时辰：2023-03-01 16:36:42
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中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0192-01
1 打算设想与论证
1.1 无线收发模块
（1）打算比拟：打算一：接纳编解码集成电路PT2262/2272，其为CMOS工艺制作，具备低功耗、外部元器件少，使命电压范围宽：2.6～15v等特色，操纵于车辆防盗体系、家庭防盗体系、遥控玩具、其余电器遥控等方面。打算二：接纳XEMICS公司推出的CMOS超低功率传输器、单片无线收发芯片XE1209，其合用于小范围低频、音频材料传输体系，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实现2次延续相位频次位移键控调制（FSK）。打算三：以MELEXIS公司的单片射频收发芯片TH7122作为首要芯片，其使命频次范围在27MHz～930MHz，具备很宽的调谐范围。能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许使命在4种差别的状况下：待机状况、发送状况、领受状况和余暇状况。（2）打算肯定：综合阐发以上三种打算的优毛病谬误，打算三具备更大的优胜性、矫捷性，是以咱们接纳打算三作为详细实行的打算。
1.2 处置器比拟与挑选
因为本体系中的两个探测点接纳两节1.5V干电池供电，并请求尽能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许降落各探测节点的功耗，是以接纳通俗的C51单片机并不知足请求。而ARM微节制器STM32系列固然具备丰硕的资本、壮大的功效与低功耗等特色，可是其性价比绝对来讲比拟高，零件电路也比拟庞杂，故也不拔取。是以在保障知足请求的前提下，咱们挑选了合适于良多请求高集成度、低本钱的P89LPC922微节制器，其集成了良多体系级的功效，大大削减了元件的数目并降落体系的本钱。
1.3 显现器比拟与挑选
（1）打算比拟。打算一：接纳DM-162液晶显现模块，具备低功耗、模块打算松散、轻盈、拆卸轻易等特色，可是其界面比拟小，不能到达比拟好显现的功效。打算二：接纳汉字图形点阵液晶显现模块RT12864M，可显现的内容很是丰硕，可是其功耗绝对高于NOKIA 5110。打算三：接纳NOKIA5110手机液晶，其驱动接纳低功耗的CMOS LCD节制驱动器PCD8544，一切的显现功效集成在一块芯片上，所需外部元件很少且功耗小。（2）打算肯定。综合以上阐发，从功耗与性价比的角度来斟酌，咱们挑选打算三作为显现模块。（3）信道调制体例。因为无线收发芯片已肯定操纵了单片射频收发芯片TH7122，其在发射情势下产生载波频次，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许接纳FSK/ASK/FM三种调制体例，可是在本体系中咱们牢固了载波频次为27MHz，再综合这三种调制体例的特色，别的FSK对鉴频器的参数很是高，对换试不是很便利，是以在这里接纳ASK调制体例作为详细实现的打算。（4）全体打算按照以上阐发与论证，咱们肯定了全体设想打算：监测终端硬件以P89LPC922为主节制器，以液晶5110、无线收发模块为受控模块。探测点也以P89LPC922为主节制器，以无线收发模块、光电传感器与温度传感器为受控模块。（如图1）
2 体系测试及数据阐发
2.1 测试仪器及装备
（1）UT30D数字万用表。（2）SS-7802 20M数字示波器。
2.2 测试体例及数据
（1）测试体例。1）分模块遏制测试：对探测节点的光照检测遏制测试，考证它是不是能通俗使命；对探测节点的温度检测遏制测试，考证它是不是能通俗使命；对无线通信模块遏制测试，考证是不是能通俗通信。2）保障各模块通俗使命今后，再遏制零件测试。（2）数据记实。间接对单个光敏电阻遏制光照变革时的阻值丈量，记实数据以下：（如表1）
2.3 数据阐发
以上对光敏电阻阻值的丈量，因为光敏电阻自身的特色与操纵体例的缘由，所记实的数据只是针对某个特定情况之下，实在光敏电阻的阻值是随光照强度的变革而变革的。
3 结语
本体系首要由P89LPC922微节制器、单片射频收发芯片TH7122、低耗电数字温度传感器TMP102等构成，很好地实现了外部情况的监测：光照与温度，并且机能比拟好。很有市场前程。
参考文献
0 弁言
在良多情况下，监控中心都须要对周边及关头地位的情况信息（如温度、照度、湿度等）遏制监测和处置。各探测点信息接纳有线传输是一种靠得住的体例，但受修建物装修请求和情况妨碍等身分限定，不宜接纳有线体例传输时，操纵无线体例传输无疑是一种经济合用的挑选。本装配请求能在5秒钟内实现对255个探测节点情况温度和光照信息的无线探测，并主动巡回或手动挑选显现相干情况信息。
1 体系打算设想
按照设想请求，为便于对周边多点环信息遏制探测，实现监测终端与各探测节点之间信息的无线传输，本装配由探测节点分机和监测终端两大局部构成。探测节点分机由单片机、温度检测电路、照度检测电路、无线发射电路和领受电路等构成；监测终端由单片机、无线发射电路、无线领受电路和显现电路等构成。体系打算如图1所示。各探测节点分机实现对情况温度和照度信息的收罗与处置，并当令向监测终端和临近检测节点发送信息；监测终端实现探测号令的、探测信息的处置、存储与显现。
1.1 信息通报与转发打算 为避免某个探测节点在上传信息时产生碰撞，体系接纳“时辰复用”信道的通信体例。商定每一个节点必须在划定的时隙ΔT内实现信息发送。某个节点领遭到监测终端发来的“探测号令”时，或领遭到临近节点转来的第一个“探测号令”时。启动按时，按时时辰到便起头发送信息。按时时长按照每一个节点地点差别或是不是能间接领受终端“探测号令”为按照决议。
当监测终端须要探测情况温度和照度信息时，便以播送通信体例向各个探测节点“探测号令”。能间接领受终端“探测号令”的节点同时启动按时，某个探测节点按时时辰到，便起头向终端和临近节点发送信息（含地点、温度和照度信息）。终端将信息领受上去送单片机存储、处置；不能间接领受“探测号令”的节点（如地点序号为j的节点），在接到第一个临近节点（如地点序号为i的节点）收回的信息时，便以为收到了“间接探测号令”，是以起头启动按时。因为每转发一个节点信息须要两个ΔT，是以转发节点j的按时时长
T=（256-i+2j）ΔT。
按时时辰到，便发送含有i节点地点、j节点地点与情况数据的信息。此时，若i节点收到j节点收回的含有本节点（i节点）地点的信息，标明j节点须要本节点转发信息；若i节点收到的j节点信息中不含有本节点（i节点）地点的信息，标明j节点不须要本节点转发信息。
1.2 信息处置与显现打算 因为请求在5秒内实现对255个探测节点情况信息的探测，斟酌到最多能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许有254个节点的信息须要转发。如许，监测终端对每一个节点的探测时辰只要几十毫秒，这么短的时辰没法实现“当即检测当即显现”，只能将地点信息和情况信息全数领受上去处置后，再按照须要送显现器显现。显现体例有三种挑选：一是主动巡回显现，二是手动设定/挑选显现，三是报警节点优先显现。
1.3 通信和谈
1.3.1 数据包格局 本体系的信令和数据包由同步码WS、功效码FC、数据包长度码SIG、数据包内容DIGI和校验码CHECK五局部构成。数据包格局以下：
■
1.3.2 SPL编解码与数据包传输 ①SPL编码与数据包的发送。数据包WS、FC、SIG、DIGI、DHECK的发送是由单片机的通用输出端口从高位到低位串行逐位发送的，发送完WS今后，发真实的信令码FC、SIG、DIGI、DHECK时，将遏制SPL编码，按照1变为01，0变为10的准绳，FC由原15位变成30位。②SPL解码与数据包的领受。数据包的领受是发送的逆进程，是由单片机的通用领受端串行领受的，当单片机串行领遭到WS后，即动手领受已过SPL编码的FC、SIG、DIGI、DHECK。若是按照011，100的准绳遏制SPL解码，若呈现00或11的情况，以为领受端犯错，若犯错两次，则信令有用，若只要一次，则姑且按000，111处置，留待下一步校验码纠错。③过失节制编码检错与纠错。过失节制的根基思绪是，在发送端按照要传输的数据系列插手过剩码元，使本来不相干的变为相干的数据，即编码。传输时将过剩码元和信息码元一并通报。领受端按照信息码元和过剩码元间的法则遏制查验，即译码。按照译码功效遏制过失检测。当发明过失时，由译码器主动将毛病改正。这类过剩码元便是校验码。
2 电路与法式设想
2.1 发射电路 各探测节点和检测终真个发射电路可接纳不异的电路打算。电路通俗由脉冲产生电路、脉冲整形电路、调制与发射电路构成。
载波频次的不变与否是发射电路可否不变、靠得住地使命的关头，本设想接纳振晶与高速与非门构成的振荡器来产生不变的载波旌旗灯号。
旌旗灯号的发射是颠末进程线圈耦合的体例实现的，是以射频功放应挑选谐振功放。谐振功放有A、B、C、D类，综合斟酌电路的庞杂程度及效力题目，本设想选用三极管构成的C类缩小器对高频旌旗灯号遏制射频功率缩小和发射。
经常操纵的数字调制体例首要有ASK、FSK和PSK。比拟而言，FSK、PSK电路比拟庞杂，本设想挑选100%ASK调制。100%ASK以100%的能量遏制数据传输，保障了旌旗灯号的较高抗搅扰性，解调轻易，在必然程度上进步了通信的靠得住性。
2.2 领受电路 各探测节点和检测终真个领受电路可接纳不异的电路打算。电路首要由混频器、本机振荡器、中频缩小器、检波器、低频缩小器和脉冲整形电路构成。
混频器的感化是进步领受电路的活络度、挑选性。若是不混频电路，领受电路将间接缩小领遭到的高频旌旗灯号，将会呈现活络度低、挑选性差的题目。接纳混频器后，将高频旌旗灯号变为牢固的中频，故在混频器后设置中频缩小器，中频缩小器在牢固中频上缩小旌旗灯号，缩小电路能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许设想得最好，使缩小器的增益做得更高且不易自激。本设想中频缩小器中设置了一个藕合谐振电路和一个选频搜集，以进一步进步领受电路的挑选性和抗搅扰才能。因为检波出来的旌旗灯号较弱，须经低频缩小今后才能遏制比拟讯断。是以解调电路局部应包罗由检波器、低频缩小器和脉冲整形电路。解调出来的数据旌旗灯号送单片机遏制处置。
2.3 体系软件设想
2.3.1 监测软件设想 终端单片机节点实现探测号令、探测到的节点信息的处置和显现。当须要探测节点信息时，终端以播送体例收回探测号令，并启动按时，按时时长为512ΔT（ΔT为一个节点上传信息所需时辰），确保255节点在转况下都能靠得住探测。当探测到节点信息时，将该节点信息遏制存储、处置。全数节点的信息都领受上去处置完后，将地点信息、温度信息和光照信息依序送显现器显现。而后再遏制下一轮回的探测。首要法式流程如图2所示。
2.3.2 节点软件设想 探测节点单片机实现对情况温度、照度信息和电池电压的收罗与处置，当令向终端和临近节点发送信息，并按照临近节点的须要及时向终端转发信息。首要法式流程如图3所示。
3 竣事语
本装配为一摹拟尝试体系，因为各探测节点能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许领受和转发临近节点传来的信息，不只数据通报靠得住，并且通信间隔远比点对点大。测试功效标明：该装配能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许精确完整地监测和处置各探测节点的情况信息。只要恰当增添发射电路的载波频次和发射功率就能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许增添探测间隔和范围，以顺应现实操纵请求。
参考文献：
中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号：
弁言
古代温室是举措措施农业的出产车间，温室情况信息的监测节制体系是实现其出产主动化、高效化最为关头的环。传统的温室监控体系首要是基于有线通信体例。有线通信体系在温室出产现实中存在诸如布线庞杂、掩护坚苦、传感器节点不能随作物变革而矫捷支配等题目。无线传感器搜集(Wireless sensor network，WSN)作为一种全新的信息取得手艺和处置手艺，具备节点范围大、体积小、本钱低、自组网等特色，在温室情况监测范畴有广漠的操纵远景。
1温室节制体系打算
在温室测控体系中，传感器节点担任收罗温室外部的情况参数，是温室节制体系的焦点局部；各会聚担任节点是温室监测节点的办理者，也是监测数据的搜集者，并承当感知地区与办事器端之间的通信使命；办事器是全部温室节制体系的节制中心，担任办理和节制Sink节点，按照Sink节点供给的监测数据决议进一步接纳的计谋，并对终端用户供给拜候节制接口；客户端操纵PC或挪动装备颠末进程Web办事随时查抄今后温室情况状况和汗青数据，并且能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许按照数据向温室情况监控体系收回进一步的指令，由办事器遏制进一步的处置。
2 无线传感器节点设想
2.1、无线传感器节点硬件设想
传感器节点是温室监测体系的根基构成单位，须要具备情况因子收罗、数据处置、无线通信等功效。在温室情况监测操纵背景下，传感器节点设想重点斟酌了低本钱、低功耗、不变、靠得住等身分。
