2n-1-d2n] （2） ]

設(shè)

[[A=2（x1-xn）2（y1-yn）……2（xn-1-xn）2（yn-1-yn），b=x21-x2n+y21-y2n+d21-d2n…x2n-1-x2n+y2n-1-y2n+d2n-1-d2n，X=xy] （3） ]

用線性方程表示為AX=b，最后使用最小二乘方法可以得到未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為：[x=（ATA）-1ATb]。

4 定位算法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

本文的定位算法主要應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，以及對(duì)各種定位算法的比較研究，本文擬采用距離無(wú)關(guān)的質(zhì)心算法。質(zhì)心算法是由南加州大學(xué)是由 J. Heidemann和 N. Bulusu提出的，這種算法是主要是應(yīng)用在室外的，與網(wǎng)絡(luò)連通性相關(guān)的定位算法。該算法的主要設(shè)計(jì)思想是將未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)置成為與該節(jié)點(diǎn)其相關(guān)錨節(jié)點(diǎn)所形成的多邊形的質(zhì)心。首先未知節(jié)點(diǎn)向錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求位置的信息，控制信息傳播的最大跳數(shù)，因而限定了附近錨節(jié)點(diǎn)的范圍，錨節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)請(qǐng)求以后將自己的位置信息進(jìn)行反饋，這樣未知節(jié)點(diǎn)能夠知道附近的錨節(jié)點(diǎn)的位置信息。利用這些錨節(jié)點(diǎn)組成的多邊形中心來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。

本論文中實(shí)驗(yàn)仿真軟件選用MATLAB R2012a，實(shí)驗(yàn)區(qū)域設(shè)置為1000m*1000m，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為400個(gè)，其中錨節(jié)點(diǎn)為80個(gè)，無(wú)能量損耗的網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的定位誤差率如圖1所示。當(dāng)通信半徑逐漸增大時(shí)，節(jié)點(diǎn)的定位誤差率有明顯的降低，但當(dāng)通信半徑由400米再向上增加時(shí)，節(jié)點(diǎn)的定位誤差率反而增大，因此，可以說(shuō)明并不是通信半徑越大越好，在實(shí)際應(yīng)用中要具體問(wèn)題具體分析。

5 結(jié)論

本文研究的是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位算法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，文中分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在技術(shù)發(fā)展中的重要性，傳感器節(jié)點(diǎn)作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，它的定位至關(guān)重要。環(huán)境監(jiān)測(cè)越來(lái)越多的收到人們的重視，本文研究了在環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用節(jié)點(diǎn)定位算法。從無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的分類以及計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的基本方法，最后選擇質(zhì)心算法應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，對(duì)節(jié)點(diǎn)的定位誤差率進(jìn)行了仿真分析。

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篇（8）

中圖分類號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2012）10-0146-02

倉(cāng)庫(kù)作為物資供應(yīng)體系的一個(gè)重要組成部分，承擔(dān)著物資的存儲(chǔ)、管理和調(diào)配的任務(wù)，倉(cāng)庫(kù)中的物資要保證數(shù)量，品質(zhì)和安全，要做到防潮，防火，防盜等等，對(duì)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要，目前，很多倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀是使用人工監(jiān)測(cè)，方法落后，或者使用有線監(jiān)測(cè)方式，布置方式不靈活，還有不能實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等等，倉(cāng)庫(kù)的智能化監(jiān)測(cè)是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，通過(guò)使用ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，及時(shí)準(zhǔn)確的掌握倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境條件，為物資的存儲(chǔ)提供有力的數(shù)據(jù)支持。

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)倉(cāng)庫(kù)的溫度、濕度、蟲害、火災(zāi)等參數(shù)進(jìn)行采集，通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)綑C(jī)房服務(wù)器，然后對(duì)采集的數(shù)據(jù)集中分析和處理，及時(shí)掌握倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境參數(shù)，對(duì)異常情況作出及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施，以便減少損失、節(jié)約開(kāi)支和提高生產(chǎn)效益。

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的具有計(jì)算和通信能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信的方式形成一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]，其作用是利用傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)周圍的環(huán)境，收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線收發(fā)裝置將數(shù)據(jù)以多跳的方式發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)（Sink節(jié)點(diǎn)），然后由匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)有線或無(wú)線方式接入網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給客戶端，綜上所述，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)大量傳感器節(jié)點(diǎn)分工協(xié)作的方式實(shí)時(shí)感知、采集數(shù)據(jù)，并由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)處理感知對(duì)象的數(shù)據(jù)，并且傳輸給使用者[2]。

