基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

彭慶（1970.11-）男，漢，云南省文山市，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師，研究方向：生態(tài)環(huán)境保護(hù)

摘? 要：在我國綠色理念持續(xù)發(fā)展過程中，在環(huán)保方面的投入力度也持續(xù)增加，在環(huán)境監(jiān)測(cè)以及保護(hù)方面也積極應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，例如無線傳感技術(shù)。對(duì)此，本文提出相應(yīng)運(yùn)行主系統(tǒng)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)以及運(yùn)行軟件三方面設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)絡(luò);環(huán)境監(jiān)測(cè);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分類號(hào)：X92

前言：當(dāng)前，我國在一些環(huán)境監(jiān)測(cè)方面還采用人工調(diào)節(jié)或是人工方式，同時(shí)系統(tǒng)布線較為復(fù)雜，導(dǎo)致一些接觸出現(xiàn)不良現(xiàn)象，并且維護(hù)困難。同時(shí)在高濕高溫環(huán)境在控制系統(tǒng)方面可靠性有著較高要求，一般單片機(jī)無法保證監(jiān)測(cè)需要得到充分滿足。Zigbee為低傳輸速率、低功耗、短距離無線通信手段，在苛刻運(yùn)行環(huán)境中具有良好適應(yīng)性，充分保證系統(tǒng)可靠性。

一、設(shè)計(jì)運(yùn)行主系統(tǒng)

無線傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系的關(guān)鍵任務(wù)就是采集環(huán)境信息以及實(shí)時(shí)傳輸，建成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)濕度、溫度等環(huán)境信息進(jìn)行采集，借助多跳形式向中心協(xié)調(diào)器中傳輸。協(xié)調(diào)器職責(zé)為：①對(duì)網(wǎng)絡(luò)采集環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并向上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。②協(xié)調(diào)器根據(jù)管理軟件程序命令向無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，進(jìn)行下步動(dòng)作。在監(jiān)控主機(jī)中設(shè)置管理軟件，主要對(duì)協(xié)調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，按照程序監(jiān)控策略采用數(shù)據(jù)收集形式調(diào)整、預(yù)警等方式，完成數(shù)據(jù)處理之后向總數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存，在日后能夠直接進(jìn)行處理和查詢[1]。

二、設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)

協(xié)調(diào)器涵蓋天線單元、時(shí)鐘單元以及電源單元等，系統(tǒng)中，Zigbee調(diào)節(jié)器能夠構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)初始化等。另外，可以科學(xué)處理對(duì)接環(huán)節(jié)中相關(guān)數(shù)據(jù)，借助上位機(jī)系統(tǒng)以及串口系統(tǒng)展開通信。

節(jié)點(diǎn)的低耗能優(yōu)勢(shì)較為突出，在該系統(tǒng)中，選擇3V干電池開展供電工作，系統(tǒng)電壓在2—3.3V范圍內(nèi)，通常，該部分設(shè)計(jì)選擇干電池（2節(jié)）為系統(tǒng)供電，促使系統(tǒng)運(yùn)行要求得到充分滿足。一部分電路所需電壓是1.8V，所以借助電壓轉(zhuǎn)化，即能夠保證選擇1.8V電壓開展供電工作。根據(jù)CC2350在電壓方面標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇REG1117-1.8即能夠穩(wěn)定輸出1.8V電壓，其中，1A是最大輸出電流功率。在CC2350芯片中，時(shí)鐘模塊涵蓋2個(gè)構(gòu)成頻率，分別是32.768KHz、32MHz，對(duì)于32MHz輸出頻率能夠?yàn)橄到y(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，32.768KHz能夠保證系統(tǒng)在低功耗條件下運(yùn)行，進(jìn)而達(dá)成低耗能目的。射頻天線單元構(gòu)成部分主要涵蓋天線饋線以及阻抗匹配兩部分電路。本系統(tǒng)選擇Whip天線，可靠性較高以及安全性較為突出[2]。