(1)CC2430。 CC2430是由Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee操纵的片上体系，其首要特色以下：接纳了加强型财产规范8051MCU，具备较高机能。集成了合适2．4 GHz IEEE802．15．4的RF收发器CC2420。具备4种电源办理情势，可矫捷设置装备摆设体系使命情势以降落体系功耗。在休眠情势时电流耗损独一0.9μA，在待机情势时电流耗损小于0．6μA。基于CC2430设想的节点仅需较少的电路便可实现数据的收罗及发送，极大地进步了体系的靠得住性并降落了体系功耗。
(2)传感器挑选。传感器节点须要实现各类与动物成长紧密亲密相干的情况因子的收罗，这些信息收罗是由传感器实现的，请求传感器具备较高的精度及较低的功耗。本设想所接纳各类传感器及其手艺参数为：SHT71数字型大气温湿度传感器，使命电流为550μA，待机时仅0．3μA，丈量温湿度的精度别离为±0．3℃和小于即是1．8％，接口为12C总线。ISL29010数字型光照强度传感器，使命电流为0．25μA，待电机流0．1μA，丈量精度±50 lux，接口为12C。SLSTl—5数字型泥土温度传感器，丈量电流1．5 mA，待电机流1μA，丈量精度±0．5℃，接口为单总线。H550数字型CO2传感器，使命电流15μA，精度为±30 ppm，接口为12C。FDSl00摹拟型泥土湿度传感器，使命电流15μA，精度小于即是3％，输出为摹拟旌旗灯号。
由上述手艺参数能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许看出，数字型传感器的功耗较低，与CPU以单总线或双总线毗连，除FDSl00摹拟型泥土湿度传感器外，其余都可挂接在12C数据总线上。在本设想中由CC2430的两个I／O口别离摹拟12C总线的时钟线和数字线，简化了电路设想，节流了CPU的I／0端口。FDSl00输出摹拟旌旗灯号，可间接与CC2430的P0口相连，操纵CC2430外部的ADC实现数据转换。
2.2、ZigBee通信和谈的实现
ZigBee和谈是由ZigBee同盟拟定的无线通信手艺规范，其特色是近间隔、低庞杂度、自机关、低功耗、低速率和低本钱。别的，ZigBee装备具备能量检测和链路品德唆使功效，按照检测功效，装备可主动调剂发射功率，在保障通信链路品德的前提下，最小地耗损装备能量。
在节点软件设想中，颠末进程挪用ZigBee和谈栈供给的API函数实现搜集办理层的装备初始化、设置装备摆设搜集、启动搜集，实现散布在多个温室中的无线传感器节点的自组搜集。为了进一步降落节点功耗，设想了矫捷、可静态设置装备摆设的按时收罗数据、按时休眠及叫醒功效。
3 网关办理平台设想
3.1 网枢纽点硬件设想
在本设想中，作者以S3C2410A为焦点构建了无线传感器搜集网关硬件平台，首要硬件打算有：
(1)ZigBee调和器。在本设想中，ZigBee和谈将全部传感器搜集收罗的数据终究会聚到调和器节点上，是以本文中将ZigBee调和器节点嵌入到网枢纽点，调和器颠末进程串口和网关遏制数据通信。
(2)MC39i。接纳Siemens公司GSM／GPRS双频模块MC39i实现网关的无线长途通信。MC39i撑持GSM900和GSMl800双频搜集，领受速率可达86．20 kb／s，发送速率可达21．5 kb／s，完整知足无线传感器搜集较小的数据传输量的须要。
(3)存储器接口。S3C2410A内置了外部存储器节制器，本体系拓展了64MB SDRAM和64MBNandFlash。
(4)通用接口。网关体系具备很强的扩大才能：带触摸屏的LCD是网关体系信息交互的界面；USB接口可用来外接规范鼠标、键盘；SD卡可作为拓展存储器操纵；RJ45接口可将网关接人以太网。
(5)电源。不变的电源对网关体系的运转相当首要。颠末进程变压器将220 V市电降为不变的12 V直流电作为网关的主电源，同时接纳12 V的蓄电池作为体系的备用电源，以构成不问断电源，保障体系在断电情况下能通俗运转。
3．2基于WinCE的软件平台的实现
WinCE5．0是一个32位、多使命、多线程的嵌入式操纵体系，具备模块化、易于裁剪等长处。本设想接纳Platform Builder定制了合适网关硬件平台的WinCE5．0操纵体系，为温室办理职员供给了直观、图形化的人机界面，便于用户的操纵；同时为操纵法式开辟供给了丰硕的API接口。本体系在Embedded Visual C++4．0开辟情况下实现了以下通信法式：串口通信，办理体系颠末进程串口与ZigBee调和器和MC39i遏制数据通信。GSM通信，颠末进程GSM短动静来实现网关办理体系的长途预警。Socket搜集通信，长途监控中心须要一台具备公网IP地点的办事器，网关颠末进程以太网／GPRS两重通信信道与长途办理中心遏制通信。本设想中，接纳靠得住的流式套接字实现了基于TCP／IP和谈Socket搜集通信。
3．3 网关办理体系的实现
作为温室监测体系的本地办理平台，网关须要实现浩繁数据办理使命。本设想基于SQLite3实现了情况监测体系办理软件，用以实现传感器节点办理和情况数据办理。
(1)节点办理。监测地区散布有大批差别范例的无线传感器节点，是以须要对一切节点遏制统一办理。具备统一ZigBee信道的节点都能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许加到无线搜集合。节点的办理包罗节点电量、节点ID、节点地位、传感器范例、采样周期、运转状况、更新时辰等属性的设置装备摆设。
(2)数据办理与预警。网关周期性收到无线传感器搜集一切节点会聚的大批情况信息，接纳SQLite数据库对收罗的数据遏制存储、查问等办理。别的，须要对写入数据库的每一个情况数据遏制鉴定，当跨越温室办理职员设置的宁静范围时，启动警报器、闪光灯、GSM短信等多种预警体例。
竣事语
无线传感器搜集节点体积小，并只须要支配一次就能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许遏制持久的监测使命 同时，传感器搜集节点具备必然的数据处置才能和通信才能，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许将大批的监测数据无线发送到基站遏制处置，具备传统温室情况监测体系所不具备的上风，很是合用于温室情况监测操纵。本文作者基于无线传感器搜集手艺，设想并实现了一种基于无线传感器搜集的温室监测体系。该体系能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实现传感器节点疾速自组网和对各类温室情况因子的及时收罗、传输、显现。该体系很好地降服了传统温室监控体系存在的题目，为无线传感器搜集手艺在温室监测范畴的操纵做了无益摸索。
参考文献
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0383-01
一、无线传感器搜集的涵义
无线传感器搜集综合操纵了多项手艺，它是多种手艺的调集体，首要包罗无线通信手艺、嵌入式计较机手艺、传感器手艺和散布式信息处置手艺。它能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许对监控东西遏制及时监测，收罗监控地区内的相干数据，并加以处置后取得精确详确信息，终究将这些信息发给有须要的人。无线传感器搜集由大批运动或挪动的节点以自机关和多跳的体例构成，集传感与驱动节制、计较、通信才能于一身，合作地及时监测、感知、收罗、处置和传输搜集笼盖地区内感知东西的监测信息并报告给用户。因为它本钱低，接纳无线通信，不须要牢固搜集辅佐，以是其研讨功效操纵很是遍及。
二、无线传感器搜集体系打算
无线传感器搜集是由很是多的微型传感器节点构成，它们的功效并不完整不异，可是机关大致不异，大都是由数据搜集、处置、发送和电源四局部构成，搜集合节点的感化是搜集数据，数据直达，或是类头节点。收条搜集，即搜集监测到的数据（如湿度、温度等），并将其通报至远方基站或是汇节点；数据周转，行将其余节点发送过去的数据信息，在不颠末任何处置的情况间接通报进来；类头节点，搜集属于统一范例节点的数据信息，汇总后通报给上一层级。
体系根基由上面几局部构成：
（1）传感器节点。对所监控地区的情况方针遏制丈量，比方温度、湿度等，将所监测到的数据通报给监控中心。
（2）网关。毗连无线传感器搜集与外网，实现传感器搜集与外网通信和谈的转换，将传感器搜集搜集到的数据发送至外网，并给上级节点支配监测使命。
（3）长途客户端和PDA用户。颠末进程外网查问监控中心的数据。
（4）监控中心。支配使命，下达监测号令，和办理监测数据，首要是汇总阐发，统计数据。
三、无线传感器搜集在情况监测中的操纵上风与近况
用无线传感搜集遏制情况监测，具备三个比拟拟着的上风。
（1）本钱昂贵，搜集装配速率快；
（2）在不增添其余装备的情况下就能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实现数据的传输使命，这使得体系机能进步了一个数目级；
（3）搜集坚固，不易被破坏，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许知足某些出格须要。
对将无线传感搜集操纵于情况监测中，国际的学者已做得良多研讨，并取得了一些研讨功效。在美国是研讨职员将其用于监测岛屿的生态状况；在我国，杭州将其用于监测杭州西溪湿地水情况，国防科技大学将其用于情况监测并取得了首要的研讨功效。
在我国，无线传感器搜集还未取得遍及的操纵，首要缘由是，第一大局部人对其还不熟习，不晓得任何操纵，它的上风在那里；第二无线传感器搜集在操纵中还存在一些首要题目不取得完整处置，国际对它的研讨还比拟浅，加上其操纵差别处所会呈现差别的题目，对搜集打算和传感器节点等也有差别的请求。
四、无线传感器搜集在情况监测中的操纵
（一）矿井情况监测
对煤矿企业而言，宁静探测是很是首要的，出格是在须要量延续增添的前提下，在持久的开辟与操纵中，煤矿探测的宁静题目愈发的引发了人们的正视。在无线传感器搜集的撑持下，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许很好的实现低本钱的探测须要，并且能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在必然程度上进步矿井功课的宁静属性。出格是Zig Bee手艺的操纵与推行，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许知足人们对井下监控、数据阐发、宁静阐发等综合须要。在比来几年来，手艺职员将Zig Bee手艺遏制了细化和拓展，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许赞助人们直观的领会到井下的功课情况，这对宁静、高效功课方针的实现供给了较大的撑持。
（二）军事情况监测
无线传感器搜集具备可疾速支配、可自机关、隐藏性强和容错性高的特色，是以很是合适在军事范畴操纵，也是军事批示、节制、通信、计较、谍报、监督、窥伺与方针捕获体系的首要构成局部。操纵无线传感器搜集能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实现对敌军兵力和装备的监控，疆场及时监督，方针定位，疆场评价，核进犯和生归天学进犯的监测和搜刮等功效，今朝国际良多机构的课题都是以疆场须要为背景睁开的。信息手艺必然是将来战斗取胜的关头，今朝未然有良多国度将该手艺与军事研讨相连系，赞助己方及时的取得对方的各项信息，从而及时的遏制计谋的调剂。
（三）天然情况监测
1、大气情况监测
将无线传感搜集用于监测大气情况，首要须要两局部的撑持，别离是装备和呼应的法式撑持。装备包罗一是传感器节点，首要是用于大气手艺参数的监测和搜集，另有相配套的缩小电路；二是Sink节点，用来汇总数据及向基站传输数据；三是办事器，这此中须要两个办事，一个遏制数据处置，一个用于数据传输。呼应法式也就软件首要是由用于数据搜集、处置和传输的相干模块构成，凡是有串口通信、数据转换、数据统计等功效模块。它的长处是装配简略便利、打算矫捷、掩护轻易、本钱低。
2、水情况监测
无线传感器搜集的水情况监测体系的打算从功效上能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许将水情况监测体系分红三级。第一级是以无线传感器搜集为焦点机关的数据收罗搜集体系，首要由数据收罗节点和调和器节点和测试仪构成；第二级是Zig Bee/GPRS网关体系，首要担任数据收罗搜集合的数据并长途发送，长途数据处置中心对数据收罗搜集节制号令的发送；第三级是长途数据处置中心体系，首要担任数据的处置阐发和节制号令决议打算。在全部水情况监测体系中，无线传感器搜集专一于探测和搜集水情况的信息；而庞杂的数据处置和存储等则交给长途数据处置中心来实现。首要包罗以静态曲线的体例实现传感器信息的在线监测和大批水质数据的存储。
3、地质监测
无线传感器搜集在地质监测方面也有很遍及的操纵。对局部地质较为出格的地区而言，有用的地质检测能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许很好的增进该地区根本举措措施扶植，如冻土情况下的交通举措措施扶植，在人力没法实现的前提下，无线传感器搜集则能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许很好的实现。尤著宏等基于无线传感器搜集的青藏铁路温度监测体系，接纳多跳的体例将数据从传感节点传输至转发基站上的会聚节点，再由会聚节点操纵 GPRS 搜集发送至监控中心。
4、其余操纵