1.2 ZigBee無(wú)線通信技術(shù)

ZigBee是一種近距離、低功耗、低速率的無(wú)線通信技術(shù)，基于IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)ZigBee通信模塊可進(jìn)行無(wú)線通信，ZigBee的特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低速率、低成本[3]。ZigBee無(wú)線傳輸距離室內(nèi)為30～50m，室外可達(dá)到100m，ZigBee的工作頻率有三種：全球2.4GHz、美國(guó)915MHz和歐洲868MHz，通信速率在2.4GHz的時(shí)候?yàn)?50kbps，在915MHz時(shí)為40kbps，在868MHz時(shí)為20kbps。完整的ZigBee協(xié)議棧自上而下分為應(yīng)用層、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星形、網(wǎng)狀和混合狀，這三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以組成多種網(wǎng)絡(luò)。

2、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)各種環(huán)境參數(shù)，溫度，濕度，紫外線，火焰，煙霧等，通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)紾PRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，然后GPRS模塊將數(shù)據(jù)由RS232串口傳輸?shù)綑C(jī)房服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器軟件分析處理，便于及早發(fā)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)中異常情況并作出及時(shí)的處理。

3、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單元，傳感器節(jié)點(diǎn)除了具有一般傳感器的感知能力之外，還具有數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸能力，可以感知環(huán)境參數(shù)、處理并進(jìn)行無(wú)線通信。傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件一般包含感知模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和電源管理模塊[4]，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

傳感器節(jié)點(diǎn)的感知模塊采用的傳感器如下：（1）溫度、濕度傳感器：采用瑞士Sensirion公司研制的SHT11型智能化溫濕度傳感器，它采用專利技術(shù)（COMS和傳感器技術(shù)的融合），外形尺寸僅為7.5mm×5mm×2.5mm。SHT11具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)濕度和溫度傳感器，可用來(lái)測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)；（2）火焰?zhèn)鞲衅鳎翰捎没鹧鎮(zhèn)鞲衅鱎2868來(lái)發(fā)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)中的火焰，在火星產(chǎn)生的瞬間可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)，并發(fā)出警報(bào)；（3）煙霧傳感器：采用煙霧傳感器HIS07來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)煙霧，杜絕火災(zāi)隱患。

傳感器節(jié)點(diǎn)的處理器模塊采用CC2530芯片，CC2530支持IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)/ZigBee/ZigBee RF4CE[5]，擁有快閃記憶體256個(gè)字節(jié)，CC2530結(jié)合了一個(gè)完全集成的，高性能的RF收發(fā)器與一個(gè)8051微處理器，8kB的RAM，32/64/128/256 KB閃存，以及其他強(qiáng)大的支持功能和外設(shè)。較CC2430相比，CC2530在發(fā)射功率、鏈路預(yù)算、射頻噪聲抑制能力、低功耗以及ESD防護(hù)能力等方便都有較大的提升。

為節(jié)省電能，監(jiān)測(cè)點(diǎn)每2分鐘采集一次數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送給族頭節(jié)點(diǎn)，然后傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)。

3.2 匯聚節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

匯聚節(jié)點(diǎn)（Sink節(jié)點(diǎn)）相當(dāng)于網(wǎng)關(guān)，處于傳感器節(jié)點(diǎn)的上層，匯聚節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)裙δ?，匯聚節(jié)點(diǎn)接收傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并且連接無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等外部網(wǎng)絡(luò)，完成協(xié)議轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置等功能[6][7]，本系統(tǒng)中匯聚節(jié)點(diǎn)接收傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)接口將數(shù)據(jù)傳輸給GPRS模塊-西門子MC75i，西門子MC75i將數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給機(jī)房服務(wù)器。匯聚節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3.3 GPRS無(wú)線傳輸模塊