三、設(shè)計(jì)運(yùn)行軟件

1.路由器

該設(shè)備主要功能可以進(jìn)行路由多跳以及其他設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)融合。本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥x擇樹狀形式，能夠保證路由器進(jìn)行間隔操作，可以選擇電池實(shí)現(xiàn)供電。啟動(dòng)路由器之后，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)初始化內(nèi)部事件進(jìn)行處理，對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探索，同時(shí)請(qǐng)求加入。如果接收了響應(yīng)信號(hào)，表明路由器成功連接網(wǎng)絡(luò)，不然會(huì)再次進(jìn)行入網(wǎng)操作申請(qǐng)。由于選擇樹形網(wǎng)絡(luò)，路由器能夠適當(dāng)進(jìn)行休眠狀態(tài)切換，成功聯(lián)網(wǎng)之后變?yōu)榇龁拘?休眠狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到減少能耗目的。喚醒環(huán)節(jié)中，路由器會(huì)接收數(shù)據(jù)傳感以及控制信號(hào)等。通過PC端發(fā)送控制信號(hào)，其中涵蓋能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)設(shè)置進(jìn)行更改的指令，向下傳輸目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。傳感數(shù)據(jù)中，傳感節(jié)點(diǎn)所收環(huán)境信息，需要傳輸?shù)巾攲庸?jié)點(diǎn)，進(jìn)而借助協(xié)調(diào)器整合數(shù)據(jù)并向監(jiān)測(cè)主機(jī)傳輸。

2.傳感節(jié)點(diǎn)

對(duì)于傳感節(jié)點(diǎn)，無需負(fù)責(zé)特定的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且一般選擇電池為電源。開展設(shè)計(jì)工作室，一般選擇休眠功能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。將傳感節(jié)點(diǎn)連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)，和路由入網(wǎng)沒有較大差異，完成休眠工作之后，如果節(jié)點(diǎn)接收調(diào)整收集頻率以及其他下行指令，那么應(yīng)該先進(jìn)行預(yù)處理工作，之后進(jìn)入到環(huán)境監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)環(huán)節(jié)，向頂層節(jié)點(diǎn)傳輸收集到的信息后，向休眠模式進(jìn)行切換[3]。

3.上位機(jī)管理

管理軟件功能涵蓋網(wǎng)絡(luò)控制、預(yù)警報(bào)警、信息分類儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)接收以及數(shù)據(jù)顯示等。監(jiān)測(cè)主機(jī)保持對(duì)協(xié)調(diào)器進(jìn)行監(jiān)聽的狀態(tài)，對(duì)于收集的數(shù)據(jù)根據(jù)程序定位開展解析工作，進(jìn)行相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)號(hào)進(jìn)行分析，向總數(shù)據(jù)庫進(jìn)行同步儲(chǔ)存，即能夠開展即時(shí)查詢以及處理工作。系統(tǒng)能夠生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮峁┙Y(jié)構(gòu)圖、歷史信息查詢曲線圖等，并具象化地顯示初始數(shù)據(jù)。在所收集環(huán)境信息超出系統(tǒng)設(shè)定閾值范圍時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)將預(yù)警功能啟動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行同步報(bào)警處理，對(duì)環(huán)境監(jiān)控進(jìn)行有效落實(shí)。另外，系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)接口性能良好，主要用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的修正工作等方面。

結(jié)語：綜上所述，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，借助其相關(guān)功能充分提高環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量、效率以及效果等。以室內(nèi)環(huán)境角度分析，能夠快速、同步監(jiān)測(cè)甲醛指標(biāo)、溫度、濕度、光照度以及其他信息。同時(shí)該系統(tǒng)可以自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)性突出以及低耗能等特點(diǎn)，可以對(duì)室內(nèi)環(huán)境相關(guān)信息高效、精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)，進(jìn)而充分發(fā)現(xiàn)環(huán)境中有害物質(zhì)，為人們生產(chǎn)與生活提供健康、綠色以及安全環(huán)境。當(dāng)前，在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，無線傳感技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，促使環(huán)境監(jiān)測(cè)深入程度、覆蓋面等獲得實(shí)質(zhì)性拓展，同時(shí)能夠充分提高自動(dòng)化操作能力，充分優(yōu)化環(huán)境質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳鐿， 王紹源， 陳清華. 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器， 2018（09）：79-83.

[2]趙繼春， 孫素芬， 郭建鑫，等. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2020， 314（04）：152-157.

[3]馬榮華， 歐陽繕， 王魯豫，等. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2019， 160（01）：45-51.

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