无线传感器搜集在其余范畴也一样具备首要的操纵价格，比方在农业信息监测方面，崔光照等针对今后农业情况监测面临的监测点分离、布线坚苦和及时性差等题目，提出了操纵具备自机关特色的无线传感器搜集，对温度、地盘湿度和泥土pH值等情况变量遏制在线监测的体例。该体例接纳了同等式搜集体系打算，低功耗细小搜集节点和基于拓扑树的搜集初始化设置装备摆设算法。尝试测试标明，节点能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许有用地收罗和处置数据，并能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在节点间胜利地遏制通信。别的，无线传感器搜集体系在水产养殖、丛林监测、家庭情况监测和管道保送监测等方面都取得了遍及操纵。
综上所述，无线传感器搜集在浩繁范畴都有着操纵，并发挥着极其首要的感化。是以，为使无线传感器搜集具备加倍遍及的操纵范畴，还须要更进一步的深切研讨，为社会成长营建更杰出的情况。
参考文献
比来几年来，跟着无线传感器搜集手艺的迅猛成长，和人们对情况掩护和情况监督提出的更高请求，愈来愈多的企业和机构都尽力于在情况监测体系中操纵无线传感器搜集手艺的研讨。颠末进程在监测地区内布署大批的便宜微型传感器节点，颠末无线通信体例构成一个多跳的搜集体系，从而实现搜集笼盖地区内感知东西的信息的收罗量化、处置融会和传输操纵。无线传感器搜集手艺是操纵性很是强的手艺，它在今后我国情况监测体系中的操纵潜力是庞杂的。
一、无线传感器搜集和ZigBee
无线传感器搜集（Wireless Sensor Network，WSN）是由支配在监测地区内大批的便宜微型传感器结点颠末进程无线通信手艺自机关构成的搜集体系。人们能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许颠末进程传感器搜集间接感知客观天下，在财产主动化范畴，操纵无线传感器搜集手艺实现长途检测、节制，从而极大地扩大现有搜集的功效。传感器搜集、塑料电子学和仿生人体器官又被称为环球将来的三大高科技财产。ZigBee是一种新兴的短间隔、低功耗、低数据速率、低本钱、低庞杂度的无线搜集手艺。
二、IEEE 802.15.4/ZigBee和谈
1、IEEE 802.15.4规范
IEEE规范化协会针对无线传感器搜集须要低功耗短间隔的无线通信手艺为低速无线小我地区搜集（LR—WPAN）拟定了IEEE 802.15.4规范。该规范把低能量耗损、低速率传输、低本钱作为重点方针，旨在为小我或家庭范围内差别装备之间低速互连供给统一规范。同时ZigBee同盟也起头推出与之相配套的搜集层及操纵层的和谈，方针是为了给传感器搜集和节制体系推出一个规范的处置打算。该规范一呈现短短一年多的时辰内便有上百家集成电路、经营商等颁布发表撑持IEEE 802.15.4/ZigBee，并且很快在环球自觉成立了几多同盟。IEEE 802.15.4/ZigBee和谈栈打算如图1所示。和谈栈中物理层与MAC层由IEEE界说，搜集层与操纵法式框架由ZigBee同盟界说，下层操纵法式由用户自行界说。
2、ZigBee规范
ZigBee这个字源自于蜜蜂群藉由跳ZigZag外形的跳舞，来告知其余蜜蜂有关花粉地位等资讯，以到达彼此不异讯息之方针，故以此作为新一代无线通信手艺之电磁搅扰。是以，颠末人们持久尽力，zigbee和谈在2003年中颠末进程后，于2004正式问世了。
ZigBee搜集是自机关的，并能实现自我功效规复，静态路由，主动组网，直序扩频的体例故很是具备吸收力。节点搜刮别的节点，并操纵软件“选中”某个节点后遏制主动链接。它指定地点，供给路由表以辨认已证实的通信火伴。
三、无线传感器搜集手艺特色
无线传感器搜集由大批低功耗、低速率、低本钱、高密度的微型节点构成，节点颠末进程自我机关、自我愈合的体例构成搜集。地区平分离的无线传感器节点颠末进程自机关体例构成传感器搜集。节点担任收罗四周的相干信息，并接纳多跳体例将这些信息颠末进程Internet或其余搜集通报到远真个监控装备。
四、体系概述
情况监测操纵中无线传感器搜集属于条理型的异构搜集打算，最底层为支配在现实监测情况中的传感器节点。向下层顺次为传输搜集，基站，终究毗连到Internet。传感器节点由传感器模块、处置器模块、无线通信模块和能量供给模块构成，传感器节点的体系打算如图2所示。为取得精确的数据，传感器节点的支配密度常常很大，并且能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许支配在几多个不相邻的监控地区内，从而构成多个传感器搜集。传感器节点将感到到的数据通报到一个网枢纽点，网枢纽点担任将传感器节点传来的数据颠末一个传输搜集发送到基站上。传输搜集是担任协同各个传感器搜集网枢纽点、综合网枢纽点信息的局部搜集。基站是能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许和Internet
相连的一台计较机（或卫星通信站），它将传感数据颠末进程Internet发送到数据处置中心，同时它还具备一个本地数据库正本以缓存最新的传感数据。监护职员（或用户）能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许颠末进程肆意一台连入Internet的终端拜候数据中心，或向基站收回号令。基于无线传感器搜集的情况监测体系合适于在煤矿、油田宁静监测，温室情况监测、环保局部的大气监测、突发性情况变乱的瞻望及阐发、出格净化企业的监测，生物群种的生态情况监测和家庭、办公室及阛阓氛围品德监测等范畴操纵。
五、体系操纵特色及架构
1、体系特色
操纵无线传感器搜集实现情况监测的操纵范畴通俗具备以下特色：
（1）无人情况、情况卑劣或超远间隔情况下信息的收罗和通报，保障体系财产级品德宁静靠得住。（2）生物群种对外来身分很是敏感，人类间接遏制的生态情况监控能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许反而会粉碎情况的完整性，包罗影响生态情况中种群的习惯和散布等。（3）须要较大范围的通信笼盖，搜集合的装备绝对比拟多，但仅仅用于监测或节制。（4）体系实行、运转用度要低，无需铺设大批电缆，撑持姑且性装配，体系易于扩大和更新。（5）具备数据存储和归档才能，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许使大批的传感数据存储到背景或长途数据库，并能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许遏制离线的数据发掘，数据阐发也是体系实现中很是首要的一个方面。
2、体系架构
（1）矿井宁静监控
矿井操纵无线传感器搜集实现井下宁静监控的体系打算框图如图3所示。传感器节点担任井下多点数据收罗，首要包罗CO、CO2、O2、瓦斯、风速和蔼压等参数，颠末进程井场监控终端（基站）和空中基站通报给背景监控中心。背景监护职员颠末进程该监测体系可及时、有用、周全的把握矿井情况，有益于矿井实行批示调剂、宁静监测，从而能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许有用的避免矿井变乱的产生。
（2）生态情况监测
传感器搜集在生态情况监测方面的操纵很是典范。美国加州大学伯克利分校计较机系3Intel尝试室和大泰西学院（The College of the Atlantic，COA）连系展开了一个名为“in—situ”的操纵传感器搜集监控海岛生态情况的名目。该研讨组在大鸭岛（Great Ducklsland）上支配了由43个传感器节点构成的传感器搜集，节点上装配有多种传感器以监测海岛上差别范例的数据。如操纵光敏传感器、数字温湿度传感器和压力传感器监测海燕公开巢穴的微观情况；操纵低能耗的主动红外传感器监测巢穴的操纵情况，体系的打算框图如图4所不。
（3）智能家居
无线传感器搜集还能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许操纵于家居中，其家用长途情况监控体系的打算框图如图5所示。颠末进程在家电和家具中嵌入传感器节点，颠末进程无线搜集与Internet毗连在一路，用户能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许颠末进程长途监控体系实现对家电的长途遥控，比方用户能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在回家之前半小时翻开空调，如许回家的时辰就能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许间接享用合适的室温，从而给用户供给加倍温馨、便利和更具人道化的智能家居情况。
六、关头手艺研讨
1、数据融会手艺
情况监测操纵的终究方针是对监测情况的数据采样和数据搜集。采样频次和精度由详细操纵肯定，并由节制中心向传感器搜集收回指令。对传感器节点来讲，须要斟酌采样数据量和能量耗损之间的折衷。处于监控地区边缘的节点因为只须要将搜集的数据发送给基站，能量耗损绝对较少，而接近基站的节点因为同时还须要为边缘节点路由数据，耗损的能量要多2个数目级摆布。是以，边缘节点必须对收罗到的数据遏制必然的紧缩和融会处置后再发送给基站。Intel尝试室的尝试中操纵了规范的Huffman算法和Lempel—Ziv算法对原始数据遏制紧缩，使得数据通信量削减了2～4个数目级。若是操纵近似于GSM语音紧缩机制的有损算法进一步处置，还能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许取得更好的紧缩功效。表1标明了几种典范紧缩算法的紧缩功效。
2、宁静办理
传统搜集合的良多宁静计谋和机制不再合适于无线传感器搜集，首要表现在以下四个方面：（1）无线传感器搜集缺少根本举措措施撑持，不中心受权和认证机构，节点的计较才能很低，这些都使得传统的加密和认证机制在无线传感器搜集合难以实现，并且节点之间难以成立起信赖干系；（2）无限的计较和动力资本常常须要体系对各类手艺综合斟酌，以削减体系代码的数目，如宁静路由手艺等；（3）无线传感器搜集使命的合作特色和路由的局部特色使节点之间存在宁静耦合，单个节点的宁静泄漏必然要挟搜集的宁静，以是在斟酌宁静算法的时辰要尽能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许减小这类耦合性；（4）在无线传感器搜集合，因为节点的挪动性和无线信道的时变特色，使得搜集拓扑打算、搜集成员及其各成员之间的信赖干系处于静态变革当中。今朝无线传感器搜集SPINS宁静框架在秘密性、点到点的动静认证、完整性辨别、新颖性、认证播送方面已界说了完整有用的机制和算法，宁静办理方面今朝以密钥预散布模子作为宁静初始化和掩护的首要机制，此中随秘密钥对模子、基于多项式的密钥对模子等是今朝最有代表性的算法。
七、瞻望
情况监测是一类典范的传感器搜集操纵，在现实的操纵中另有良多关头手艺，包罗节点支配、长途节制、数据采样和通信机制等。因为传感器搜集具备很强的操纵相干性，在情况监测操纵中的关头手艺须要按照现实情况遏制详细的研讨。并且跟着无线传感器搜集手艺的日趋成熟和完美，咱们还能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在各个方面展开良多新的操纵，比方军用传感搜集能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许监测疆场的态势；交通传感搜集能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许设置装备摆设在交通要道用于监测交通的流量，包罗车辆的数目、品种、速率和标的方针等相干参数；监督传感搜集能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许用于阛阓、银行等场所来进步宁静性。能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许预感，跟着无线传感装备性价比的进步和相干研讨的不时深切和传感搜集操纵的不时进步，无线传感器搜集将给人们的使命和糊口带来更多的便利。
参考文献
[1]马祖长，孙怡宁，梅涛，无线传感器搜集综述.通信学报
[2]丰原.无线传感器搜集
中图分类号:TN919 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)07-0053-03
Design of Building Environment Monitoring System Based on Wireless Sensor Technology
CUI Ran1, MA Xu-dong1, PENG Chang-hai2
(1. School of Automation, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2. School of Architecture, Southeast University, Nanjing 210096, China)
Abstract: The building energy management system is introduced, and the importance of environment monitoring for energy saving is analysed. The wireless sensor moni-toring scheme building environment is put forward. The enviroment monitoring system based on wireless sensor network is designed and realized. The issues on how to select monitoring points in engineering application was solved by means of summarization.
