李建武 沈陸嶺

武漢天虹環(huán)保產(chǎn)業(yè)股份有限公司

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

李建武 沈陸嶺

武漢天虹環(huán)保產(chǎn)業(yè)股份有限公司

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)即為通過放置于監(jiān)測區(qū)域中的廉價(jià)微型傳感設(shè)施節(jié)點(diǎn)所構(gòu)建，經(jīng)無線通信形式構(gòu)建一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，其主要是為了配合地感知并處理網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)感知對(duì)象的基本信息，同時(shí)傳輸至觀察人員。此次研究內(nèi)容以改變現(xiàn)階段環(huán)境監(jiān)測技術(shù)及規(guī)避環(huán)境監(jiān)測中的問題為目標(biāo)。因無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)能夠在大部分地區(qū)分布，可以很好的改變監(jiān)測布局，因此第一時(shí)間搜集精準(zhǔn)的監(jiān)測參數(shù)，而且在此過程中無需依附于固定網(wǎng)絡(luò)，分析成果具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

無線傳感器；在環(huán)境監(jiān)測；應(yīng)用

1 前言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣環(huán)境監(jiān)測機(jī)制是通過硬件與軟件所構(gòu)成，硬件涵蓋了監(jiān)測氣體以及溫度的傳感設(shè)施節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)的增加電路，其應(yīng)用服務(wù)設(shè)備與參數(shù)服務(wù)器構(gòu)建軟件部分，其具有方便布置、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、易于維護(hù)以及測量精度高等特性。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，其末梢即為能夠感知及檢查外部環(huán)境的傳感器。WSN內(nèi)的傳感器經(jīng)無線方式予以通信傳輸，由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)置便捷，設(shè)備位置能夠被輕易變更，還能夠與互聯(lián)網(wǎng)予以有線及無線方式的連接。經(jīng)無線通信機(jī)制構(gòu)建的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)有效的集合參數(shù)的采集、處理以及傳輸?shù)裙δ堋鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)共同構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network,WSN）是通過相關(guān)靜止及移動(dòng)的傳感器以自組織及多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作區(qū)域采集、感知、處理與傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被感知目標(biāo)的相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至給網(wǎng)絡(luò)終端。

3 系統(tǒng)基本構(gòu)架

依附于無線傳感設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架，我們將其分:第一，通信節(jié)點(diǎn)。第二，Sink節(jié)點(diǎn)。第三，應(yīng)用服務(wù)設(shè)施。第四，參數(shù)服務(wù)設(shè)施通信節(jié)點(diǎn)。參數(shù)服務(wù)設(shè)施通信節(jié)點(diǎn)涵蓋了搜羅數(shù)據(jù)與通信等功能，參數(shù)服務(wù)設(shè)施不僅能夠予以信息的發(fā)起，而且還可以視為信息的介質(zhì)，Sink節(jié)點(diǎn)經(jīng)響應(yīng)串口線完成與計(jì)算機(jī)的對(duì)接。

4 軟件系統(tǒng)的功能

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟件系統(tǒng)包括下述3個(gè)模塊：（1）參數(shù)轉(zhuǎn)換及修正指標(biāo)模塊。（2）串口通信模塊。（3）參數(shù)統(tǒng)計(jì)和儲(chǔ)存模塊。串口通信模塊收集參數(shù)幀中的傳感設(shè)備采集信息與通信節(jié)點(diǎn)區(qū)域信息。參數(shù)轉(zhuǎn)換及修正模塊則實(shí)施串口模塊轉(zhuǎn)輸?shù)?進(jìn)體系傳感設(shè)備所采集的信息轉(zhuǎn)換才成10進(jìn)制信息，同時(shí)依附于溫度參數(shù)與氣壓參數(shù)對(duì)SO2的飽和度予以修正，在此基礎(chǔ)上將其轉(zhuǎn)換為常態(tài)下的體積飽和度;參數(shù)統(tǒng)計(jì)及儲(chǔ)存模塊可以對(duì)上述氣體的質(zhì)量飽和度予以儲(chǔ)存，同時(shí)將存儲(chǔ)值予以統(tǒng)計(jì)，最后計(jì)算出每小時(shí)及每日的均值，實(shí)時(shí)參數(shù)與平均參數(shù)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)設(shè)備予以備份，最后計(jì)算出每日均值的報(bào)表，在監(jiān)測氣體質(zhì)量飽和度超標(biāo)時(shí)，會(huì)提供預(yù)警信息。

5 上位機(jī)軟件

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上位機(jī)軟件在功能方面分成:（1）參數(shù)庫服務(wù)軟件。（2）監(jiān)控軟件。而監(jiān)控軟件在功能模塊上包括：（1）參數(shù)顯示模塊。（2）參數(shù)接收及提取模塊。（3）參數(shù)儲(chǔ)存模塊。（4）報(bào)警模塊。參數(shù)庫服務(wù)軟件包括：（1）報(bào)表生成及動(dòng)態(tài)曲線錄入模塊。（2）參數(shù)記錄模塊。

