(完整版)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在遠程環(huán)境檢測中的應用

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在遠程環(huán)境檢測中的應用這些年，由于科技的發(fā)展，出現(xiàn)了類似互聯(lián)網(wǎng)工作原理的技術(shù)， 這就是無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)。既然出現(xiàn)了像網(wǎng)絡(luò)一樣的技術(shù)，這樣的技術(shù)有覆蓋面廣，數(shù)據(jù)精確 等特點。我們?nèi)缃衩媾R的環(huán)境問題一直得不到解決，為了解決使用傳統(tǒng)有線方式 監(jiān)測環(huán)境的方式不僅浪費資源還甚至破壞環(huán)境，專家提出了一種利用無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案。該方案是采用無線射頻收發(fā)芯片和適量 的外圍電路來設(shè)計傳感器節(jié)點和中心控制節(jié)點的硬件電路，然后設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點和中心控制節(jié)點的應用軟件。傳感器節(jié)點是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，它 主要由濕度、溫度、煙塵等多路傳感器采集模塊、信號調(diào)理模塊和無線收

2、發(fā)模塊 組成，負責采集和上傳監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)和接收環(huán)境監(jiān)控中心發(fā)送的模 式控制命令。為滿足野外無人值守的需求，設(shè)計可采用電池供電方式。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點可通過飛機布撒，人工布置等方式，以一 定的間隔距離分布在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)。 這些節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)， 并以 協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中特定以及需要的信息， 從而實現(xiàn)對 任意地點信息在任意時間的采集、處理和分析這樣我們就能廣泛并且精確地知道 當?shù)禺敃r環(huán)境的濕度溫度以及煙塵的精確資料。這種以自組織形式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)， 可通過多次無線傳送的方式將數(shù)據(jù)傳回中心控制節(jié)點， 最后將整個區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù) 傳送到遠程控制中心來進

3、行集中處理。無線傳感器解決方案的體系結(jié)構(gòu)由傳感器 節(jié)點、中心控制節(jié)點和環(huán)境信息監(jiān)控中心三部分組成。如圖1所示：44 爭草圖1中心控制節(jié)點負責啟動整個網(wǎng)絡(luò)和維護節(jié)點，采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳來的 環(huán)境參數(shù)，并通過串口發(fā)送到監(jiān)控中心計算機上， 同時偵聽串口接收中斷，用以 向傳感器節(jié)點發(fā)送模式控制指令，因此，在中心控制節(jié)點的硬件平臺上可擴展使 用?？紤]到功耗等問題，電源系統(tǒng)的設(shè)計采用穩(wěn)壓電源供電，這樣電量較為充足, 能夠滿足系統(tǒng)需求。除了上述特殊需求外，中心控制節(jié)點的結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳感器節(jié) 點的不同之處是其不包含傳感器組和信號調(diào)理模塊。傳感器節(jié)點是系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 源，它主要由濕度、溫度、煙塵等多路傳感器采集模

4、塊、信號調(diào)理模塊和無線收 發(fā)模塊組成，負責采集和上傳監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)和接收環(huán)境監(jiān)控中心發(fā) 送的模式控制命令。為滿足野外無人值守的需求，設(shè)計可采用電池供電方式。結(jié) 構(gòu)框圖如圖2：時忌詞 JLED樓SOC苕片圖2傳感器節(jié)點、中心控制節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸必須遵循一定的數(shù)據(jù)格式，才能保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性和有效性。一種有效的數(shù)據(jù)幀格式對于通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的 準確傳輸能起到事半功倍的效果。數(shù)據(jù)幀的定義應該滿足兩個條件：一是要具有 很好的擴展性，以方便系統(tǒng)擴展其他服務；二是要盡量簡潔，以減少通信網(wǎng)絡(luò)中 的數(shù)據(jù)流量，使數(shù)據(jù)通信更通暢。當傳感器節(jié)點向中心控制節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須讓中心控制節(jié)點知道自己上傳數(shù)據(jù)