Keywords: building energy management system; wireless sensor network; building; environment monitoring system; energy-saving
0 引 言
20世纪80年月的动力危急让天下认识到节俭动力的首要性,在楼宇电力节能方面呈现了良多现实有用的手艺和体例。新的空调理制现实、DDC节制器、最优化的节制思惟不时操纵到楼宇能耗装备上。传统的楼宇自控体系BAS从对装备的节制慢慢成长成为包罗了对动力的办理和节制的楼宇动力办理体系BEMS。
楼宇中能耗装备浩繁,此中空调和照明体系的能耗占楼宇总能耗的70%以上。因为楼宇出格的机关和打算特色,若安在楼宇中成立统一的及时监测平台,诊断楼宇的节能程度,是楼宇动力办理体系中须要处置的一个首要题目。
国际动力机关IEA以为BEMS是在供给兴奋温馨的室内情况和保障操纵者宁静的前提下实现修建物的节能功效和人力的节俭。是以,以室内情况为监测东西,颠末进程对室内温度和光照强度的监测,能反映空调体系和照明体系耗损动力所产生的功效,从而能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在此根本上优化体系运转,到达节能的方针。
为实现对室内情况的监测,须要在楼宇内的差别地区支配大批传感装配。而在楼宇中接纳传统的有线监测搜集将产生庞杂的装配本钱且对楼宇自身存在必然程度的毁伤(出格是对既有修建而言)。若是接纳无线传感手艺,则布线使命便可免除,工程的总本钱将大幅降落。是以,颠末进程无线传感手艺实现楼宇内的情况信息的收罗和传输是胜利成立监测体系的关头。
1 无线传感搜集
1.1 搜集和谈
无线传感器搜集是由支配在监测地区内大批小型或微型的各类集成化传感器节点合作地及时感知、监测各类情况东西信息,颠末进程嵌入式体系对信息遏制智能处置,并颠末进程随机自机关无线通信搜集以多跳中继体例将所感知的信息通报到用户终端。
节点间无线通信和谈接纳基于IEEE 802.15.4规范的ZigBee和谈[1](见图1)。Zigbee和谈撑持撑持星形和网状拓扑打算,具备低功耗、搜集容量大、传输间隔远等特色,很是合合用于楼宇情况监测。IEEE 802.15.4规范是针对无线小我局域网(Low-rate Wireless Personal Area Network),把低能量耗损、低速率传输、低本钱作为重点方针,旨在为小我或家庭范围内差别装备之间的低速互连供给统一的规范。接纳免执照2.4 GHz和868/915 MHz的ISM频段,能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许便利自在地构建无线局域搜集。
图1 ZigBee和谈打算
1.2 拓扑打算
搜集拓扑打算接纳网状打算搜集(Mesh Network)(见图2)[2]。网状搜集具备很广的的通报范围,并且颠末进程链路冗余的体例使得搜集的靠得住性进一步进步。只要是在通信间隔范围内的肆意两个节点都能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许成立起一个通信链路。该链路成立后若是因搅扰而间断,节点会主动搜刮其余相邻的节点,从头成立一条新的链路。不只如斯,搜集合的任何两个装备都能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许彼此通信,即便不在间接通信的范围内,也能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许颠末进程多个中心装备中继的体例遏制传输,即多跳的传输体例。静态路由和多跳传输加强了搜集的硬朗性,除中心节点,任何一个节点的破坏对不会对全部搜集产生影响。基于这些特色,网状搜集很是合适在楼宇主动化和楼宇监控方面的操纵。
图2 网状搜集拓扑图
2 楼宇情况监测体系的实现
2.1 硬件平台
数据收罗装配接纳美国克尔斯博科技公司(Crossbow)MTS系列多功效传感器板(见图3(a))和基于TI CC2420的MicaZ射频处置器(见图3(b))为平台,实现数据的收罗和传输。与中心节点通信的网关接纳Crossbow的MIB520(见图3(c))作为搜集基站。MIB520网关颠末进程USB接口实现对节点的在线编程和数据领受。
2.2 TinyOS微操纵体系
TinyOS是UC Berkeley(加州大学伯克利分校)开辟的开放源代码操纵体系,专为嵌入式无线传感搜集设想,操纵体系基于构件(Component-based)的架构使得疾速的更新成为能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许,而这又减小了受传感搜集存储器限定的代码长度。TinyOS的构件包罗搜集和谈、散布式办事器、传感器驱动及数据辨认东西。其杰出的电源办理源于事务驱动履行模子,该模子也许可时序支配具备矫捷性。TinyOS已被操纵于多个平台和感到板中。
图3 硬件平台
TinyOS的法式接纳的是模块化设想,以是它的法式焦点常常都很小(通俗来讲焦点代码和数据大要在400 B摆布),能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许冲破传感器存储资本少的限定,这能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许让TinyOS很有用的运转在无线传感器搜集上并去履行呼应的办理使命等。TinyOS自身供给了一系列的组件,能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许很简略便利的体例法式,用来取得和处置传感器的数据并颠末进程无线电来传输信息。TinyOS在构建无线传感器搜集时,它会有一个基地节制台,首要是用来节制各个传感器子节点,并堆积和处置它们所收罗到的信息。TinyOS只要在节制台收回办理信息,而后由各个节点颠末进程无线搜集彼此通报,最初到达协同分歧的方针。
操纵TinyOS微操纵体系构建的无线传感搜集具备以下特色:
(1) 基于组件的架构(Componented-based Architecture)
TinyOS供给一系列可重用的组件,一个操纵法式能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许颠末进程毗连设置装备摆设文件(A Wiring Specification)将各类组件毗连起来,以实现它所须要的功效。
(2) 事务驱动(Event-Driven Architecture)
TinyOS的操纵法式都是基于事务驱动情势的,接纳事务触发去叫醒传感器使命。
(3) 使命和时辰并发(Tasks and Events Concurrency Model)
Tasks通俗用在对时辰请求不是很高的操纵中,且Tasks之间是同等的,即在履行时是按挨次前后来得,而不能彼此占先履行,通俗为了削减Tasks的运转时辰,请求每一个Task都很短小,能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许使体系的承担较轻。
Events通俗用在对时辰的请求很严酷的操纵中,并且它能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许占先优于Tasks和其余Events履行,它能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许被一个操纵的实现或是来自外部情况的事务触发,在TinyOS中通俗由硬件间断处置来驱动事务。
(4) 裂相操纵Split-Phase Operations
在TinyOS中因为Tasks 之间不能彼此占先履行,以是TinyOS不供给任何梗阻操纵,为了让一个耗时较长的操纵尽快实现,通俗来讲都是将对这个操纵的须要和这个操纵的实现分隔来实现,以便取得较高的履行效力。
2.3 固件法式设想
无线节点接纳了Crossbow的MicaZ收发处置器、MTS300温度/光照集成传感器和MIB520网关,实现MESH网状打算搜集。在节点端,操纵XMesh供给的组件遏制法式开辟,组件首要包罗:Main,XMTS300M,QueueSend,TimerC,XmeshBinaryRouter,NoLeds,HPLPowerManagementM,Voltage,PhotoTemp,Sounder,GenericCommPromiscuous等。颠末进程Main组件启动时钟组件TimerC、通信组件GenericCommPromiscuous、路由组件XMeshBinaryRouter和传感器组件XMTS300M等,实现了多跳打算的自机关搜集,并操纵HPLPowerManagementM模块对节点遏制休眠节制以降落功耗。
在网关处,搜集合一切节点的信息都终究发送到网关的会聚节点sink0,颠末进程节点会聚节点sink0由MIB520网关发送到上位机。组件接纳XServer中心件的相干组件,包罗调剂组件Main、网管监测组件Xheartbeat、基站组件XmeshBaseM、路由组件XmeshBinaryRouter、LED组件NoLeds、下行号令组件XcommandC,组件间的打算干系如图4所示。
图4 网关组件毗连图
3 监测点地位挑选
因为楼宇机关和打算的出格性,在无线传感搜集的现实操纵中须要注重以下题目。
3.1 节点地位
搜集节点地位和数方针挑选是构建无线通信搜集起首要斟酌的题目。因为楼宇中打算庞杂,公道地拔取发射器、中继器和领受器的地位是保障搜集硬朗性的关头。从节点间彼此通信的角度斟酌,最好地位要能使节点彼此间在可视直线间隔范围内,保障节点间通信和毗连的不变。
3.2 传输间隔
在楼宇内,旌旗灯号的现实通报间隔与抱负状况有很大的差异,首要缘由有三个:
(1) 传输间隔引发的旌旗灯号衰减;
(2) 传输进程中妨碍物引发的旌旗灯号衰减;
(3) 其余装备的电磁搅扰。
当发送器和领受器之间具备一条通顺无阻的可视途径时,在发射旌旗灯号强度必然的情况下,领受旌旗灯号强度的衰减与传输间隔的平方成正比干系。在现实操纵中,因为妨碍物的存在和旌旗灯号发射的搅扰,间隔的幂指数凡是大于2,约在2~4之间[3]。是以,在楼宇中支配传感器节点时,要按照情况精确评价传输间隔,确保信息的有用传输。
3.3 旌旗灯号强度检测
旌旗灯号强度检测的方针是为了确认节点地位的拔取是不是精确,各节点之间的通信是不是不变靠得住。颠末进程旌旗灯号强度检测,公道转变各节点的地位或恰当增添中继器来加强搜集的硬朗性。今朝,几大着名的传感器节点出产厂家如Crossbow等的节点都具备领受旌旗灯号强度(RSSI)监测功效,可及时发明搜集合软错误谬误,及时地予以调剂。
3.4 电磁搅扰
楼宇内手机、微波炉等电磁装备城市产生无线波,对无线通信搜集产生搅扰。无线通信搜集接纳扩频手艺(Spread Spectrum)实现旌旗灯号的传输,抗搅扰才能取得加强,但在支配无线节点时,仍要注重与电磁装备坚持必然的间隔,同时也避免无线节点的电磁场对其余装备的搅扰。
4 结 语
跟着《节俭动力法》和《大众修建节能设想规范》等相干法令律例的出台,和人们节能认识的不时进步,若何保障室内情况的温馨性,同时降落楼宇的能耗,将是楼宇节能研讨的首要课题。无线传感手艺以其便利性和不时降落的本钱,在降落动力耗损、改良室内情况、耽误能耗装备操纵寿命、削减装备掩护用度等方面被遍及操纵,为实现节能修建、绿色修建的方针供给了首要的手艺撑持。
参考文献
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关头词：Zigbee;情况监测;节点;多参数
中图分类号：TP212
文献标识码：A文章编号：1005-3824（2014）05-0039-03
0 引 言
陪同天下经济与财产的疾速成长，天下情况题目日趋凸起，情况监测慢慢遭到愈来愈多的正视[1]。今后，情况监测成长进程中的一个亟待处置的题目是开辟功效壮大并且价钱昂贵的无线长途监测体系，而情况监测进程中的首要使命便是精确取得监测节点情况参数，以便遏制前期的阐发、清算和改良等使命。
物联网（the internet of things，IoT）手艺的呈现很好地增进了情况监测的成长。简而言之，物联网便是物物相连的互联网。物联网的焦点在于感知地球，颠末进程物联网平台能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许大范围无线长途监控情况参数，颠末进程数据融会，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许为国度和企业遏制情况监测、情况办理、情况打算等使命供给现实按照[2]。
比来几年来，跟着传感器手艺和集成电路、嵌入式手艺的成长，出产功耗低、体积小、具备感知及信息处置才能的传感器已能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实现[3]。可是在现实操纵中咱们须要的不止一个情况参数，而是须要多个传感器同时使命[4]，收罗多个情况参数的数据[5]。基于这个方针，咱们火急地须要一种装备能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许毗连多个传感器同时遏制精确、高效的数据收罗、清算和传输。故本文针对情况监测进程中的多传感器和多参数情况操纵了Zigbee手艺打算遏制了处置，颠末进程CC2530毗连各个传感器组建节点及时收罗温度、湿度、烟雾和RSSI值等数据。