6 監(jiān)控軟件

監(jiān)控系統(tǒng)可以初始化相關(guān)重要的變量，打開連接傳感器網(wǎng)絡(luò)Sink節(jié)點(diǎn)的串口，同時(shí)對(duì)其予以初始化，在此基礎(chǔ)上開啟監(jiān)聽線程同時(shí)連接參數(shù)庫，監(jiān)聽線程進(jìn)入循環(huán)模式，進(jìn)而監(jiān)聽參數(shù)的傳輸，直至接收完成并關(guān)閉消息。若有參數(shù)傳輸，接收參數(shù)同時(shí)評(píng)定參數(shù)格式是否正確，若格式不匹配，則屏蔽收到的非法參數(shù)，若數(shù)據(jù)格式正確，則搜集有效的信息，因?yàn)樘崛〉膮?shù)是以16進(jìn)制表示的字符組，而為用戶與參數(shù)記錄的進(jìn)制主要以10進(jìn)制為主，因此要將有效參數(shù)字符組轉(zhuǎn)換為所需的參數(shù)，在此基礎(chǔ)上將它體現(xiàn)于實(shí)時(shí)監(jiān)控界面，同時(shí)還要將轉(zhuǎn)換后的參數(shù)錄入至參數(shù)庫，以備今后隨時(shí)調(diào)出并予以報(bào)表制作，若參數(shù)超過了指標(biāo)的極值，會(huì)進(jìn)行報(bào)警提示。

7 總結(jié)

綜上所述，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)即分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)末梢即為能夠感知及檢查外部環(huán)境的傳感器。WSN內(nèi)的傳感器經(jīng)無線方式予以通信傳輸，由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)置便捷，設(shè)備位置能夠被輕易變更，還能夠與互聯(lián)網(wǎng)予以有線及無線方式的連接。經(jīng)無線通信機(jī)制構(gòu)建的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)有效的集合參數(shù)的采集、處理以及傳輸?shù)裙δ?。參?shù)轉(zhuǎn)換及修正模塊則實(shí)施串口模塊轉(zhuǎn)輸?shù)?進(jìn)體系傳感設(shè)備所采集的信息轉(zhuǎn)換才成10進(jìn)制信息，同時(shí)依附于溫度參數(shù)與氣壓參數(shù)對(duì)SO2的飽和度予以修正，在此基礎(chǔ)上將其轉(zhuǎn)換為常態(tài)下的體積飽和度;參數(shù)統(tǒng)計(jì)及儲(chǔ)存模塊可以對(duì)上述氣體的質(zhì)量飽和度予以儲(chǔ)存，同時(shí)將存儲(chǔ)值予以統(tǒng)計(jì)，最后計(jì)算出每小時(shí)及每日的均值，實(shí)時(shí)參數(shù)與平均參數(shù)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)設(shè)備予以備份，最后計(jì)算出每日均值的報(bào)表，在監(jiān)測氣體質(zhì)量飽和度超標(biāo)時(shí)，會(huì)提供預(yù)警信息。監(jiān)控系統(tǒng)可以初始化相關(guān)重要的變量，同時(shí)對(duì)其予以初始化，在此基礎(chǔ)上開啟監(jiān)聽線程同時(shí)連接參數(shù)庫，監(jiān)聽線程進(jìn)入循環(huán)模式，進(jìn)而監(jiān)聽參數(shù)的傳輸，直至接收完成并關(guān)閉消息。若有參數(shù)傳輸，接收參數(shù)同時(shí)評(píng)定參數(shù)格式是否正確，若格式不匹配，則屏蔽收到的非法參數(shù)，若數(shù)據(jù)格式正確，則搜集有效的信息，因?yàn)樘崛〉膮?shù)是以16進(jìn)制表示的字符組，而為用戶與參數(shù)記錄的進(jìn)制主要以10進(jìn)制為主，因此要將有效參數(shù)字符組轉(zhuǎn)換為所需的參數(shù)

[1]付軍安,盧涵宇,王合闖,王華軍.基于ZigBee的定位系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的探討[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(4).

[2]張保華,李士寧,滕文星,張要偉.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室測控系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2016(5).

[3]吳呈瑜,孫運(yùn)強(qiáng).基于ZigBee技術(shù)的短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2015(5).

[4]呂俊霞,徐珂.基于IEEE802.15.4的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2011(2).

[5]趙煒,唐振民,曹宏鑫,楊余旺.設(shè)施農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國農(nóng)機(jī)化,2012(6).