基于太阳能供电的温室无线传感器网络精量监测系统_程曼

基于太阳能供电的温室无线传感器网络精量监测系统

程曼1，袁洪波1，2，高立艾1

（1.河北农业大学机电工程学院，河北保定071001；

（2.中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室，北京100083）

摘要：提出了一个基于太阳能供电，利用Zigbee和Labview技术的温室无线传感器网络精量监测系统，在充分利用自然资源的基础上，通过改变温度、湿度、光照度、CO2浓度等温室环境因素参数来获得农作物生长的最佳条件，从而克服传统温室监测系统的不足，达到增加农作物的产量、改善其品质和提高其经济效益的目的。

关键词：温室；太阳能供电；Zigbee；Labview；

中图分类号：S214.3文献标识码：B文章编号：1004-874X（2013）03-0179-03

Greenhouse wireless sensor network precise monitoring

system based on solar power supplying

CHENG Man1，YUAN Hong-bo1,2，GAO Li-ai1

（1.College of Mechanical and electrical Engineering，Agricultural University of Hebei，Baoding071001，China；2.Key Lab on Modern Precision Agriculture System Integration Research，Ministry of Education，China Agricultural University，Beijing100083，China）

Abstract：This paper proposed a power supply based on solar energy,using Labview and Zigbee technology of greenhouse wireless sensor network precise monitoring system,it was to make full use of natural resources and the basis of,through the change of temperature, humidity,light,CO2concentration of greenhouse environment factors parameters to obtain the best condition of crop growth,so as to overcome the deficiency of the traditional greenhouse monitoring system,to increase crop yield,improve the quality and improve the economic efficiency.

Key words：greenhouse；solar power supplying；Zigbee；Labview

我国是农业大国，随着农业的基础条件、投入程度、科技程度等的不断改良和进步，农产品产量大幅度增长，但我国在农业发展中仍然面临着许多的问题与挑战，实行符合我国国情的生态农业是促进我国农业发展的必经之路。我国大部分地区尤其是偏远地区大多以家庭为单位种植，适合我国的农业智能温室还需要进一步研究发展[1]。结合温室环境的特点和精准监测要求，我们构建了一个基于太阳能供电、结合Zigbe和Labview 技术的温室无线传感器网络作物精量监测系统，以克服传统温室监测系统的不足，达到增加农作物的产量、改善农作物的品质并且提高其经济效益的根本目的。

1系统结构设计

1.1系统总体结构

整个监测系统由太阳能供电系统、无线传感器网络和监测控制中心三部分组成，整体结构如图1所示。太阳能供电系统由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池组成，为整个温室的传感器提供电力供应。无线传感器网络采用Zigbee协议，由监测节点、协调器节点和路由节点构成。传感器监测节点采集作物测量参数信息经由无线路由和网关传输到服务器，远程监测站点通过Internet和服务器进行连接，再根据具体情况调整阈值，然后将控制信息发送给温室中的控制节点来控制电磁阀的开启和关闭。监测控制中心需要监控传感器节点的工作状态和运行情况，根据传感器采集的数据及数据的变化实时调整节点的工作任务。另外，当温室中作物需水量处于临界状态时，服务器还将通过GSM网络发送报警短信到用户的手机上，方便用户进行相关操作。

1.2太阳能供电系统

温室栽培要实现精确控制作物的生长情况，需要检测的节点较多，如采用常规电源供电方式需要架设电线，由于温室内环境的影响，电缆在高温高湿、腐蚀性较强的环境中难以保证长期的使用效果，并且过度的敷设电缆也会对正常的生产带来麻烦。温室的结构特点决定了其内部的光辐射量很强，有利于采用太阳能供电方式来提供电力供给，从而避免大量电缆敷设。而且太阳能是绿色清洁能源，采用该种供电方式也有利于能源节约。太阳能供电系统，由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池组成（图2），太阳能电池板将太阳能转化成电能储存在蓄电池中，为温室环境监测节点提供电能。

为保证系统工作的稳定性，使其在阴雨天气也能正常工作，蓄电池容量应该能够满足设备负载持续7d的正常供电。此外，从经济性上考虑，由于整体系统的耗电量较低，类似于智能手机的供电方式，所以采用锂电池的供电的设计方案。白天太阳能板所输出的电能存储在蓄电池中，同时供给负载使用，当蓄电池电量达到规定限度时，停

收稿日期：2012-12-19

基金项目：河北省科技支撑计划项目（11227179）；河北省高等

学校科学技术研究青年基金（z2011271）；河北省高等学校科学技术

研究青年基金（z202146）

作者简介：程曼（1982-），女，在职博士生，讲师，E-mail：cheng

man1982@https://www.wendangku.net/doc/af14752522.html,

广东农业科学2013年第3期179

图1

系统结构图

图2

太阳能供电系统组成

图3无线传感器网络的硬件设计

止对蓄电池充电，防止蓄电池过充；晚上将蓄电池存储的电能供给负载使用，同时要防止反充电路对太阳能板进行充电，当蓄电池电量不足时，及时切断供电电路，防止蓄电池过放，从而起到保护蓄电池的作用[2-3]。