一个功效完美的无线情况监测节点除传统意思上的情况参数收罗以外，应当能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许供给一个测距定位功效。本文所提出的基于Zigbee的多参数无线情况监测节点颠末进程硬件自身材系在不增添任何额定硬件的情况下颠末进程数据包发送RSSI值能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许遏制测距定位[6]。
监测体系全体打算如图1所示。
图1 全体打算图
1 Zigbee与CC2530
1.1 Zigbee简介
Zigbee是基于IEEE802.15.4使命组拟定的低功耗个域网规范和谈，Zigbee手艺恰是由此而来的一种短间隔、低功耗的双向无线通信手艺[7]。Zigbee手艺的特色是低庞杂度，自机关，低本钱，低功耗，低数据速率和近间隔。由一个调和器机关的大容量Zigbee搜集最多能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许包容65 535个搜集节点，从而扩大了单个节点间75 m的规范通信间隔，告竣了Zigbee搜集的远间隔通信，知足了大大都通信搜集的须要。使命在2.4 GHz频段的Zigbee具备16个自立界说的自力信道，颠末进程切换信道，有用地进步了通信进程中的抗搅扰性。与此同时，Zigbee操纵了规范的载波监听多路拜候/抵触避免（CSMA/CA）体例，有用地避免了信道合作和抵触，以保障数据传输的靠得住性。
Zigbee的搜集打算如图2所示，分为一个调和器担任组网和和上位机通信，几多个路由器担任转发和拓展搜集容量，多个终端节点担任发送和领受信息。
图2 Zigbee搜集打算
1.2 CC2530简介
CC2530是德州仪器公司按照Zigbee手艺现实操纵而开辟的一个价钱昂贵并且功效壮大的片上体系处置打算，是以它明显是使命在2.4 GHz并且合适IEEE802.15.4的和谈规范[8]。CC2530能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许颠末进程自身I/O口毗连多个传感器成立功效完美的无线情况监测节点。
CC2530 连系了加强型8位8051 CPU，最高256 KB的体系内可编程闪存，8 KB的RAM 和21个可编程数字I/O引脚。CC2530芯片接纳7 mm×7 mm QLP（方型扁平式）封装，共有 40个引脚。一切引脚可都分为21个I/O端口线引脚、13个电源线引脚和6个节制线引脚共3类。
颠末进程一样是德州仪器公司推出的今朝操纵最遍及的Zigbee 和谈栈（Z-StackTM），CC2530供给了功效壮大且操纵宽阔的Zigbee 处置打算。和谈栈接纳查问操纵体系，在体系初始化实现后就进入操纵体系并不停地轮转查问用户自界说的使命来履行。
2 传感器
一个好的情况监测体系离不开多个好的传感器，这些功耗低、体积小的传感器能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许将温度、湿度和烟雾等多个情况参数信息精确地收罗至监测节点。本节中所先容的DHT11温湿度传感器和MQ-2烟雾传感器正具备了这些长处。
2.1 DHT11
DHT11温湿度传感器能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许同时收罗情况温度和湿度，它输出的是颠末外部校准的数字旌旗灯号。它是操纵法式进步前辈的数字模块收罗手艺和温度、湿度传感手艺，在硬件电路简略的同时保障了传感器的靠得住性和不变性。丈量范围：湿度20%90% RH，温度050℃;丈量精度：湿度±5% RH，温度±2℃。DHT11温湿度传感器模块的硬件电路以下图3所示。
图3 DHT11硬件电路图
2.2 MQ-2
MQ-2半导体式烟雾传感器具备很宽的监测范围（30010 000 ppm），其长处是不变性好，操纵寿命长，活络度高，呼应速率快，驱动电路简略。它输出的是摹拟旌旗灯号，供给一个烟雾报警信息，可用于各类液化气，酒精，烟雾，烟尘等气体监测的情况。MQ-2烟雾传感器模块的硬件电路以下图4所示。
图4 MQ-2硬件电路图
3 软件设想与测试
3.1 软件代码编写
在开辟软件上咱们操纵了德州仪器公司跟CC2530配套的IAR Embedded Workbench，操纵Z-Stack 和谈栈，增添自身的使命，使传感器装备通俗使命收罗数据，节点领受和发送数据，调和器领受数据并上传上位机。
CC2530节点发送数据的代码以下所示：
1）界说一个数组;
2）写入温湿度数据;
3）按照有不烟雾报警旌旗灯号写入0或1;
4）挪用Z-Stack发射函数遏制发送。
{ uint8 T_H[5];
T_H[0]=wendu_shi+48;
T_H[1]=wendu_ge%10+48;
T_H[2]=shidu_shi+48;
T_H[3]=shidu_ge%10+48;
if（LIGHT==1）
{ T_H[4]=1;//有烟雾 }
else
{ T_H[4]=0;//没烟雾 }
if （ AF_DataRequest（ &Point_To_Point_DstAddr，
&SampleApp_epDesc，
SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID，
5，
T_H，
&SampleApp_TransID，
AF_DISCV_ROUTE，
AF_DEFAULT_RADIUS ） == afStatus_SUCCESS ）。
CC2530调和器领受代码以下所示：
1）考证是不是为自身搜集内节点发送来的数据;
2）若是，则取得数据，串口遏制打印。
switch （ pkt->clusterId ）
{case SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID：
msgrssi=pkt->rssi;
msgrssi=0xff-msgrssi;
_ltoa（msgrssi，myrssi，10）;
HalUARTWrite（0，"RSSI is：-"，9）;
HalUARTWrite（0，myrssi，osal_strlen（myrssi））;
HalUARTWrite（0，" Temp is："，9）;
HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[0]，2）;
HalUARTWrite（0，" Humidity is："，13）;
HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[2]，2）;
HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[0]，2）;
HalUARTWrite（0，" Humidity is："，13）;
HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[2]，2）;
if（pkt->cmd.Data[4]）
HalUARTWrite（0，" Got bad Air＼n"，13）;
else
HalUARTWrite（0，" No bad Air＼n"，12）;
Break。
3.2 节点测试
节点收罗到情况信息后发往调和器颠末串口传输至上位机，故咱们只须监测上位机串口便可测试整套体系的可行性及不变性。
图5和图6为尝试室外部无妨碍情况下节点间隔调和器1 m处和3 m处延续监测5 min后的测试数据。
图5 1 m处节点数据
图6 3 m处节点数据
颠末进程监测能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许看到节点在间隔调和器1 m处和3 m处均能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许不变通俗使命，收罗所需的情况参数，并且能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许发送自身的RSSI值给调和器节点遏制测距定位。
4 竣事语
针对情况监测进程中的无线情况、多传感器、多参数的情况和对间隔的须要，本文提出了一种基于Zigbee的多参数无线情况监测节点。设想中接纳了德州仪器公司CC2530作为节点颠末进程多个传感器对温度、湿度、烟雾和RSSI值等多个参数遏制了收罗和无线传输，最初在上位机遏制显现和综合阐发清算。因为Zigbee手艺具备本钱低，功耗低，数据传输靠得住，大容量的搜集，杰出的兼容性等特色，操纵在情况监测范畴将具备极大的上风。
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（下转第 页）
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作者简介：
陈国平（1976），男，重庆合川人，博士，副传授，首要研讨标的方针为电磁/声学主主动原定位与成像。
基金名目：基于物联网手艺的智能环保体系研发名目（工信部2012-10号）。
Design of multi-parameter wireless monitoring node based on Zigbee
CHEN Guoping1， YANG Ningyu1， ZHU Wenchao1， Huang Zhihui2
（1. College of Optoelectronic Engineering， Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065，P.R. China
择要：设想了一种基于无线透传传感搜集的散布式情况监测体系。设想接纳1100E射频芯片作为无线收发芯片，颠末进程在ATmega128L微处置器中编写透传算法法式，实现对各情况参数的数据透传，操纵RS 232C串口与PC机遏制通信，实现了对方针监测地区各情况参数的及时收罗。给出尝试测试收罗到的多组数据，颠末进程对尝试数据的阐发，申明该设想能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在400 m内同时实现对254个无线节点的及时监测，丈量偏差约为±0.1%～±3%。
关头词 ：无线透传；透传算法；情况监测；ATmega128L
中图分类号：TN911?34；TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）18?0128?05
收稿日期：2015?03?10
基金名目：江苏省高档黉舍大先生现实立异练习打算帮助名目（201413983005Y）；姑苏大学先生科研基金帮助名目（2014）
0 弁言
情况信息影响着人们对情况品德的鉴定，对人们的糊口产生了不小的影响[1]。跟着射频无线通信手艺的遍及操纵，现已实现对情况参数的多点远间隔智能化及时收罗[2]。在农业出产中，颠末进程ZigBee手艺能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许及时监测温室中的温湿度信息，有用地进步了农业出产的经济价格[3]。在财产出产中，颠末进程GPRS 手艺实现了对矿井内瓦斯等易燃易爆风险气体的及时监测，极大地保障了财产出产制作进程中的宁静[4]。这些无线情况监测手艺降服了传统的情况监测体例搜集支配难，掩护本钱高，节点智能化程度高档毛病谬误，极大地进步了数据的传输效力。可是，在现实操纵时，ZigBee手艺的穿透性较差，数据传输间隔较近，其余支流无线传感搜集（WiFi，蓝牙，nRF等）对其同频搅扰较大，数据传输时误码率较高[5]。GPRS在遏制数据传输时须要耗损大批流量，终端芯片资本设置装备摆设较大[6]。
本文设想了一种无线透传传感搜集操纵于散布式情况监测体系，在遏制组网时无需斟酌射频无线芯片的收发和谈和设置装备摆设体例，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许透过无线芯片间接将其看成通俗的有线模块操纵，降落了终端芯片的资本操纵率，颠末进程钳位电路和电平转换实现了RS 232通信的兼容转换。本文设想的无线、透传传感搜集大大降落了射频无线通信搜集的硬件和设想研发本钱，保障了通信的间隔和精确性。设想能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实现对400 m 范围内有修建物遮挡的情况状况下遏制及时监测。
1 体系全体设想
该无线透传情况监测传感搜集首要包罗终端监测局部，无线透传搜集，PC监测端。
（1）终端监测局部。微处置器ATmega128L将各传感器收罗来的情况参数的摹拟旌旗灯号颠末A/D转换，转化为数字旌旗灯号，并在LCD液晶屏上及时显现各情况参数，并与报警阈值比拟。
（2） 无线透传搜集。设想透传算法，操纵AT?mega128L将暂存在存储器中的传感器数据转化为合适RS 232 有线通信和谈的数据，进一步转换为无线和谈的数据发送到远端，并与PC监测真个无线透传搜集相毗连，使无线通信等效为有线通信。该透传等效图如图1所示。
（3）PC监测端局部。PC机将各个透传无线节点及时收罗来的情况参数遏制存储和处置，并将各时辰的参数以图象的情势显现出来，并且用户能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许按照现实监测的须要，颠末进程PC机对体系报警阈值遏制点窜。