系統(tǒng)中選擇GPRS作為長(zhǎng)距離傳輸方式，即系統(tǒng)中匯聚節(jié)點(diǎn)與機(jī)房服務(wù)器之間采用GPRS無(wú)線傳輸方式，匯聚節(jié)點(diǎn)的GPRS模塊通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將倉(cāng)庫(kù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心機(jī)房的GPRS模塊，監(jiān)控中心機(jī)房的GPRS模塊將數(shù)據(jù)通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳輸給機(jī)房服務(wù)器。GPRS具有覆蓋范圍廣、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本低、功耗小等特點(diǎn)。本系統(tǒng)GPRS無(wú)線傳輸模塊采用西門子MC75i模塊，MC75i的特點(diǎn)為：1.支持850、900、1800和1900MHZ四種頻率；2.GPRS multi-slot class 12；3.E-GPRS下行速率可達(dá)460Kbit/sec；4.AT指令Hayes GSM 07.05及GSM 07.07。

4、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)用VB6.0開(kāi)發(fā)，管理員可以通過(guò)管理軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到倉(cāng)庫(kù)的各種數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)庫(kù)，譬如溫濕度、煙霧值等等，當(dāng)系統(tǒng)讀取到的傳感器數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的安全值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以溫濕度監(jiān)測(cè)為例，系統(tǒng)的流程如圖4所示。

5、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境監(jiān)測(cè)，并使用GPRS實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)傳，達(dá)到了倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，方便的部署以及遠(yuǎn)程監(jiān)控的智能化監(jiān)測(cè)，具有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫旭光，高方平，陳丹琪等.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2009，28（10）：67-69.

[2] 饒?jiān)迫A，代莉，趙存成等.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，52（03）：52-54.

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[4] 王軍，陳磊，張莉莉.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].洛陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，29（05）：52-54.

篇（9）

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）01-0012-02

目前，環(huán)境日趨惡劣，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注周圍的環(huán)境，因?yàn)檫@直接關(guān)系到每個(gè)人的切身利益，但是由于我國(guó)人口密度較大、污染物空間分布非均勻性較強(qiáng)、污染監(jiān)控點(diǎn)布設(shè)不合理、經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件比較落后等客觀因素，造成以現(xiàn)有方式獲取的數(shù)據(jù)不具有代表性。為解決以上問(wèn)題，本文決定研究和開(kāi)發(fā)具有高性價(jià)比的智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的小型化、個(gè)人化、智能化的目標(biāo)，滿足每個(gè)人對(duì)周圍環(huán)境的知情權(quán)與監(jiān)督權(quán)。

隨著科技日新月異的變化，環(huán)境檢測(cè)由經(jīng)典的化學(xué)分析逐漸發(fā)展為傳感器檢測(cè)，無(wú)線傳輸技術(shù)也以其安裝方便、靈活性強(qiáng)、性價(jià)比高等特性得到了各行各業(yè)的廣泛接受。這些都為環(huán)境的無(wú)線智能監(jiān)測(cè)提供了極大的可能。

1 總體方案設(shè)計(jì)

整個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)——監(jiān)測(cè)終端子系統(tǒng)和探測(cè)節(jié)點(diǎn)子系統(tǒng)，這兩個(gè)子系統(tǒng)各需要一個(gè)主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，該系統(tǒng)統(tǒng)一選用TI公司推出的16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集的MSP430F5xx系列單片機(jī)，該款單片機(jī)的超低功耗的特點(diǎn)對(duì)于本設(shè)計(jì)很重要。在信號(hào)調(diào)制方面，鑒于低功耗、方便易行的考慮，采用了OOK調(diào)制方案。為了實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互，采用了電容式觸摸液晶屏，以充分發(fā)揮其操作新奇、不易誤讀、耐用度高的優(yōu)勢(shì)。無(wú)線通信是基于AD公司的高性能DDS芯片——AD9854，與四雙向模擬開(kāi)關(guān)IC——CD4066，由MSP430單片機(jī)進(jìn)行控制。最后確定通信協(xié)議方案，設(shè)計(jì)思想是由終端發(fā)出一個(gè)同步傳輸?shù)男盘?hào)，節(jié)點(diǎn)接收并與自己的“身份”進(jìn)行校對(duì)，驗(yàn)證完畢后，探測(cè)節(jié)點(diǎn)將檢測(cè)到的環(huán)境信息以數(shù)據(jù)幀的形式向監(jiān)測(cè)終端發(fā)送。通過(guò)相關(guān)的選擇與設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線通信模塊

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括監(jiān)測(cè)終端信息處理和探測(cè)節(jié)點(diǎn)信息采集，兩者之間信息的交互采用無(wú)線通信的方式。該無(wú)線通信模塊使得探測(cè)節(jié)點(diǎn)將環(huán)境信息以數(shù)據(jù)幀的形式傳送給監(jiān)測(cè)終端，以便將其顯示在觸摸液晶屏上，同時(shí)也可以使監(jiān)測(cè)終端對(duì)探測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行身份校驗(yàn)。

