蘇國(guó)棟，王平，蔡碧麗，徐世武

（1.2.福建師范大學(xué)光電與信息工程學(xué)院，福建福州350007；3.福建省僑興輕工學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用系，福建福清350301；4.福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院信息技術(shù)系，福建福州350108）

基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在山體滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

蘇國(guó)棟1，王平2，蔡碧麗3，徐世武4

（1.2.福建師范大學(xué)光電與信息工程學(xué)院，福建福州350007；3.福建省僑興輕工學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用系，福建福清350301；4.福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院信息技術(shù)系，福建福州350108）

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)，通過(guò)在山體滑坡監(jiān)測(cè)區(qū)域布設(shè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并基于ZigBee技術(shù)自組網(wǎng)，采用無(wú)線多跳路由和多路徑數(shù)據(jù)傳輸方法，把采集的數(shù)據(jù)打包、分組，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊傳送到遠(yuǎn)端的監(jiān)控點(diǎn)或指揮中心，遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心把接收的數(shù)據(jù)經(jīng)上位機(jī)的Labview軟件建模、分析，作出及時(shí)的預(yù)測(cè)、報(bào)警，或提供給專家作決策依據(jù)。

山體滑坡；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；ZigBee技術(shù)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)和地質(zhì)環(huán)境條件的惡化加劇，近幾年來(lái)我國(guó)滑坡地質(zhì)災(zāi)害越來(lái)越嚴(yán)重，人們?cè)絹?lái)越重視滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。這些年來(lái)每逢臺(tái)風(fēng)或暴雨來(lái)臨之際，經(jīng)常發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，而且危害越來(lái)越嚴(yán)重。它嚴(yán)重威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，破壞工程設(shè)施，影響正常的生產(chǎn)和生活，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，今年1～6月全國(guó)共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害4049起，造成250人死亡或失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失10.2億元。與去年同期相比，今年上半年地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量、造成死亡失蹤人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失均有所增加。在已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害中，有6起特大型地質(zhì)災(zāi)害，以降雨等自然因素造成的滑坡為主，造成132人死亡失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失1.8億元[1]。八九月份期間，福建泉州莆田一帶連續(xù)發(fā)生多起地震，雖然沒(méi)有人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，但是造成的潛在危害，將影響著人們的生活。還有，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通興建了數(shù)千座通信基站（發(fā)射塔和機(jī)房），其中，山區(qū)的基站占大多數(shù)。受地形條件的限制和發(fā)射塔自身的特點(diǎn)，多數(shù)基站建在山脊、山腰或山頂上，山體滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生會(huì)給聯(lián)通、移動(dòng)帶來(lái)巨大的影響[2]。綜上因素，山體滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要作用，保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，也有利益經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 相關(guān)工作

2.1 ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[3]。ZigBee技術(shù)是一種雙向無(wú)線通訊技術(shù)，這技術(shù)是一個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，無(wú)線數(shù)傳模塊最多可達(dá)65000個(gè)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信[4]。ZigBee模塊采用TI公司的CC2430芯片，它支持TI的z—Stack協(xié)議棧，內(nèi)部集成了低功耗的8051單片機(jī)，外圍包括通用10口、A/D轉(zhuǎn)換接口、SPI口、以及串口等，接口資源豐富。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于ZigBee自組監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),具有組網(wǎng)靈活，自修復(fù)能力強(qiáng)等特點(diǎn)[3]。將其運(yùn)用于滑坡，崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)中，將為地質(zhì)發(fā)災(zāi)區(qū)監(jiān)測(cè)提供有力保障，為防災(zāi)減災(zāi)提供決策依據(jù)，保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，以實(shí)現(xiàn)持久的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，Wireless Sensor Net2works）是一種全新的網(wǎng)絡(luò)化信息獲取與處理技術(shù)，具有自組網(wǎng)、無(wú)線多跳路由和多路徑數(shù)據(jù)傳輸功能，結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)，平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期[5]；傳感器節(jié)點(diǎn)成本低，可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)滑坡監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行大范圍的節(jié)點(diǎn)布置，保證數(shù)據(jù)采集的深度，為實(shí)現(xiàn)山體滑坡?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警提供巨量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[6]。論文針對(duì)山體滑坡監(jiān)測(cè)，提出以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建山體監(jiān)測(cè)區(qū)域無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合GPRS通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，并通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)山體滑坡的預(yù)警預(yù)報(bào)。