2 体系硬件设想
2.1 终端监测端硬件设想
该体系的微处置器均接纳AT?mega128L单片机[7]。它接纳怪异的RISC打算，丰硕的外部资本能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许更好地运转绝对庞杂的透传算法。在指令履行方面，微节制单位接纳Harvard打算，指令大多为单周期，透传算法在使命时，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许严酷的节制时序，保障通信的精确性。在动力办理方面，ATmega128L供给多种电源办理体例，以尽能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许节流节点能量，保障了各节点永劫辰延续使命。在可扩大方面，供给了多个I/O口，有助于终端机各传感器模块的挑选和扩大，避免了各传感器旌旗灯号及数据彼此搅扰。ATmega128L 供给的USART（通用同步异步收发器）节制器、SPI（串行外设接口）节制器等与无线收发模块相连系，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实现大吞吐量，高速率的数据收发。
如图2 所示，情况监测终端机使命时，电化学甲醛传感器、温度传感器、湿度传感器、光照传感器收回的微小旌旗灯号颠末缩小电路后被缩小，而后对其遏制A/D转换等一系列的加工后再由ATmega128L对其遏制处置，若是甲醛等情况参数浓度值高于情况参数浓度的国标，那末蜂鸣器就会收回警报，同时各情况参数浓度值会被保送到LCD 上显现出来。若是在国标的许可范围内，那末只显现浓度值而不收回警报。别的，ATmega128L将各情况参数经射频芯片CC1100E通报到透传搜集。
2.2 透传自组模块硬件设想
CC1100E芯片在遏制数据传输时接纳UART0通信和谈，ATmega128L能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许严酷按照时序读写用以节制芯片外部的32个寄放器，矫捷设置装备摆设各参数，如图3所示。
CC1100E 接口RF_CLK，RF_CS，RF_SOMI，RF_SI?MO 别离和ATmega128L 的串行外设接口端PB2，PB1，PD2，PD3 相毗连。RF_CLK 端口为PB2 端口传输数据的时钟旌旗灯号；RF_CS作为片选旌旗灯号，仅当片选旌旗灯号为低电日常平凡，ATmega128L对CC1100E的操纵才有用。
RF_SOMI 用于从ATmega128L 到CC1100E 的串行数据传输。为了降落整数据透传的功耗，CC1100E在数据领受或收发状况申明时，体系设想接纳间断体例。
RF_GDO0，RF_GDO2 必须与微处置器的外部间断相连，以便操纵CC1100E 叫醒微处置器，设想时将RF_GDO0，RF_GDO2别离与具备间断才能的PD6，PD7相毗连。CC1100E在高频使命状况下，发射前段和天线馈点须要巴伦电路和婚配搜集。
3 体系软件设想
3.1 透传搜集节制算法设想
微处置器ATmega128L 颠末进程射频无线收发芯片CC1100E，把暂存的各参数数据发送到长途领受端，如图4所示。起首微处置器ATmega128L颠末进程透传算法节制射频发射芯片CC1100E发送旌旗灯号校检标记码。这个进程的方针是给长途端射频无线收发芯片发送合适该透传自组传感搜集的通信婚配标记，以鉴定是不是为本通信所需的无线数据包。
ATmega128L 颠末进程CC1100E 延续发送校检标记码0X55 和0XAA 共2 个字节，供远端芯片查问确认。其次，ATmega128L 颠末进程CC1100E 发送校检竣事标记码0X88 和0XFE，表现校检标记发送竣事。而后，发送数据包长度信息Length，告知领受端芯片本次数据包发送的长度。最初，ATmega128L从发送真个缓存中发送长度为Length的数据包。
微处置器ATmega128L 颠末进程射频无线收发芯片CC1100E，把长途端发送来的数据领遭到本地芯片缓存。如图5所示。当ATmega128L颠末进程CC1100E收到回升沿校验规范码时，申明稀有据传来，当即叫醒转入领受情势。
领受情势时，若是领遭到的0X55 和0XAA 字节数小于6，则申明此时通信与该自组传感搜集不婚配，本次通信竣事，进入待机就寝状况；若是延续领遭到0X55和0XAA，并且领遭到的字节数大于即是6，则申明通信与该自组传感搜集婚配，随后的旌旗灯号将是本地芯片所须要的无线旌旗灯号。若是领遭到0X88和0XFE，则标明校检标记领受终了，期待上面的旌旗灯号，若是一向不领遭到校验标记码0X88和0XFE，则标明本次通信失利，通信竣事。当领遭到0X88和0XFE今后紧接着领遭到的为数据包长度信息Length，由此鉴定数据包的长度。最初一步，领受紧接着的长度为Length的数据包，并且存入领受端缓存。完本钱次数据的领受。
3.2 监测终端软件设想
如图6所示，起首对液晶屏和单片机中的寄放器初始化，寄放器包罗A/D 转换寄放器，按时器0 间断寄放器和按时器2寄放器。
将A/D 转化寄放器中的输出旌旗灯号颠末A/D 转换函数后再颠末按时器间断函数，体系按照这个旌旗灯号来鉴定所测地区各情况参数的浓度和是不是收回警报，若是收回警报，那末ATmega128L的PWM端口决议了蜂鸣器的频次，若是不收回警报，那末各参数浓度数据就间接显现在LCD 屏上。全部体系是一向运转的，当输出的旌旗灯号产生转变，那末LCD 上的情况参数浓度值也会产生呼应的转变。取值频次设置为30 ms取一次值，由按时器间断函数来实现节制。
3.3 上位机软件设想
为了清楚地察看室内各情况参数的变革情况，操纵LabView设想了上位机。上位机局部法式如图7所示。
4 尝试数据及阐发
4.1 尝试功效及阐发
在对终端机遏制测试时，在400 m 间隔范围内，对5 间差别房间的温度和甲醛含量遏制了测试，此中0xf1为封锁的尝试室，0xf2为封锁的课堂，0xf3为封锁宿舍，0xf4为透风课堂，0xf5为透风宿舍。测试功效如表1所示。如表1 所示，在密闭状况下，所监测衡宇0xf1 一天的甲醛浓度都保持在0.06~0.08 ppm，远跨越国度室内甲醛浓度规范。课堂、尝试室、宿舍等场所因为永劫辰不透风，室内甲醛的浓度会比拟高，人们持久糊口在这类情况下，会对身材构成严峻的风险。体系收罗到的温度数据，与规范温度偏差范围均在3%以下。
4.2 透传传感搜集机能阐发
颠末进程对透传模块的测试，体系不变使命时，每5 s需通信转发心跳帧一次，空中每帧数据城市转发一次，最多撑持240 字节长度数据包。当空中波特率牢固为9 600 b/s通信间隔为400 m平原前提时，通信误码率为10-3~10-4。透传数据在传输进程中会存在必然延时，合用于传输间隔远且对及时性请求不高的场所。
体系模块在通俗使命情势下，颠末进程节制SLP管脚电平，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许使体系进入休眠状况，当SLP管脚领遭到降落沿旌旗灯号时，模块进入休眠情势。处于休眠情势时，模块的使命电流小于5 μA。模块进入休眠情势后，RST脚输出一个低电平旌旗灯号（>1 ms）能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许使模块加入休眠情势，进入通俗使命状况。
5 结语
本文提出的无线通信透传算法，透过无线通信把传统的无线传感搜集看成有线通信操纵，使命时无需任何用户和谈，便可实现数据的通明传输，主动路由。能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许主动跳频抗搅扰，主动路由数据，搜集打算中不需零丁的路由器或中继器，穿透妨碍物才能强，极大公开降了终端芯片的资本操纵率和无线传感搜集硬件本钱。情况收罗终端机，续航才能强，各传感器活络度高，收罗到的各参数与现实偏差相差极小。样品机什物图如图8所示。
当数据速率进步时，体系通信的误码率会增添，如需进一步进步透传模块的机能。可接纳以下手艺来进步通信靠得住性[8?10]。在物理层，模块接纳差分曼彻斯特编码手艺发送数据，从而保障通信中的同步题目。
在数据链路层，操纵轮回冗余编码遏制数据帧校验，用以保障数据到达用户操纵层今后的靠得住性。
注：本文通信作者为吴迪。
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作者简介：于洪涛（1993—），男，江苏徐州人。首要研讨标的方针为光电操纵手艺。
中图分类号：S126文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）12-0156-06
Abstract With the characteristics of low cost， low power consumption， high reliability and self-organization， wireless sensor networks （WSNs） play important roles in the agricultural production environment monitoring. Aiming at the problem of cluster head nodes consuming energy so fast to lead the network segmented into parts， we put forward an event driven and energy efficient clustering routing algorithm for agricultural production environment monitoring. All nodes go to sleep mode after the network deployment， when the monitored parameter’s value higher than the setting threshold， the nodes within the scope are awakened and start the incident response clustering mechanism. At the cluster set up phase， randomly select a node as elector to broadcast request clustering message， and accept the other sensor nodes’ response， according to each node energy situation， elector choose node with the maximum residual energy as a cluster head， and choose node with second highest energy for the next round elector. In data transmission phase， the relay nodes were selected on the basis of the residual energy of nodes and the distance to the base station （BS）. The simulation experimental results showed that the proposed protocol could reduce the communication overhead between the cluster members， effectively balance the energy consumption of each node in the network， and significantly prolong the survival time of the network.
Keywords Wireless sensor network； Routing protocol； Event driven； Clustering； OMNET++simulate software
农业信息的精准取得是农业出产情况调控的根本，面临庞杂的农业出产情况及庞杂的数据监丈量，传统的农业信息取得体例已没法知足现实须要。跟着微电子工艺和无线射频手艺的飞速成长，无线传感器搜集的研讨愈来愈遭到人们的正视。传感器搜集是由支配在察看情况内的大批微型传感器节点颠末进程无线通信体例构成的一种无线搜集[1]。因为无线传感器搜集具备低本钱、低功耗、高靠得住、自机关等特色，在农业出产情况监控体系中有侧首要的地位与遍及的操纵远景[2]。