無(wú)線通信模塊的載波信號(hào)由基于DDS數(shù)字頻率載波的AD9854芯片產(chǎn)生，其輸出頻率范圍為0-120 MHz，綜合各方面因素，只需使其產(chǎn)生穩(wěn)定的30 MHz正弦波信號(hào)即可。此載波信號(hào)進(jìn)入四雙向模擬開(kāi)關(guān)CD4066，再通過(guò)天線發(fā)射出去。該模擬開(kāi)關(guān)可作為模擬或數(shù)字信號(hào)的多路傳輸，待傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率應(yīng)為40 MHz，各開(kāi)關(guān)間的串?dāng)_很小，典型值為-50dB。

2.2 環(huán)境檢測(cè)模塊

為滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)、便捷、高性價(jià)比的要求，應(yīng)充分利用目前發(fā)展較為成熟的傳感器技術(shù)。對(duì)于SO2濃度的檢測(cè)，本系統(tǒng)采用3SF CiTicel傳感器，它是一種新型的定電位電解化學(xué)氣體傳感器，通過(guò)氧化或還原反應(yīng)將濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)電信號(hào)的大小得到相應(yīng)氣體的濃度。而對(duì)于灰塵粉塵的檢測(cè)采用DSM501傳感器，它的特點(diǎn)是采用粒子計(jì)數(shù)原理，PWM脈寬調(diào)制輸出，便于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。溫濕度的檢測(cè)采用SHT15傳感器，SHT15是基于CMOSens技術(shù)的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式溫濕度傳感器，具有高精度、高集成度、反應(yīng)迅速、低功耗等特點(diǎn)。檢測(cè)太陽(yáng)光紫外線強(qiáng)度總量用到UVM-30傳感器模塊，它響應(yīng)極快、全互換性好，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量紫外線指數(shù)（UVI）的高可靠性和精確性。對(duì)于風(fēng)速的檢測(cè)，本系統(tǒng)采用WS-01傳感器。WS-01風(fēng)速傳感器采用傳統(tǒng)三風(fēng)杯結(jié)構(gòu)，風(fēng)杯選用碳纖維材料，強(qiáng)度高，啟動(dòng)好；精密信號(hào)處理單元可根據(jù)場(chǎng)合需要輸出各種信號(hào)。

2.3 人機(jī)交互模塊

該系統(tǒng)中人機(jī)交互模塊包括微控制器部分（MSP430F5xx單片機(jī)）、觸摸顯示部分（觸摸液晶屏）、上限報(bào)警部分。MSP430F5xx作為人機(jī)交互模塊的主控芯片，與觸摸液晶顯示子模塊、上限報(bào)警子模塊連接，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)觸摸液晶屏的讀入與顯示、上限報(bào)警功能。當(dāng)MSP430F5xx接收到來(lái)自探測(cè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)境信息時(shí)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)動(dòng)觸摸液晶屏進(jìn)行相應(yīng)的字符及圖形顯示操作，同時(shí)當(dāng)用戶完成相應(yīng)的菜單選擇后，也可以接收到相應(yīng)的觸摸信號(hào)，對(duì)需要顯示的信息以及是否開(kāi)啟上限報(bào)警功能進(jìn)行切換。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用層次化、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括基于MSP430F5xx的無(wú)線收發(fā)模塊子程序、環(huán)境參數(shù)采集模塊子程序、觸摸液晶屏硬件驅(qū)動(dòng)模塊子程序以及上限報(bào)警模塊子程序等。軟件流程圖如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

4 理論分析

4.1 低功耗分析

在本系統(tǒng)中，MSP430F5xx單片機(jī)的供電電壓為3.3 V，并提供32.768 kHz和14.7456 MHz無(wú)源晶振各自產(chǎn)生的兩組時(shí)鐘，以及DCO數(shù)字振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘。當(dāng)MSP430F5xx單片機(jī)在3.3 V供電電壓下，以1 MHz的速度運(yùn)行時(shí)，典型的電流值約為210 μA。此外，MSP430單片機(jī)還具有5種低功耗模式LPM0～LPM 4，節(jié)電方式下的最低電流可達(dá)0.1μA。硬件上的設(shè)計(jì)確定之后，在不同的情況下將通過(guò)軟件控制系統(tǒng)的工作時(shí)鐘和工作模式，并且大多數(shù)情況下，單片機(jī)在執(zhí)行完相關(guān)操作后立即進(jìn)入低功耗模式，以便于控制總體功耗。