2.3 Labview簡(jiǎn)介

LabView語(yǔ)言運(yùn)用數(shù)據(jù)流編程方法來(lái)描述程序的執(zhí)行，使用圖標(biāo)和連線替代文本的形式編寫(xiě)程序，是一種別具特色的圖形化編程語(yǔ)言。

LabView是開(kāi)放式的虛擬儀器開(kāi)發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，這樣可以為使用者提供簡(jiǎn)單、便捷的設(shè)計(jì)環(huán)境，用戶可以構(gòu)建自己要求的控制系統(tǒng)和儀器面板，圖形化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在很大程度上簡(jiǎn)化程序的設(shè)計(jì)，可以不用考慮復(fù)雜繁瑣的程序代碼編寫(xiě)。

Labview特點(diǎn)[7]：

1）圖形化的儀器編程環(huán)境；

2）內(nèi)置的程序編譯器，使運(yùn)行速度加快；

3）靈活的程序調(diào)試手段；

4）大量的儀器驅(qū)動(dòng)程序；

5）支持多種系統(tǒng)平臺(tái)，平臺(tái)之間的程序可直接進(jìn)行移植；

6）提供CLF功能和CIN功能，可以直接調(diào)用其他軟件平臺(tái)；

7）支持TCP/IP、DDE等功能。

在整個(gè)山體滑坡系統(tǒng)中，CC2430模塊通過(guò)各類傳感器對(duì)受測(cè)試環(huán)境中的水位、傾角、位移加速度等信息進(jìn)行采集，處理。利用ZigBee技術(shù)自動(dòng)組網(wǎng)功能，用無(wú)線多跳路由和多路徑數(shù)據(jù)傳輸方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，分組處理等，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊傳送到遠(yuǎn)端的控制中心或指揮中心，控制中心把接收的數(shù)據(jù)經(jīng)上位機(jī)LabView軟件在界面上顯示，監(jiān)測(cè)中心工作人員利用相關(guān)專業(yè)知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建模預(yù)警，做出及時(shí)的預(yù)測(cè)、報(bào)警，或者提供給專家做出決策依據(jù)。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

山體滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、GPRS網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。在山體滑坡檢測(cè)區(qū)布設(shè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)：對(duì)受測(cè)場(chǎng)地的大巖石傾角變化的監(jiān)測(cè)是通過(guò)傾角傳感器對(duì)其進(jìn)行測(cè)量；選定監(jiān)測(cè)對(duì)象的多個(gè)點(diǎn)，利用距離傳感器對(duì)這些點(diǎn)的距離變化情況進(jìn)行測(cè)量；地下水侵蝕是山體滑坡發(fā)生的一個(gè)重要影響因素，因此，地下水位深度是顯示山體滑坡危險(xiǎn)度的重要指標(biāo)，利用水位傳感器對(duì)水位的深度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在受測(cè)場(chǎng)地打孔，將水位傳感器部署在孔洞最下端，無(wú)線傳感器發(fā)送水位傳感器采集的數(shù)據(jù)（液位值）。應(yīng)變傳感器用于斷層面的滑動(dòng)變形。通過(guò)加速度傳感器對(duì)山體大巖石等固體物質(zhì)的位置、方向、移動(dòng)速度等因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由協(xié)調(diào)器、簇節(jié)點(diǎn)、路由器/簇頭和GPRS網(wǎng)關(guān)組成。傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)坡體的各項(xiàng)信息進(jìn)行采集，協(xié)調(diào)器和路由器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建信息傳輸網(wǎng)絡(luò)及其路由，基于ZigBee技術(shù)的自組網(wǎng)，采用無(wú)線多跳路由和多路徑數(shù)據(jù)傳輸方法，以網(wǎng)絡(luò)的終端路由節(jié)點(diǎn)為簇頭，與傳感器節(jié)點(diǎn)建立簇網(wǎng)絡(luò)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和匯聚。簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包、分組，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊傳送到遠(yuǎn)端的監(jiān)控點(diǎn)或指揮中心[8]，遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心把收到的數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)Labview軟件建模、分析，提供給專家做預(yù)測(cè)的依據(jù)，最終發(fā)出預(yù)警信號(hào)[9,10]。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)硬件主要由CC2430為核心的無(wú)線模塊，各類傳感器組成的環(huán)境采集模塊、GPRS網(wǎng)關(guān)和電源等組成。用CC2430為核心構(gòu)造的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的方案滿足整個(gè)山體滑坡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，且具有功耗低、電路簡(jiǎn)單、體積小和成本低等優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)基于ZigBee技術(shù)，ZigBee技術(shù)是具有成本低、低功耗、組網(wǎng)能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)勢(shì)的新興無(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)，適用于各種檢測(cè)領(lǐng)域[11-12]。ZigBee技術(shù)只靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間，是其他很多無(wú)線設(shè)備無(wú)法達(dá)到的優(yōu)勢(shì)。

