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无线传感网技术与应用(实践).pdf

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《无线传感网技术与应用》不相同,传感器的类型也需根据实际需要而定,因此节点的传感器接口需灵
活设定:
4)软件多样化、人性化:功能设计上,既考虑信号的采集、监控,又要考虑
信息管理、综合分析,因此需要多样化的软件以适应系统的需求。同时,软件要
界面美观、易于使用:
5)具有报警、控制功能:当某个参数超过该设定值时,发出警报通知管理员
和用户,从而采取相应措施。

3.2 节点硬件平台和软件系统

硬件平台的设计,需要的相关传感与通信器件,必须要符合低成本、低耗电
与小体积等条件,且必须容易布建、甚至具备可编程、可动态配置等特性。节点
的硬件组成主要有两种方案:第一种方案是采用MCU+RF收发器,其中MCU可采用
Atmel Megal28、TI MSP430等,RF收发器可采用TI CC2420、Freescale MCl3192、
Ember EM240等;第二种方案是应用SOC片上系统,如Ember公司的EM250,TI公司
的CC2430等。
本文在节点硬件设计上采用第一种方案,包括传感器模块、Atmel Megal28
控制模块、CC2420收发模块、存储模块和电源管理模块等。针对目前节点存在的不足,进行扩展接口的设计,降低节点成本。此外,硬件的设计中需要进行必要
的性能仿真以确定硬件设计完成一部分,调试一部分,最终实现整个系统的整体
联调,确定系统硬件可以达到设计要求。
随着无线传感器网络的深入研究,研究人员提出用于无线传感器网络的微型
操作系统——TinyOS。本文设计的节点上的软件采用TinyOS.2.x版本。TinyOS
在构建传感网络时,其中一个与上位机互连的节点作为基站,主要用来控制各个
子节点,并聚集和处理它们所采集到的信息。TinyOS只要在控制台发出管理信息,
然后由各个节点通过无线网络互相传递,最后达到协同一致的目的。

3.3 系统体系结构

无线温室监控系统主要包括监控中心、网关节点和传感器节点三部分。将监
控系统部署于温室内,每个温室放置一定数量的传感器类型的节点,所有节点将
自组织建立无线网络,并实时的将环境信息经多跳的方式上传到监控中心,从而
实现监控温室的农作物生长环境的目的。系统的具体结构见图3.1。




图3.1 无线传感器网络温室应用系统结构图

监控中心包括一台计算机系统和一套上位机软件,实现温室环境因素的实时
数据显示、存储、分析以及监视,具有人机交互功能。
网关节点在对数据进行分析、融合等处理后通过以太网与监控中心相连,将
数据送入监控中心。网关节点的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强,它
连接传感器网络与外部网络,实现两种协议栈之间的通信协议转换,同时发布管
理节点的监测任务,并把收集的数据转发到外部网络上。网关节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点,也可以是没有监测功能仅带有无线通信接口的特殊
通信设备。
传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统,它的处理能力、存储能力和通信
能力相对较弱,通过携带能量有限的电池供电。从网络功能上看,传感器节点相
当于传统网络的前端设备,进行本地信息收集和数掘处理。传感器节点随机布置
在温室内,执行数据采集、预处理和传输等工作,如温度、湿度、二氧化碳浓度
和光照度等信息,采用电池供电,通信距离有限。

2.3 方案描述及工作流程

在温室环境中,单个温室可以作为无线传感器网络一个测量控制区,网络中
通过采用经过多个节点转发来实现信息的传递。网络中采用不同的传感器测量节
点和具有简单执行控制的节点(能对风机、调温机器、阀门等设备进行相关控制)
构成无线传感监测网络,其中节点用来测量土壤湿度、温度、空气湿度、成分、
PH值、气压、光照强度和C02浓度等数据,以便知道温室中的环境状况,同时将
生物信息获取方法应用于传感节点,为对温室环境进行适当的调控提供科学依据。
最终使温室中的传感器执行控制的标准化、数据化,利用网关实现控制装置的网
络化,从而达到现场组网方便、提高作物产量、改善品质、调节生长周期、提高
经济效益的目的。
温室监控应用系统工作流程为:
1)传感器节点部署后,加电启动,等待网关加入无线传感器网络的命令;
2)管理员通过服务器发送启动命令到网关节点,启动允许加入无线传感器网
络的参数;

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上传人:guoxiachuanyue005 2022/5/20 文件大小:518 KB

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