绝对传统的有线农业情况监测体系，无线传感器搜集具备不可比拟的上风，起首是便利支配，节流了有线装配的用度；其次是易于拓展，在已有的监测地区很轻易扩大到相邻地区；再次是容错性好，搜集合单个节点的生效不影响全部搜集的操纵；最初，无线传感器搜集具备自机关性，节点具备自我设置装备摆设的才能，这也是其易于拓展的首要缘由。可是它也具备不线传输前言固有的限定，如传输带宽低、传输进程轻易犯错、信道抵触等；别的，良多节点支配在田野，乃至一些不轻易到达的处所，仅靠无限的电池来供电，某些接近基站（BS）的节点因为传输使命重很轻易因能量耗损过快而生效，从而致使它所担任地区的无线监控生效，是以，若安在节点初始能量必然的情况下，平衡搜集流量，节流能量耗损，尽能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许地扩大搜集的保管时辰，确保监测体系持久有用使命，是无线传感器搜集路由和谈设想的首要方针，也是研讨无线传感器搜集操纵于农业出产情况监控的焦点题目之一。
现有的路由和谈从搜集拓扑打算角度能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许分为立体路由和谈和分簇路由和谈。立体型路由和谈中一切节点具备不异的使命体例和地位，首要长处是算法简略、路由挑选矫捷和轻易实现；毛病谬误是可扩大性和及时性较差，一切节点都具备路由功效，当间隔会聚节点较远的节点须要发送数据时，必然会颠末进程其余节点遏制转发，最初到达会聚点，这类路由体例称为“多跳”，其会聚点四周的节点因过于频仍地到场数据转发，能耗过快，易致生效。如MTE（minimum-transmission-energy）路由和谈，一切节点数据颠末进程中继节点传输到会聚点，致使中继节点既要感知数据，又要转发其余节点的感知数据，轻易过早生效。
条理型路由也称为基于分簇的路由和谈，凡是把全部监控搜集别离为多个簇区单位，每一个单位由一个簇头和几多个簇成员传感节点构成，簇头办理和节制簇成员节点，调和簇内节点数据传输，同时将收到的簇内节点信息遏制数据融会处置；通俗节点只须要在其分派的时隙内将收罗到的数据发送给簇头。传感搜集的分簇填补了可扩大性差的毛病谬误，簇头节点的数据融会使命在必然程度上削减了搜集合的冗余数据，降落了搜集通信量，是以基于分簇的路由和谈取得了很是遍及的操纵。
低功耗自顺应分簇分层型和谈（low energy adaptive clustering hierarchy，LEACH） 是WSNs中最早提出的基于多簇打算的条理型路由和谈[3]，前期良多首要的路由和谈都是基于它演化而来的。LEACH和谈在每一个数据搜集周期（一个周期也称为一轮）起头时随机挑选一小局部节点成为簇头，在数据传输阶段，簇头以单跳通信的体例将融会后的数据传输给会聚点。该算法在簇头挑选时接纳了随机体例，并未斟酌所选节点的能量残剩情况。为了进步簇的天生品德，Heinzelman等[4]又进一步提出了集合式的簇机关算法LEACH-C。蒋建明等[5]在接纳LEACH的根本上，按照节点电池残剩能量的几多挑选簇头，并将远间隔簇头向基站传输数据的体例由单跳式改成双跳式，以到达节俭节点能耗和耽误搜集性命周期的方针。李成法等[1]提出一种基于非平均分簇的无线传感器搜集多跳路由和谈，该和谈颠末进程候选簇头操纵非平均的合作范围来机关巨细不等的簇，离会聚点越近，所构成的簇范围越小，这使得接近会聚点的簇头能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许为簇间的数据转发预留能量。为处置大面积水稻田无线传感器搜集能量耗损过快和丢包率严峻等题目，雷刚等[6，7]提出了基于能量异构双簇头分簇路由算法，并设想了差别天线情势下的3 种组网打算。归奕红[8]针对农业出产监控须要，提出一种合用于农田情况监控的静态WSN路由算法，该算法撑持搜集合的传感器节点和基站都是可挪动的，接纳挪动式基站有益于实现全部搜集的负载平衡，搜集基于簇打算并分层遏制办理，能有用降落能量耗损，耽误搜集的性命周期。朱勇等[2]在典范路由算法与蚁群算法的根本上，基于温室情况智能监控的操纵须要，从能量高效与节点可托度方面动身，提出了一种新的基于蚁群算法的同时斟酌节点地位与能量的无线传感器搜集分簇路由算法（DEC-ACO）。赵春江等[9]提出了一种能量节制与静态路由相连系的路由算法ES-AODVjr，该算法颠末进程平衡监测装备功耗和数据包最短途径路由计谋，保障监测搜集合的数据及时有用地通报。综上所述，LEACH及其变异算法均基于以下两个假定：传感器节点延续地向簇头节点发送数据；簇头节点老是间接与会聚点通信。但在大面积农业出产情况监测中，簇头节点常常没法间接与会聚节点通信，是以，LEACH并不能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许很好地平衡全部搜集的能量耗损。
基于事务驱动的路由算法因为只要当监测到事务产生时才遏制分簇并向会聚点发送数据，从而削减了延续按时辰簇的开消和数据发送的冗余，使得该体例对全部搜集的能量操纵效力、能耗平衡及搜集寿命加倍有用，OEDSR[10]、ARPEES[11]、HPEQ[12]的仿真尝试也证实了这一点。Manjeshwar等按照节点使命情势及方针操纵的范例，将传感器搜集分为主动上报型和应急呼应型：主动上报型同LEACH中接纳的一样，周期性地启动传感器节点，感知情况信息并发送感乐趣的数据；应急呼应型则只要在所监测的某个情况因子产生俄然变革并跨越事后设定的阈值时才会立即做出反映，这比拟合适及时性请求较高的操纵。同时连系二者长处，提出了一种查问式夹杂路由和谈APTEEN[13]。Yupho等[14]阐发了延续监测情势、事务驱动情势及夹杂情势在医疗情况监测方面的优毛病谬误，以为具备数据靠得住托付保障的夹杂情势加倍合适医疗情况监测的须要。因为上述一切路由和谈都是面向详细操纵而提出的，是以在详细的农业出产情况监控方面并不能完整合用。本文以农业出产情况无线监控为研讨东西，提出了改良的基于事务驱动的能量高效分簇路由和谈（event driven energy efficient clustering，EDEEC），在此和谈下，当被检测情况因子高于某个事后设定的阈值后，传感器探测到该事务并主动遏制分簇组网将此关头信息通报给办理者。
1 传感器搜集模子
1.1 搜集模子
为保障算法通俗运转，本研讨的无线传感器搜集模子具备以下特色：
（1）N个传感器节点随机散布于M×M的正方形地区内，各节点在搜集合的地位同等，具备独一ID，搜集支配后节点地位不再变革。
（2）一切节点均为同构节点，即具备不异的初始能量、数据处置和通信功效，包罗存储转发、数据融会、自顺应功率节制等。
（3）基站（BS）节点独一，静置于监测地区外部且离监测节点很远，能量和功效不受限定。
1.2 信道模子
为了阐发发送和领受播送节制信息及发送和领受感知数据的能量耗损，及时肯定搜集合各节点残剩能量及搜集的全体能量情况，本文操纵文献[3]中提出的无线信道模子：
（1）搜集合传输的数据包罗播送数据包和感知数据包两种，假定k表现数据包的巨细，k=25 byte表现播送数据包的巨细，k=500 byte表现感知数据包的巨细。
（2）传输数据包所耗损的能量包罗传输能耗ETx-elec=k×Eelec和功率缩小能耗Eamp=k×Efs×d2两局部，此中Eelec表现发射或领受每比特数据发射和领受电路功耗，Efs表现在自在信道模子中传输所需能量，d表现发送节点与领受节点间的间隔。是以，将k比特数据传输d间隔所耗损的能量表现为ETx （k，d）=ETx-elec+Eamp=k×Eelec+k×Efs×d2。
（3）领受数据包所耗损的能量表现为：
ERx（k）=ETx-elec=k×Eelec。
能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许看出，在感知、处置、发送数据进程中，传感器节点发送数据所耗损的能量最多，是以，在本研讨提出的和谈中，重点尽力于削减节制信息数目、缩减信息长度及耽误数据传输间隔来削减能量耗损，从而进步全部搜集的保管周期。
2 EDEEC路由和谈
EDEEC路由和谈可分化为几多轮，每轮包罗簇构成阶段和数据传输阶段，簇构成阶段首要包罗簇头的挑选和簇成立两局部，数据传输阶段包罗簇内数据传输、数据融会及簇头与BS节点的数据传输三个阶段。
2.1 搜集初始化
全部传感器搜集在支配终了后须要遏制初始化设置装备摆设使命，该使命仅在第一次支配终了后遏制。为了取得各节点与BS节点之间的间隔，BS节点操纵洪泛机制播送S_ADV动静，各节点按照文献[15]中提出的领受旌旗灯号强度唆使器（RSSI）预算出自身与BS节点间的间隔。在本和谈中，节点间能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许颠末进程互换请求成立簇动静（REQ_CLUSTER）或请求转发节点动静（REQ_RELAY），取得与其余节点的间隔。
2.2 簇构成阶段
2.2.1 簇头推举 为了节流能量，搜集初始化实现后，一切节点均进入休眠状况。当监测到事务产生时，该事务四周的休眠节点被激活并取得所监测数据的详细信息。若是所感知信息跨越事后设定的阈值，则被激活的节点运转簇成立与簇头推举算法。文献[16]和[11]中将一切激活的节点播送REQ_CLUSTER数据包（包罗节点ID、残剩能量和事务中所感知数据的描写性信息等字段内容）给其余被激活的节点，请求成立分簇搜集，假定有n个节点被激活，若是一切节点均发送播送动静，则所发送播送动静的数目为n（n-1）次；本和谈随机挑选一个被激活的节点elector发送播送动静，并期待一切其余节点传回应对信息RES_CLUSTER，则发送领受动静的总数目为2（n-1）。elector节点收到一切应对信息后，推举一切节点中残剩能量最多的节点为簇头（CH）节点，并将一切簇成员节点ID转发给CH，推举能量次之的节点为下一轮的elector，如许若是一轮竣事后elector比其余节点残剩的能量多，则该elector成为下一轮簇头节点的几率将进一步增大，削减更多应对动静的通报。
2.2.2 簇构建进程 推举出簇头节点后，簇头按照本次事务中簇成员的几多分派TDMA调剂打算，同时播送TDMA_MSG数据包给簇内成员节点来确保各节点有序地向簇头节点传输感知数据；各期待传输感知数据的非簇头节点进入休眠状况直到分派给它的时隙的到来。簇成立阶段的流程如图1所示。
2.3 数据传输阶段
在后面的搜集模子中，咱们假定BS节点阔别各传感器节点，是以簇头节点必须颠末转发节点（也称中继节点）将融会后的数据通报给BS节点，是以在该阶段，应当寻觅一条加倍节流能量的路由途径将融会后的数据通报到BS节点。
2.3.1 簇内数据搜集 操纵TDMA调剂打算，各节点在其分派的时隙外向簇头节点通报感知数据。为了节俭能量，当为各节点分派的时隙到来之前，各节点处于休眠状况，只要在其分派的时隙内才处于激活状况并通报数据。
2.3.2 簇头数据处置 数据处置比拟于数据传输所耗损的能量少良多，是以簇内数据融会对削减数据冗余、节俭发送能耗相当首要。簇头节点搜集完一切簇内成员的数据后，履行呼应数据融会算法，从而削减发送到BS节点的数据量。
2.3.3 挑选转发节点成立路由 要发送数据的簇头节点起首查抄BS是不是在其通信范围内，若是在则间接将数据发送给BS，若是不在则簇头给其通信范围内的节点播送请求转发REQ_RELAY数据包并请求一切收到数据包的节点前往其自身信息。REQ_RELAY数据包包罗节点ID、残剩能量、离BS的间隔信息。收到REQ_RELAY的节点将按照自身与BS的间隔与REQ_RELAY中请求节点与BS的间隔决议是不是前往呼应转发RESPON_RELAY数据包，只要间隔BS更近的候选节点做出该呼应，该呼应数据包包罗节点ID、残剩能量、端到端平均延时及离会聚节点的间隔等信息。簇头节点从邻人节点收到呼应数据包后，按照式（1）所示的转发价格函数从候选节点中挑选下一跳转发节点。
FRN（j）=Eres（j）Delay（CH，j） ×d（CH，j）d（j，BS）（1）
式中Eres是节点的残剩能量，d（j，BS）是候选节点j到基站BS的间隔，d（CH，j）是簇头节点与候选节点j之间的间隔，Delay（CH，j）表现簇头节点CH与候选节点j之间的平均延时。该转发价格函数是基于以下前提成立的：
①转发节点应具备最大的残剩能量Eres（j）。
②转发节点间隔BS即d（j，BS）越近越好，间隔CH即d（CH，j）越远越好。
③簇头CH与转发节点之间的延时Delay（CH，j）越小，及时性越好。
一切候选节点中FRN（j）值最大的节点将当选为转发节点。鄙人一跳中，转发节点作为簇头寻觅下一个转发节点，一向反复这个进程，直到下一跳为BS节点。终究，成立起一条从簇头节点到BS节点的最优传输途径。图2描写了数据传输阶段的流程图。
3 仿真尝试
为了考证本文提出的EDEEC路由算法的可行性和有用性，对EDEEC及LEACH、ARPEES和谈在OMNET++仿真软件中遏制了仿真实现。在仿真尝试中，各节点平均散布在500 m×500 m的方形地区内，基站设置在（250，500）的地位，并且能量不受限定，设置一切节点初始化能量为2 J，其余仿真参数设置如表1所示。
三种算法的搜集性命周期如图3所示，横坐标为搜集遏制的轮数，纵坐标为搜集合残剩的存活节点数。能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许看出，LEACH、ARPEES、EDEEC三种算法的搜集性命周期别离为246、635、691轮，EDEEC算法有用耽误了全部搜集的存活时辰，是LEACH和谈算法的两倍多，相较ARPEES进步了8.8%。
4 小结
针对无线传感器搜集监测农业出产情况进程中，搜集内各节点能量耗损不平均致使局部节点生效过快，提出了一种基于事务驱动的农业出产情况监控无线路由算法――EDEEC算法。该算法颠末进程削减簇内节制信息的发送数目，按照转发价格函数从候选节点中挑选下一跳转发节点来耽误数据传输间隔，削减能量耗损，从而进步全部搜集的性命周期。仿真尝试功效标明，EDEEC算法更好地处置了搜集能量耗损不平衡题目，其搜集性命周期相较ARPEES进步了8.8%，是LEACH的2.8倍。