5、的類型以及自己的設(shè)備特征，這樣，當出現(xiàn)異常時，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)就可以報告出現(xiàn)異常的區(qū)域以及異常的特征?？紤]到這個需求，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就必須按照網(wǎng)絡(luò)約定的格式進行存儲。中心控制節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心交互的關(guān)鍵部分。它作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，可建 立一個新的無線通信網(wǎng)絡(luò)，以負責網(wǎng)絡(luò)標識符的選取，并允許加入網(wǎng)絡(luò)，實施節(jié) 點綁定；接收傳感器節(jié)點的環(huán)境數(shù)據(jù)，并進行預處理；同時，還通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)分析和處理。因此，中心控制節(jié)點應該一直處于 活躍的工作狀態(tài)，時刻無線數(shù)據(jù)和串口數(shù)據(jù)。中心控制節(jié)點在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 充當著協(xié)調(diào)器的角色，它應該具有建立一個新的網(wǎng)絡(luò)并允許其他節(jié)

6、點加入的能 力；同時，中心控制節(jié)點還要實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心計算機的數(shù)據(jù)通信 功能。中心控制節(jié)點工作時，首先用電源開關(guān) S1 啟動監(jiān)測站網(wǎng)關(guān)，以開始建立 一個新的網(wǎng)絡(luò)過程， 并進行串口初始化。 監(jiān)測站網(wǎng)關(guān)的應用程序應通過應用層接 口與協(xié)議棧連接， 從而建立網(wǎng)絡(luò)、 允許加入網(wǎng)絡(luò)和綁定等， 而且這些工作應在協(xié) 議棧內(nèi)自動完成。 初始化完畢后， 中心控制節(jié)點即進入一個無限循環(huán)。 在此循環(huán) 中，中心控制節(jié)點首先判斷是否有串口中斷指令， 然后響應指令， 并將指令廣播 發(fā)送到傳感器節(jié)點； 若無串口中斷數(shù)據(jù)， 則偵聽空中無線數(shù)據(jù)， 若偵聽到無線數(shù) 據(jù)經(jīng)加和校驗判斷為有效數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到監(jiān)控

7、中心?？紤]到節(jié)點對能耗的要求， 節(jié)點不應該一直不停歇的對監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境參數(shù) 進行采集， 因此，本系統(tǒng)為傳感器節(jié)點設(shè)計了周期采集和睡眠兩種工作模式。 在 周期采集模式下，網(wǎng)絡(luò)中采集數(shù)據(jù)的節(jié)點將按照設(shè)定的時間間隔和循環(huán)采集次數(shù) 對環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集和上傳， 當采集發(fā)送指定次數(shù)后， 傳感器節(jié)點自動進入睡眠 模式。應用層在收到成功入網(wǎng)的事件消息后， 將設(shè)置睡眠定時器并開啟全局中斷， 此后節(jié)點將進入睡眠狀態(tài)以實現(xiàn)低功耗工作。 在睡眠狀態(tài)下， 傳感器節(jié)點的大部 分內(nèi)部電路掉電關(guān)閉，只有上電復位、外部中斷、睡眠時鐘處于活躍狀態(tài)，但此 時傳感器節(jié)點能夠時刻偵聽空中的無線數(shù)據(jù)。 在睡眠模式下， 若傳感器節(jié)點偵聽 到無線數(shù)據(jù)， 則對接收到的數(shù)據(jù)進行解析。 若為有效的周期采集命令， 則喚醒傳 感器節(jié)點進入周期采集工作模式， 同時設(shè)置周期采集時間間隔和采集次數(shù)。 開始 循環(huán)采集上傳環(huán)境數(shù)據(jù)。 當采集發(fā)送到指定次數(shù)時， 傳感器節(jié)點又自動進入睡眠 偵聽模式。本文提出了無線傳