(完整版)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)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(diǎn)。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(cè)環(huán)境的方式不僅浪費(fèi)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(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)和中心控制節(jié)點(diǎn)的硬件電路，然后設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)和中心控制節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用軟件。傳感器節(jié)點(diǎn)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(hào)調(diào)理模塊和無線收

2、發(fā)模塊 組成，負(fù)責(zé)采集和上傳監(jiān)測(cè)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(jì)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(diǎn)可通過飛機(jī)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì) 任意地點(diǎn)信息在任意時(shí)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(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)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(diǎn)， 最后將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù) 傳送到遠(yuǎn)程控制中心來進(jìn)

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(diǎn)、中心控制節(jié)點(diǎn)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(diǎn)負(fù)責(zé)啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和維護(hù)節(jié)點(diǎn)，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(jì)算機(jī)上， 同時(shí)偵聽串口接收中斷，用以 向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送模式控制指令，因此，在中心控制節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)上可擴(kuò)展使 用?？紤]到功耗等問題，電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳感器節(jié) 點(diǎn)的不同之處是其不包含傳感器組和信號(hào)調(diào)理模塊。傳感器節(jié)點(diǎn)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(hào)調(diào)理模塊和無線收 發(fā)模塊組成，負(fù)責(zé)采集和上傳監(jiān)測(cè)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(jì)可采用電池供電方式。結(jié) 構(gòu)框圖如圖2：時(shí)忌詞 JLED樓SOC苕片圖2傳感器節(jié)點(diǎn)、中心控制節(jié)點(diǎn)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(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的 準(zhǔn)確傳輸能起到事半功倍的效果。數(shù)據(jù)幀的定義應(yīng)該滿足兩個(gè)條件：一是要具有 很好的擴(kuò)展性，以方便系統(tǒng)擴(kuò)展其他服務(wù)；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(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)向中心控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須讓中心控制節(jié)點(diǎn)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(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)就可以報(bào)告出現(xiàn)異常的區(qū)域以及異常的特征。考慮到這個(gè)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(jìn)行存儲(chǔ)。中心控制節(jié)點(diǎn)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(gè)新的無線通信網(wǎng)絡(luò)，以負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符的選取，并允許加入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施節(jié) 點(diǎn)綁定；接收傳感器節(jié)點(diǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理；同時(shí)，還通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。因此，中心控制節(jié)點(diǎn)應(yīng)該一直處于 活躍的工作狀態(tài)，時(shí)刻無線數(shù)據(jù)和串口數(shù)據(jù)。中心控制節(jié)點(diǎn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 充當(dāng)著協(xié)調(diào)器的角色，它應(yīng)該具有建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)并允許其他節(jié)

6、點(diǎn)加入的能 力；同時(shí)，中心控制節(jié)點(diǎn)還要實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信 功能。中心控制節(jié)點(diǎn)工作時(shí)，首先用電源開關(guān) S1 啟動(dòng)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)關(guān)，以開始建立 一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)過程， 并進(jìn)行串口初始化。 監(jiān)測(cè)站網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用程序應(yīng)通過應(yīng)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(yīng)在協(xié) 議棧內(nèi)自動(dòng)完成。 初始化完畢后， 中心控制節(jié)點(diǎn)即進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán)。 在此循環(huán) 中，中心控制節(jié)點(diǎn)首先判斷是否有串口中斷指令， 然后響應(yīng)指令， 并將指令廣播 發(fā)送到傳感器節(jié)點(diǎn)； 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(yàn)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(diǎn)對(duì)能耗的要求， 節(jié)點(diǎn)不應(yīng)該一直不停歇的對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境參數(shù) 進(jìn)行采集， 因此，本系統(tǒng)為傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)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(diǎn)將按照設(shè)定的時(shí)間間隔和循環(huán)采集次數(shù) 對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和上傳， 當(dāng)采集發(fā)送指定次數(shù)后， 傳感器節(jié)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)入睡眠 模式。應(yīng)用層在收到成功入網(wǎng)的事件消息后， 將設(shè)置睡眠定時(shí)器并開啟全局中斷， 此后節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入睡眠狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)低功耗工作。 在睡眠狀態(tài)下， 傳感器節(jié)點(diǎn)的大部 分內(nèi)部電路掉電關(guān)閉，只有上電復(fù)位、外部中斷、睡眠時(shí)鐘處于活躍狀態(tài)，但此 時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)能夠時(shí)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(diǎn)偵聽 到無線數(shù)據(jù)， 則對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。 若為有效的周期采集命令， 則喚醒傳 感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入周期采集工作模式， 同時(shí)設(shè)置周期采集時(shí)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(dāng)采集發(fā)送到指定次數(shù)時(shí)， 傳感器節(jié)點(diǎn)又自動(dòng)進(jìn)入睡眠 偵聽模式。本文提出了無線傳