要想降低功耗，一方面在于微處理器的設(shè)計(jì)，另一方面也要關(guān)注電源的管理和功耗電路的接口設(shè)計(jì)。例如，無(wú)線通信模塊采用9600bit/s的波特率， 傳輸速度快， 完成數(shù)據(jù)通信后立即進(jìn)入睡眠模式，以盡可能地保證系統(tǒng)的低功耗。

4.2 通信協(xié)議

由于待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息比較長(zhǎng)，而已有的通信協(xié)議又無(wú)法完全滿足要求，因此本文將另行設(shè)計(jì)一套通信協(xié)議，以滿足該系統(tǒng)的通信要求。在發(fā)送信息時(shí)，首先發(fā)送一個(gè)中斷使能脈沖，隨后發(fā)送一個(gè)16位的地址碼，接收的數(shù)據(jù)為若干幀16位的數(shù)據(jù)碼。地址碼與數(shù)據(jù)碼格式分別如表1、表2、表3、表4所示。

表1 16位地址碼

表4 16位數(shù)據(jù)碼3

4.3 載波信號(hào)

為得到相應(yīng)的載波信號(hào)，應(yīng)通過(guò)單片機(jī)對(duì)AD9854芯片的頻率控制字（FSW）進(jìn)行控制。其中，AD9854產(chǎn)生所需要的輸出信號(hào)頻率fout的計(jì)算公式是FSW=（2N*fout）/fc，式中的N=32為AD9854相位全加器位數(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于MSP430F5xx單片機(jī)的無(wú)線低功耗智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)終端既負(fù)責(zé)完成人機(jī)交互又需要控制探測(cè)節(jié)點(diǎn)，探測(cè)節(jié)點(diǎn)主要是將環(huán)境檢測(cè)模塊所測(cè)得的環(huán)境信息通過(guò)無(wú)線方式傳輸給監(jiān)測(cè)終端，從而實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時(shí)地對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)，具有廣闊的發(fā)展前景。該系統(tǒng)很容易實(shí)現(xiàn)探測(cè)節(jié)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)參數(shù)的拓展，以滿足更大范圍、更多參數(shù)的監(jiān)測(cè)要求。

基金項(xiàng)目

天津市高等學(xué)校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（201310065037）；天津市自然科學(xué)基金（13JCYBJC15800）。

參考文獻(xiàn)

篇（10）

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）16-0207-02

0 引言

及時(shí)掌握機(jī)房環(huán)境情況，如溫濕度、煙霧、粉塵等，對(duì)保證設(shè)備可靠運(yùn)行非常關(guān)鍵。大功率短波發(fā)射機(jī)由于播出功率大，機(jī)房處于強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境，對(duì)弱信號(hào)檢測(cè)存在較強(qiáng)的干擾，許多發(fā)射機(jī)房原有的煙霧檢測(cè)設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)或無(wú)法正常工作的情況。機(jī)房建成后，如需再進(jìn)行布線等施工通常不是很方便，故此提出采用無(wú)線傳輸方法，對(duì)機(jī)房環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證機(jī)房設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

1 無(wú)線傳輸特點(diǎn)

有線傳輸常常在許多場(chǎng)合受到限制，布線、改線工作量大，成本高，線路中的各節(jié)點(diǎn)不可移動(dòng)，要把相離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)聯(lián)接起來(lái)時(shí)，鋪設(shè)線路更是不易，特別是在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中，經(jīng)常會(huì)由于線路過(guò)長(zhǎng)，受到干擾，造成傳輸信息不穩(wěn)定或出錯(cuò)，這些都成為有線傳輸?shù)牟蛔恪?/p>

相對(duì)于有線傳輸，采用無(wú)線傳輸方式具有高移動(dòng)性，通常不存在布線困擾，抗干擾性強(qiáng)、有較好的保密性，使用靈活，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)線通信模塊是組建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的必備組件，許多無(wú)線通信模塊具有自組網(wǎng)功能，支持并發(fā)通信，可以方便的將相互獨(dú)立的傳感器節(jié)點(diǎn)互連在一起[4]。現(xiàn)在市場(chǎng)上有許多無(wú)線通信模塊，工作在ISM（Industrial Scientific Medical）頻段，可以完成數(shù)字量和模擬量的傳輸，為我們進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)改造提供了方便。