4.1 CC2430無(wú)線收發(fā)模塊

CC2430無(wú)線模塊采用德州儀器（TI）ZigBeeSoC射頻芯片CC2430F128，CC2430節(jié)點(diǎn)基于ZigBee技術(shù)，內(nèi)核是優(yōu)化C8051，比標(biāo)準(zhǔn)8051快8倍，具有雙數(shù)據(jù)指針，功耗低，4個(gè)靈活的電源模式可以減少電源消耗。CC2430模塊具有較特殊的優(yōu)勢(shì)，具有強(qiáng)大的DMA控制器，有上電復(fù)位/掉電檢測(cè)，可配置的8通道ADC，21個(gè)可配置通用數(shù)字I/O引腳，數(shù)字引腳輸出簡(jiǎn)單方便，減少軟件的處理，減輕CPU的負(fù)擔(dān)。CC2430節(jié)點(diǎn)重要的特點(diǎn)、也是我們用戶較關(guān)心的、符合我們需要的外圍設(shè)備特性，是它具有4個(gè)定時(shí)器，即1個(gè)通用的16位定時(shí)器、2個(gè)8位定時(shí)器、1個(gè)MAC定時(shí)器，定時(shí)器可以用于定時(shí)采集環(huán)境信息數(shù)據(jù)，定時(shí)對(duì)電源開(kāi)啟與關(guān)閉的控制，節(jié)省不同時(shí)間段的電源消耗；定時(shí)器在編程中起著重要的作用。CC2430有兩個(gè)可編程的USART，可作為SPI主模式、SPI從模式或者UART，片內(nèi)的UART1，CAN, SPI，I2C，UART2總線與各類傳感器結(jié)合對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行采集，再通過(guò)片內(nèi)RF無(wú)線發(fā)射，通過(guò)GPRS網(wǎng)關(guān)傳送到遠(yuǎn)端的控制中心或指揮中心。

4.2 各種傳感器的選擇

根據(jù)實(shí)際運(yùn)用中的各種要求，傾角傳感器選用直川電子的ATC100AL-485單軸傾角傳感器對(duì)受測(cè)場(chǎng)地的大巖石等進(jìn)行角度的測(cè)量，它是一類成本較低的數(shù)字信號(hào)輸出傳感器模塊，它減少硬件的開(kāi)銷和軟件CPU的負(fù)擔(dān)，可進(jìn)行零點(diǎn)設(shè)定，波特率可選（4800，9600，19200），這類型的傳感器使用于安裝坡體位置，因?yàn)樗菐тX殼，有一定的防水、防空特點(diǎn)，工業(yè)器件性能穩(wěn)定，可靠抗擊、抗震動(dòng)。距離傳感器選用SENST-200遠(yuǎn)距離激光測(cè)距傳感器，測(cè)距200m，精度1mm。激光測(cè)距傳感器是新一代的測(cè)距設(shè)備，功能強(qiáng)大、堅(jiān)固耐用，專為工業(yè)測(cè)量市場(chǎng)設(shè)計(jì)，通過(guò)發(fā)射激光束至目標(biāo)物體，利用發(fā)射光束精確計(jì)算距離。此類激光測(cè)距傳感器是線式連續(xù)檢測(cè)，不像手持激光測(cè)距儀，需要人工點(diǎn)發(fā)，這樣可以在無(wú)人值守的情況下進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。水位傳感器選用鴻泰順達(dá)科技公司的BJ216的液位傳感器，液位傳感器基于反射原理工作，產(chǎn)品反映速度快、可靠性高，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。LI系列液位傳感器采用施密特觸發(fā)器，設(shè)備需要使用者提供外部保護(hù)電路，這種元件能以數(shù)字形式指示液體是否存在。數(shù)字輸出，可不用外接模數(shù)轉(zhuǎn)換，減少硬件開(kāi)銷和軟件的負(fù)擔(dān)。該液位傳感器用于山體滑坡系統(tǒng)中對(duì)水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以得到較精確的數(shù)據(jù)，作出及時(shí)的預(yù)警。應(yīng)變傳感器選用FBGS系列的應(yīng)變傳感器，具有不受電磁干擾、耐腐蝕、抗沖擊振動(dòng)、抗疲勞、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于山體滑坡系統(tǒng)中對(duì)山體中土層環(huán)境信息的采集?？梢詫鞲衅髀袢肷襟w土層下面，監(jiān)測(cè)支撐的應(yīng)變。從而將采集得到的信息通過(guò)無(wú)線傳輸，發(fā)送到遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心，及時(shí)作出預(yù)警。加速度傳感器選用飛思卡爾公司的MMA7260Q型號(hào)的傳感器，它可以在XYZ三軸全方位感知，是高靈敏度的單芯片三軸向的加速度傳感器，在XYZ三軸向上讀取低重力水平的墜落、傾斜、放置、震動(dòng)、搖擺和移動(dòng)。選擇這型號(hào)的加速度傳感器作為本系統(tǒng)對(duì)大巖石等的移位速度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量體積小、成本低，具有無(wú)線通信、傳感、數(shù)據(jù)處理能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的。無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)是IAR7.30B集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，基礎(chǔ)是以Ti-Chipon公司提供的無(wú)線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)MAC協(xié)議，與自己的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層相結(jié)合，構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧，基于ZigBee技術(shù)，運(yùn)用無(wú)線多跳路路由和多路徑數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)無(wú)線分成網(wǎng)絡(luò)的信息進(jìn)行采集、傳輸、打包、分組與處理，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊傳送到遠(yuǎn)端的控制中心或指揮中心，實(shí)現(xiàn)受測(cè)場(chǎng)地的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5.1.1 簇網(wǎng)絡(luò)的建立過(guò)程

ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有簇狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和星狀結(jié)構(gòu)。簇結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是由簇頭和若干簇節(jié)點(diǎn)組成，簇頭作用是構(gòu)建簇網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、匯聚簇節(jié)點(diǎn)和傳輸數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和若干終端節(jié)點(diǎn)組成，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器作用是建立網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、接入路由和匯聚數(shù)據(jù)等。簇結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所要的節(jié)點(diǎn)較多，組成的網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍較廣。系統(tǒng)可以采用洪泛方式、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)受測(cè)場(chǎng)地環(huán)境信息實(shí)時(shí)采集、傳輸和分析進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高對(duì)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

本文山體滑坡系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)是以洪泛方式為基礎(chǔ)，結(jié)合簇結(jié)構(gòu)，構(gòu)建信息傳輸分成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和路由，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器先向全網(wǎng)發(fā)送信標(biāo)幀，該信標(biāo)幀包括自身地址和幀編號(hào)，路由器節(jié)點(diǎn)接收到信標(biāo)幀，把自己的自身地址添加到信標(biāo)幀內(nèi)的列表中，利用這個(gè)地址列表建立自己的路由表。這時(shí)，記錄幀的編號(hào)，這樣就可以避開(kāi)同一幀的多次發(fā)送，接下發(fā)送修改后的信標(biāo)幀。傳感器節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)幀，自動(dòng)選定信號(hào)最強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)，返回發(fā)送到終端節(jié)點(diǎn)以確認(rèn)幀，讓路由節(jié)點(diǎn)確認(rèn)自身作為終端節(jié)點(diǎn)的路由器節(jié)點(diǎn)，開(kāi)始簇網(wǎng)絡(luò)的建立。終端節(jié)點(diǎn)路由節(jié)點(diǎn)簇網(wǎng)絡(luò)的建立流程如圖1所示：簇頭節(jié)點(diǎn)是自身，發(fā)送信號(hào)幀，傳感器節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)幀，并在所有的簇頭節(jié)點(diǎn)中，選擇信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)的發(fā)揮發(fā)送確認(rèn)幀且加入網(wǎng)絡(luò)。簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的確認(rèn)幀，建立節(jié)點(diǎn)列表[9,13]。

圖1 網(wǎng)絡(luò)建立流程圖

5.1.2 傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程[9]

傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程簡(jiǎn)述如下：傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，傳送到簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，查詢路由表，建立數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包應(yīng)該包含協(xié)調(diào)器地址和下一目的節(jié)點(diǎn)的地址。由于可能發(fā)生的錯(cuò)誤路由存在，為了解決這問(wèn)題，要設(shè)置多跳路次數(shù)，轉(zhuǎn)發(fā)一次多跳路減1，當(dāng)多跳路次數(shù)為0時(shí)，不發(fā)送。路由器節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包，查找自身的路由表，修改包中下一目的節(jié)點(diǎn)的地址，把多跳路次數(shù)減1，檢測(cè)多跳路次數(shù)是否為0，為0時(shí)，放棄發(fā)送；非0時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包傳送到協(xié)調(diào)器，就完成數(shù)據(jù)傳輸。傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程如下頁(yè)圖2所示。

