无线传感器网络的普及应用

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欢迎访问e展厅 展厅 6 数据采集/无线通讯展厅 通讯卡, 数据采集卡, 无线通讯模块, 远程监控系统, RFID, 信号隔离器, 转换器... 随着现代微电子技术、微机电系统、片上系统、纳米材料、无线通信技术、信号处理技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的迅猛发展，传统的传感器信息获取技术从独立的单一化模式向集成化、微型化，进而向智能化、网络化方向发展，成为信息获取最重要和最基本的技术之一。 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 传感器网络虽然与无线自组网有相似之处，但同时也存在很大的差别。传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集；由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化；通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的。另外，传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限。而传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用，其次才考虑节约能源；而传感器网络的首要设计目标是能源的高效使用，这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一。 传感器网络在农业上的应用 针对我国水资源紧缺以及农田节水灌溉的需求，根据现有的农田灌溉装备条件、应用领域作物、土壤、水源布点等情况，分析了目前实现精确农业亟待解决的关键技术问题，可以采用无线传感器网络技术在大面积农田中实施智能灌溉。 其中单片机系统可以通过多个传感器对湿度、温度、降雨量、酸碱度、水分蒸发量（风速）和空气温度等多种信息的采集来实现对农田的精确自动灌溉控制，输出的信号信息通过无线全双工数传收发模块传送给控制中心（嵌入式系统）来确定是否启动水泵为农田供水，同时将此供水与否信息由 GPRS 通信通过Internet 传 送 到 远 方控制中心实现远程监控，并通过计算机中的一些模型来处理信息，做出供水计划。系统中，控制主机 作 为 连 接 Internet网和无线传感器网络之间的协议转换网关。其硬件采用嵌入式工控模块。采集板卡采用智能型板卡结构，即在板卡上内置MCU。板 载 MCU 对板卡上 I/O 端口进行控制，实现 I/O 数据的缓存，从而降低板卡对于接口主机的依赖，节省主机处理数据的时间，保证系统更加高效的运行。此外板载 MCU 可以对采集的数据或者输出数据进行进一步的处理。 传感器网络的绿色应用 在绿色应用中，无线传感器网络有着广阔的应用前景，它的监测对象可以包括建筑外墙和维护结构隔热性能、住宅或工厂的分项用电量及分项用水量、河流水质、大气污染物等。无线传感器网络能够帮助我们获得详细的能耗的环境参数，从而实现对节能系统的规划和效果评估。 例如，为了实现对于建筑物的幕墙实际节能性能进行评估，NI 公司搭建了一套玻璃幕墙性能实时监测与分析系统。该监测系统采用了 NI LabVIEW 软件开发平台，配合 NI WSN（无线传感器网络）以及 CompactRIO 嵌入式控制器实现，通过测量幕墙内外测温湿度、紫外线强度等数据，计算出热传递的时间，以判断幕墙隔热性能及隔离紫外线等性能的优劣。由于采用了 WSN 无线传感器网络，系统的架设对于建筑现有结构没有任何破坏，真正实现了“无损”的快速安装和部署。根据分析报告显示，该玻璃幕墙与大厅其它位置的玻璃幕墙相比，隔热性能更为优异。 又如，在可口可乐某灌装厂，6 条生产线昼夜不停地生产各种果汁和饮料。对于这样一个大型的灌装工厂而言，每天的用电量和用水量是非常巨大的。然而工程师却发现，工厂的能源消耗与他们估计的不符。为了不影响产线的正常运作，NI 公司采用无线传感器网络搭建了能耗监测系统，监测不同产线的用电量、用水量以及运行时间等信息。为了确保产线的用电效率，系统中还添加了可编程自动化控制器 CompactRIO。 CompactRIO 采用了模块化架构，支持多路电流和电压信号的高速同步采集，借助于LabVIEW 电能质量分析工具包，用户就可以轻松获得功率因数等电能质量信息（如图 1）。 传感器网络在医疗领域中的应用 目前的医疗监护仪器可以分为两类，一类是指在医院内由职业医生或专业技术人员使用的专门仪器，对病人进行生理指标的监护；另一类是在普通人员的家庭内或者户外，在医生的指导下，由病人本人或者家属使用远程医疗监护系统对病人进行监护，将所得到的生理指标及时传送给相关医生。 目前，医院所使用的监护方法大多使用固定的医疗监护仪，连接设备将传感器探头连接在病人与监护设备之间进行信号的传递。复杂的设备、众多的连线，会造成病人心理上的压力和紧张情绪，可能会影响病人身体状况，使得诊断所得到的数据与真实情况有一定差距，给病人和医护人员都带来不便，可能会影响对病情的正确诊断。 随着社会老龄化的加剧，解决长期慢性病的监护成为重要的社会问题。一些突发性疾病和家庭保健，如心血管疾病，老人的日常护理，孕妇、胎儿、婴儿、幼儿的保健，也需要长期的家庭监护。 由于我国医疗资源紧缺，研究基于公用网络的家庭医疗监护，建立小区医疗网络，利用远程医疗监护系统可以提高医疗服务水平，减轻病人负担。以往的解决方案是采用有线方式或简单的无线数据发射接收方式。被监护者身上安装的传感设备难以自由灵活地移动和接入，系统没有扩展性，成本高。 Zigbee 技术的出现为传感器信号的无线传输提供了新的解决方案。Zigbee 节点有几十米的覆盖范围，且可以增加路由节点，扩展覆盖范围，因此适用于家庭住宅。同时由于生理监护信号的数据传输流量不大，传输速率为250kbps 的 Zigbee 能够满足生理数据传输要求。Zigbee 传感节点可自由灵活地加入和离开网络，具有低功耗和低成本的特点（如图 2）。 综上所述，传感器网络具有越来越大的影响力。它将物理世界和信息技术连接起来；具有改造社会的潜力，在改变世界的十大新兴技术中，智能无线传感器网络名列第一，并被认为是未来将掀起新产业浪潮的四大高新技术之一。传感器网络必将在军事领域、农业领域、环保监测领域、建筑领域、医疗监护领域、工业领域、智能家具领域、空间和海洋探索等领域中得到广泛的应用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/26/2013)