2 機(jī)房環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

2.1 無(wú)線通信模塊選擇 無(wú)線通信模塊是組網(wǎng)的關(guān)鍵，選擇性能優(yōu)良的傳輸模塊非常關(guān)鍵。基于市場(chǎng)上眾多的無(wú)線傳輸模塊，我們可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。選擇模塊時(shí)，要考慮選擇具有可靠自組網(wǎng)功能的模塊，選擇具有該功能的模塊能夠方便我們組網(wǎng)，減少工程難度；同時(shí)選擇好模塊功率，這個(gè)參數(shù)決定信號(hào)傳輸距離，對(duì)組建網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃灾陵P(guān)重要；還要根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型進(jìn)行選擇，如傳送開(kāi)關(guān)量或是傳送串口輸出數(shù)據(jù)等，需要選擇不同的傳輸模塊。

實(shí)際工程中選擇的無(wú)線組網(wǎng)模塊，采用可靠的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有自動(dòng)識(shí)別功能，能夠自動(dòng)修復(fù)路由，支持多模塊并發(fā)的通信方式[1]。由于機(jī)房較大并有阻擋，為保證通信可靠，選擇了功率為500mw的傳輸模塊。根據(jù)設(shè)計(jì)，需要傳輸開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)和串口數(shù)據(jù)，故此工程設(shè)計(jì)選擇無(wú)線開(kāi)關(guān)量傳輸模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)控器組建信息傳輸無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，各模塊間能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)通信，使用安裝非常簡(jiǎn)單。

2.2 煙霧環(huán)境監(jiān)測(cè)

2.2.1 選擇合適的煙霧探測(cè)器 對(duì)煙霧的檢測(cè)是靠感煙火災(zāi)探測(cè)器作為前端的。煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一，感煙式火災(zāi)探測(cè)器能夠?qū)梢?jiàn)的或不可見(jiàn)的煙霧粒子響應(yīng)，將探測(cè)部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)實(shí)現(xiàn)報(bào)警[6]。

選擇感煙探測(cè)器要充分考慮大功率短波機(jī)房具有較強(qiáng)的干擾，易產(chǎn)生誤檢測(cè)的特點(diǎn)，要選擇本身就具備較強(qiáng)抗干擾能力的電流型探測(cè)器，方便進(jìn)行抗干擾處理，保證檢測(cè)前端信息的可靠性。

2.2.2 煙霧探測(cè)器的布局安裝 煙霧探測(cè)器的布局也是非常關(guān)鍵的一環(huán)，可以參照選擇的煙霧探測(cè)器指標(biāo)及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置和布局好探測(cè)器，確保對(duì)整個(gè)機(jī)房起到良好的檢測(cè)效果。

2.2.3 檢測(cè)信號(hào)的處理與傳輸 為保證檢測(cè)的煙霧信號(hào)可靠，需要對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行光電隔離處理后，再送入無(wú)線模塊進(jìn)行傳輸，增強(qiáng)抗干擾能力[3]；也可直接采用帶光電隔離的無(wú)線傳輸模塊，將探測(cè)器檢測(cè)信號(hào)接入模塊，進(jìn)行內(nèi)部光電隔離后傳輸，工程中采用了光電隔離模塊。這樣處理后可以較好的防止強(qiáng)電磁場(chǎng)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的干擾，避免造成誤報(bào)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.3 溫濕度監(jiān)測(cè)

2.3.1 溫濕度傳感器選擇 市場(chǎng)上溫濕度傳感器很多，選擇時(shí)根據(jù)需要考慮測(cè)量范圍、測(cè)量精度、工作電源等因素，選擇的產(chǎn)品應(yīng)具有工作可靠，耐電磁環(huán)境等特點(diǎn)。特別是需結(jié)合無(wú)線組網(wǎng)情況，選擇合適的數(shù)據(jù)輸出類型產(chǎn)品，方便無(wú)線傳輸和接收數(shù)據(jù)處理，實(shí)際使用的溫濕度傳感器采用485口數(shù)據(jù)傳輸格式。