圖2 傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

5.2 傳感器數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)沒(méi)有一處于工作模式，而是采用中斷工作模式，為了降低功耗，平時(shí)工作在休眠模式，當(dāng)?shù)蕉〞r(shí)時(shí)間，進(jìn)入中斷程序，喚醒核心CPU對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)采集和傳輸工作，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定值（閾值），傳感器節(jié)點(diǎn)就向監(jiān)控中心發(fā)送信號(hào)，由控制中心作出相應(yīng)的對(duì)策。如果采集得到的數(shù)據(jù)沒(méi)有超出閾值，則不發(fā)送信息，這樣可以大大降低功耗，延長(zhǎng)傳感器的工作時(shí)間，節(jié)省能源，而且不用經(jīng)常更換電池，經(jīng)濟(jì)方便[14]。傳感器數(shù)據(jù)采集流程如圖3所示。

圖3 傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集流程

5.3 GPRS網(wǎng)絡(luò)連接過(guò)程設(shè)計(jì)

采用SIMCOM公司的SIM300GPRS模塊，以SIM300模塊為核心，通過(guò)AT指令編程進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)連接過(guò)程如下：先查詢模塊的工作狀態(tài)，如果正常的狀態(tài)下，則設(shè)置APN、用戶名和密碼，返回OK設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接方式，返回OK后，再設(shè)置本地IP和端口，成功后開(kāi)始UDP鏈接，連接成功后開(kāi)始數(shù)據(jù)的傳送[15]。GPRP網(wǎng)絡(luò)連接流程圖如圖4所示。

圖4 GPRS網(wǎng)絡(luò)連接流程圖

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和自然資源的開(kāi)發(fā)，環(huán)境地質(zhì)條件的惡化，近幾年來(lái)，福建省沿海山區(qū)縣，山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害越來(lái)越嚴(yán)重，這也越來(lái)越引起人們的重視。本文針對(duì)山體滑坡監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)，采用CC2430無(wú)線通信模塊結(jié)合傾角、位移，水位、加速度等傳感器對(duì)環(huán)境中信息進(jìn)行采集，通過(guò)使用由大量互連的多種微型傳感器及其節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行不間斷的高精度數(shù)據(jù)采集；通過(guò)對(duì)采集的山體斜坡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、建模，可對(duì)有可能發(fā)生的滑坡災(zāi)害作出預(yù)警，減少自然災(zāi)害對(duì)人類的生命和物質(zhì)財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。

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（責(zé)任編輯：覃華巧）

The App lication ofW ireless Sensor Network Based on ZigBee in Landslide M onitoring

Su Guodong1，W ang Ping2，Cai Bili3，Xu Shiwu4
(1.2.College of Photonic and Electronic Engineering,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China；3.Department of Electronic Technology App lication,School of Fujian Qiaoxing Light Industry,Fuqing 350301,China；4.Information Technology Department of Concord College,Fujian Normal University, Fuzhou 350108,China)

According to the features of geological disasters,wireless sensor network is laid in landslide monitoring region. Consequently,based on ZigBee technology network,by usingwirelessmulti-hop routing andmulti-path data transmissionmethod,the collected data are packaged,grouped and sent to the remote monitoring point or commanding center through the GPRS wireless transmission module.Then,the remotemonitoring center will analyze the received data by means of the host computer's Labview software so as tomake timely forecasting and warning or provide the expertswith a basis for their decision-making.

landslide;wireless sensor network;ZigBee technology

TP79

A

1673-8535（2013）06-0027-09

蘇國(guó)棟（1989-），男，福建泉州人，福建師范大學(xué)光電與信息工程學(xué)院在讀碩士研究生，主要研究方向：傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。

王平（1955-），男，福建福州人，福建師范大學(xué)光電與信息工程學(xué)院教授，主要研究方向：研究領(lǐng)域?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)。

蔡碧麗（1987-），女，福建漳州人，福建省僑興輕工學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用系教師，主要研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用。

徐世武（1986-），男，福建莆田人，福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院學(xué)院信息技術(shù)系教師，主要研究方向：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

2013-09-06