本研讨算法在分簇进程中簇头节点挑选时elector节点是随机指定的，未斟酌节点残剩能量，后续研讨中应进一步限定elector节点指按时的最低残剩能量阈值，并颠末进程KeilMDK开辟平台将算法法式移植到硬件感知节点，以更好地实现农业出产情况的及时在线监测。
参 考 文 献：
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关头词：嵌入式单片机；无线智能温室；ZigBee手艺
一、绪论
温室智能化节制体系是比来几年来成长起来的举措措施节俭型农业手艺，在充实操纵天然资本的根本上，颠末进程计较机综合节制，调理情况中的湿度、温度、光照强度等因子来取得作物成长的最好前提，从而到达作物减产、调理成长周期、改良品德、进步经济效益的方针。传统的温室情况测控体系由简略的单片机节制，体系运算才能低，难以实现庞杂的节制算法。嵌入式单片微机体系不只增添了温室体系的搜集撑持、并且其动身才能和体系的不变性也有很大的进步。同时降落了体系开辟的难度、本钱和耗损、知足温室计较机节制体系日趋庞杂化的须要。嵌入式单片微机在农田举措措施的成长和搜集传输手艺的成长使得农田信息取得精准的鉴定和实行的节制。
二、嵌入式体系单片机的成长
（一）嵌入式体系和单片机的成长。
嵌入式体系和单片机都发源于20世纪70年月，以微处置器为焦点的微型计较机以其小型、价廉、高靠得住性的特色，和表现出的智能化程度使得微型机被引入到一个工详细系中，实现工详细系的智能化节制。21世纪初，嵌入式计较机体系进入了单芯化的途径，即嵌入式体系自力成长的单片机的时期。其情势设想是完整按照嵌入式操纵请求全新设想，知足嵌入式操纵请求的体系打算、微处置器、指令体系、总线体例等。嵌入式体系颠末很长一段时辰单片机成长的途径，不只能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实现最底层的嵌入式体系的操纵，搜集、通信、多媒体的高端操纵也能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许颠末进程嵌入式单片机体系实现。
（二）嵌入式单片微机在智能化温室中的成长和操纵。
温室智能化节制体系是比来几年来成长起来的节俭型农业手艺，颠末进程计较机综合节制，调理情况中的湿度、温度、光照强度等因子来取得作物成长的最好前提，从而到达作物减产、调理成长周期、改良品德、进步经济效益的方针。嵌入式单片微机体系实现对温室情况的精准节制和检测，是智能化温室情况的焦点。承载无线搜集模块的单片机的开辟为温室智能节制体系供给了搜集手艺撑持，并且其操纵本钱低，体系不变靠得住等长处肯定了其成为将来农田信息体系的成长趋向。
三、搜集化智能温室体系的构成
（一）搜集智能温室的分类。
智能化温室体系按照信息传输体例可分为有线通信体例和无线通信体例两种。有线通信体例首要有两种情势，CAN总线通信体例和基于掌上电脑的通信体例，这两种情势已被遍及操纵于农业机器多传感器集成和农田信息收罗；无线通信体例可分类为长间隔通信和短间隔通信。长间隔通信首要借助于挪动通信搜集如GSM，GPRS等，用于装备长途监控与农业信息长途收罗。短间隔通信体比方蓝牙、ZIGBEE、RFID等，两种温室各有其优毛病谬误，应按照详细的举措措施情况和请求挑选和合适的信息传输体例。
（二）搜集化智能温室体系的打算。
搜集型温室情况收罗节制体系由智能模块为焦点的收罗节制体系和处置体系构成，二者颠末进程局域网互换机毗连。处置体系首要实现数据数据领受、显现处置、参数设置、查问与阐发功效，收罗节制体系首要实现氛围湿度、叶面湿度、泥土温度、氛围温度、光照强度、养分液液位、CO2浓度、EC值与PH值等温室传感器信息的及时收罗、显现、和存储。
（1）接纳CAN总线手艺的有线智能化温室体系。
节制器局域网(Controller Area Network，简称CAN)总线是今朝外洋大型农机装备遍及接纳的一种规范总线，已被国际规范化机关认证，其节制芯片已商品化，并且性价比高，是以基于CAN总线手艺的节制体系是农业信息传输体系向智能化成长的抱负体系。
（2）无线温室情况节制体系。
在一些出格情况接纳有线体例传输数据是很坚苦的，乃至不能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许的，此时接纳无线体例能实现农田信息的主动丈量和主动传输。ZigBee手艺是一种比来成长起来的近间隔、低庞杂度、低功耗、低数据速率、低本钱的双向无线通信手艺，是一种短间隔通信传布手艺，遍及操纵在温室体系中，其使命频带范围在21400---214835 GHz之间，接纳IEEE80211514规范请求的间接序列扩频体例，数据速率达250kB／s。别的，短间隔传输手艺另有RFID手艺，RFID即无线射频辨认。一个RFID体系都是由3局部构成：浏览器、标签和天线。其道理是标签进入磁场后，领受浏览器收回的射频旌旗灯号，凭仗感到电流所取得的能量发送出存储在芯片中的产物信息，或主动发送某一频次的旌旗灯号；浏览器读取信息并解码后，送至中心信息体系遏制相干数据处置。这类手艺起头操纵于湿度、光照、温度和振动等无线标签式传感器当中。
四、基于ZigBee手艺的温室检测体系
ZigBee手艺是比来几年来才鼓起的无线搜集通信手艺。这类极新无线搜集通信手艺具备低功耗、低本钱、短时延、高容量等特色使ZigBee手艺很是合适在无线数据传输、无线传感器搜集等方面的操纵，为农业举措措施长途测控体系从树模到合用的研讨搭建了一个车载斗量的手艺平台。
IEEE 802.15．4规范撑持多种搜集拓扑打算，包罗具备条理发散链式打算、主从使命情势的测控体系的打算，按照农业举措措施测控体系的特色，所设想的具备条理发散链式打算的体系框。
此中工控机实现号令的发送、数据的领受、综合阐发处置、显现和报警。调和器处在工控机的第一层，以有线通信的体例与工控机通信，担任将其下位机上传的数据与自身的数据绑缚在一路以必然的格局存储在自身的存储空间，再以商定的体例上传给工控机。处在末梢的传感器只担任收罗上传数据。。
上述基于ZigBee手艺的体系实现了温室情况检测中的中首要参数(如泥土湿度、温度、氛围湿度、土光照强度等)检测与节制体系的外部无线自组网。
五、基于嵌入式单片微机的无线智能温室的成长趋向
ZigBee手艺操纵在智能化温室测控体系中是嵌入式单片微机操纵在农业工程中的一个详细实例。其表现了早期扶植周期短、投资小、易于进级、易于重组，特别是承载ZigBee手艺的片上体系的―无线单片机CC2430的操纵，使得体系能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许矫捷便利地构成顺应差别范围、差别情况、差别请求的温室举措措施测控体系，并且所构建的体系本钱次、功耗低、不变靠得住、具备低庞杂度。
有线传输和无线传输各有其上风和优势，差别的无线通信搜集手艺合用场所、情况各别。现实证实一无线信息传输为手艺的农田信息传输体例具备开辟周期短，掩护便利，本钱低。靠得住性高档长处，有很好的开辟和操纵远景，为将来实现温室测控体系中的信息传输的嵌入式、主动化、智能化与搜集化奠基了根本。
参考文献:
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关头词：井场情况监测；无线通信手艺；ZigBee；数据收罗
名目帮助：本研讨受油气消防四川省重点尝试室开放基金名目（No. YQXF201602），2016国度级级大先生立异创业练习打算名目 （名目号：201610615030）帮助。
1弁言
跟着动力危急的到来，对煤油资本的持久、宁静、高效开采，已成为大师研讨的话题。井场情况前提卑劣，风险性高，须要监控参数多。因为对相干参数的节制不迭时而构成的一些或大或小的变乱，构成这些变乱的缘由除所处地质的自身前提外，良多时辰都是因为对采油参数的节制不迭时而构成的。进入21世纪，他们不只操纵无线通信手艺来对井场情况遏制监测，并且在钻井手艺方面也实现了主动化。可是在井场情况中有线体例在一些操纵中存在必然范围性，如需颠末强侵蚀地段等。是以无线通信手艺取得高度正视。无线通信手艺具备低功耗、低本钱和静态性等长处[1]。它们能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许很好的操纵到情况无线监测，是以，研讨基于无线传感网的井场情况监测体系具备很是首要的感化和意思。
2 井场情况无线监测体系的硬件设想
2.1 体系硬件的设想框架
本体系接纳牢固端收罗情势，分为终端、路由器、调和器、上位机四局部。在搜集合，传感器节点散布在井场内的各个处所，按照搜集的笼盖性和现实井场的面积，计较出统共须要几多个传感器节点。[2]这些传感器节点对井场情况的温湿度、光照强度和各类无害气体遏制及时收罗。当调和器上电时，起头对搜集遏制成立，而后颠末进程ZigBee的体例与传感器节点遏制无线毗连。体系构成如图1所示：
2.2 搜集节点的硬件设想
2.2.1 搜集节点全体设想
该设想针对的是井场情况参数的监测，井场情况通俗较卑劣，须要收罗的情况参数包罗可燃气体（甲烷）、温湿度、光强、有毒气体硫化氢和烟雾等等。在该设想中，全部搜集的主控芯片接纳CC2530，它能很好地顺应井场情况的监测。除此以外，搜集还应具备传感器模块、射频模块、电源模块、通信串口和天线等来知足全部搜集数据的无线通信功效[3]。传感器模块首要包罗MQ-2型气体传感器、温湿度传感器SHT11、光电传感器和硫化氢传感器。传感器与CC2530芯片都集成在统一块PCB板子上。通信串口操纵RS232。
2.2.2 传感器电路设想
本设想研讨的井场情况无线监测体系，首要是对井场的情况参数遏制收罗、监测，须要对搜集节点设置装备摆设呼应的传感器电路。传感器模块首要包罗MQ-2型气体传感器、温湿度传感器SHT11、CH4传感器、光电传感器和硫化氢传感器。
2.2.3 串口通信电路
本设想的串口通信接纳串行通信。这类通信体例能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许节俭通信本钱，可是传输速率比并行慢。串口通信电路便是为了使调和器与上位机相连，颠末进程上位机对数据遏制显现。
2.2.4 其余电路
天线线路使通信旌旗灯号能从一节点颠末进程无线体例发送至别的一节点；电源转换电路使9V直流电压转换电路转换成5V直流电压与3.3V直流电压。
3 井场情况无线监测体系的软件设想
3.1 单片机端软件设想框架
单片机端软件的根基思惟是：起首对全部体系上电复位初始化，而后启动A/D转换，该A/D转换器是操纵CC2530的电路来实现的，操纵呼应的传感器对情况参数遏制收罗，将收罗到的数据送给CC2530遏制存储、数据处置，最初操纵CC2530的RF收发器对数据遏制发送，而后别的的CC2530遏制领受。
3.2 上位机端软件设想框架
计较机端软件便是对数据遏制无线领受，而后颠末进程串口助手对其遏制显现，再操纵上位机对数据遏制处置、保管、报警等功效。
3.3 上位机实现
在该设想中，操纵的是LabVIEW来实现的，该界面包罗用户登岸界面，串口设置装备摆设界面，数据与波形显现界面，同时还具备数据保管功效。
4体系测试
4.1 模块测试
（1）数据收罗模块测试
因为尝试限定，本设想在测试的时辰仅仅只选用了温湿度传感器SHT11和光电传感器。
（2）通信模块测试
操纵两块CC2530模板，一个下载终端节点法式，一个下载调和器法式，并将调和器与上位机颠末进程串口线毗连。给调和器与终端节点上电，察看两个模块LED显现情况和串口助手显现情况。颠末进程模块测试，体系能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许通俗使命运转。
4.2 全体测试
此时点击文件途径处，挑选文件保管的地位，当遏制运转时，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许查抄汗青数据。该图显现每隔1秒收罗一次参数，且节点1和节点2的参数能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许很直观的显现，通^对汗青参数的保管，就能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许对其遏制数据阐发，发明毛病。
4.3情况实测
为了考证体系的靠得住性，操纵它在尝试室外遏制了测试。咱们先实现终端、调和器与路由器的法式下载。今后，咱们支配各终端节点、调和器、路由器。再对各节点遏制供电，上位机接纳电脑遏制取代。随即，咱们遏制情况参数的收罗。
测试功效标明，该体系能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许对户外情况遏制及时监测，当情况参数跨越设定的值时，LabVIEW界面呼应的地位就会遏制报警。
5论断
本文先容的基于ZigBee手艺的井场情况无线监测体系。接纳无线ZigBee手艺作为传输体例，同时连系了假造仪器手艺，对上位机界面遏制了设想。颠末现场尝试标明，该套体系测试进程不变，功效靠得住，同时抗搅扰才能较强。不只如斯，本体系还能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许操纵于多种户外情况参数的收罗与监测。
参考文献