2.3.2 溫濕度數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸 何種數(shù)據(jù)傳輸類型的溫濕度傳感器需要與可傳輸何種數(shù)據(jù)類型的無(wú)線模塊相匹配。工程中采用數(shù)字傳輸接口的溫濕度傳感器，具有根據(jù)接收的控制信號(hào)指令，發(fā)送檢測(cè)數(shù)據(jù)信息功能，采用無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)器作為溫濕度傳感器的傳輸模塊，接收本地計(jì)算機(jī)控制信息并回傳檢測(cè)的溫濕度信息。

2.4 其他相關(guān)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，如粉塵、噪音等 在工程中，我們還可以根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要，增加如粉塵、噪音等環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，只需選擇合適的粉塵和噪音傳感器，通過(guò)無(wú)線傳輸模塊加入環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，就可實(shí)現(xiàn)功能拓展，非常方便。

2.5 實(shí)現(xiàn)框圖 圖1為大功率短波發(fā)射機(jī)房環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖?？驁D中，無(wú)線開(kāi)關(guān)量傳輸模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)控器組成無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線模塊組網(wǎng)前，需要按使用說(shuō)明設(shè)置好通訊模塊的頻點(diǎn)、空中速率、組編號(hào)、發(fā)射功率，模塊地址等參數(shù)，在一個(gè)網(wǎng)內(nèi)的模塊，以上數(shù)據(jù)需要保持一致。完成上述設(shè)置后，無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)控器可以自動(dòng)識(shí)別通信模塊，自動(dòng)完成組網(wǎng)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通常有較好的安全性，在不知道模塊頻點(diǎn)、組編號(hào)等信息情況下，他人是無(wú)法與設(shè)備進(jìn)行通信的[4]。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集信息包括煙霧探測(cè)器和溫濕度傳感器的采集信息，其中電流型煙霧探測(cè)器檢測(cè)到的信號(hào)送入無(wú)線開(kāi)關(guān)量傳輸模塊，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后，模塊將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電發(fā)送出去。無(wú)線開(kāi)關(guān)量傳輸模塊工作在定時(shí)和邊沿觸發(fā)模式，即當(dāng)煙霧探測(cè)器檢測(cè)數(shù)據(jù)正常時(shí)，定時(shí)傳輸檢測(cè)信息數(shù)據(jù)，如果一旦煙霧探測(cè)器檢測(cè)到異常煙霧信息，則立即將異常數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線模塊傳送出去。無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊工作在查詢模式，即本地控制計(jì)算機(jī)，根據(jù)需要通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)控器定時(shí)發(fā)送查詢命令，溫濕度傳感器接收到命令后，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將檢測(cè)的溫濕度信息傳輸送給本地控制計(jì)算機(jī)。無(wú)線開(kāi)關(guān)量傳輸模塊和無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，均被無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)控器接收，送至本地監(jiān)控計(jì)算機(jī)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的解析處理，無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)控器也能接收本地監(jiān)控計(jì)算機(jī)控制命令，傳送給無(wú)線數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)量模塊和無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，另外遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)客戶端可以通過(guò)局域網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)。

2.6 軟件編程 本地控制計(jì)算機(jī)完成對(duì)接收數(shù)據(jù)的處理并向相關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令信號(hào)，是環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)。工程中采用實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理編程[2]，通過(guò)對(duì)無(wú)線采集的數(shù)據(jù)處理，可以完成對(duì)機(jī)房煙霧、溫度和濕度等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，并可以接受遠(yuǎn)程客戶端訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

進(jìn)行軟件處理時(shí)，需要參照無(wú)線傳輸模塊和相關(guān)傳感器使用說(shuō)明，掌握相關(guān)傳感器輸出數(shù)據(jù)格式，特別是要詳細(xì)掌握無(wú)線傳輸模塊監(jiān)控協(xié)議，才能很好的完成對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，要按照產(chǎn)品相關(guān)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，解析出探測(cè)器和傳感器的數(shù)據(jù)信息，并將他們正確的顯示在本地計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面上。

3 結(jié)論

采用無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率短波發(fā)射機(jī)房環(huán)境狀況監(jiān)測(cè)，掌握機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)，利于設(shè)備運(yùn)行。采用無(wú)線傳輸方式代替有線傳輸，具有布線方便，節(jié)點(diǎn)互聯(lián)容易，成本較低，增加監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)不受限制等優(yōu)點(diǎn)，特別是在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下，可以有效減小由于引線過(guò)長(zhǎng)而受到干擾，造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，甚至誤報(bào)等情況，有較好的實(shí)用性和效果。

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