2

系统硬件设计

2.1

传感器选择

根据不同类型的传感芯片组成，选择对温度、湿度和

光照强度具有感知能力的传感器。其中温、湿度传感器采用I2C 总线数字式温、湿度传感器SHT11，其体积小、能耗低、两线数字接口、温度量程为-40~85℃、相对湿度量程为

0~100％。光照强度传感器选用TSL2550D ，其功耗可以满足无线传感器低功耗系统设计的要求，其总线也易于与

CC2431接口。

2.2传感器节点设计

本系统选用的CC2431是TI 公司产品，这是一个真正的基于无线传感器网络ZigBee/IEEE802.15.4解决方案的片上系统，符合ZigBee 标准的低功耗通信芯片，具有快速唤醒和搜索外部设备功能，可以使节点更多地处于休眠状态而节约功耗，而且其信道频率和功耗等参数可以灵活设置[4]

。无线传感器网络的传感器节点是分布在现场的硬件设备，主要的部件是传感器、CC2420无线射频单片机、作物控制装置及其控制电路等。作物控制装置的开

关可以通过远程服务器控制软件、客户端控制软件或者在管理现场通过中心处理器进行控制。无线传感器终端

节点的结构图如图3所示。

3系统软件设计

虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬件平台上，

由用户设计定义，具有虚拟面板、测试功能，由测试软件实现的一种计算机仪器系统[5-6]。程序采用模块化的设计，为使操作人员能够直观地看到温室中各种环境参数数据以及分配任务等情况，人机接口全部采用友好的图形界面。系统软件由参数设置模块、数据采集模块、数据分析和处理模块、控制输出模块、数据管理模块等5大模块组成。系统的控制硬件完成数据采集、运算、比较和与其他

180

图4系统数据采集界面图

设备的通讯以后，通过了解作物状况，进而做出评价性的结论，并确定是否进行处理；保存数据，确定作物当前所处状况，并在此基础上给出决策。Labview 提供了3种模糊

关系的计算方法：极大值中心法、质量中心法和极大值平均法，本系统采用质量中心法。系统采集数据的界面图如图4所示。

4系统测试

本研究选取河北省徐水县遂成镇大庞村某农业观光

园作为试验基地进行实地试用测试。该基地拥有日光温室

10个，种植作物为番茄，其中单个温室大棚参数为南北长7m ，东西长80m ，栽培畦长6m ，脊高3.5m 。图5、图6是截取的监测系统实时监测24h 温湿度折线图。通过实地测试，本研究的监测系统能够在我国北方简易大棚环境条件下良好地运行，实现了对温室中作物测量参数进行实时、精确的监测和采集，并在此基础上通过labview 设计的系统软件实现了精准、定量的控制。系统的供电方式采用太阳能供电，基于我国不同类型温室经营者的经济和技术

水平，实用性强、市场前景好。

参考文献：

[1]李敏,孟臣.温室大棚计算机测控系统的研制[J].计算机与农业,

2001(6):9-11.

[2]张艳红,张崇巍,张兴,等.一种新型光伏发电充放电控制器[J].可再生能源,2006(5):71-73.

[3]杨金焕,于化丛,葛亮.太阳能光伏发电应用技术[M].北京:电子工业出版社,2009.

[4]百度文库.CC2431数据手册（中）[EB/OL.https://www.wendangku.net/doc/af14752522.html,/

view/471b856e58fafab069dc0200.html,2010-05-13.

[5]

周航慈,朱兆优,李跃忠.智能仪器原理与设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[6]

陈锡辉,张银鸿.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社

,2007.

图6

24h 湿度折线图

706050403020100

湿度（%）

00:00:00

06:00:00

12:00:0018:00:00

24:00:00

图5

24h 温度折线图

3025

20151050

00:00:00

06:00:00

12:00:0018:00:00湿度（%）

24:00:00

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基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现

南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动

Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers

无线传感器网络在温室大棚中的应用

0引言 农业生产具有季节性的特点，温室大棚可以帮助克服农业生产的季节性，提高农业生产效率。温室大棚内影响农作物生长的多方面因素，如温度、湿度、光照和空气流通情况等。为了达到农业生产的优质高效，对上述各种环境参数的量化控制很重要。无线网络技术的出现满足了农业生产技术的信息化、网络化的要求，因为其自主性组网、分布式监测等特点在温室大棚中进行实时数据采集提供了保障，例如农作物生长的土壤pH值、湿度、温度等环境参数。以无线传感器网络技术为主要特点的温室大棚信息化监测系统可以实时反馈温室大棚中各个不同地点的环境信息，将这些数据传送到监控中心并与最佳农作物生长的环境信息进行比较，有效并及时地处理温室大棚的各项环境参数信息，尽可能地为促进温室大棚中农作物的生长提供良好的环境，进一步提高农作物的质量和产量。 无线传感器网络是是部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线电通信形成一个多跳的自组织网络系统，主要是更好的感知、采集和处理网络覆区域被监测的对象的环境参数信息，可以使人们实时获取大量详实而可靠的信息。随着无线传感器网络中的数据融合、路由协议、时间同步、节点定位、能耗等问题的进一步的解决，无线传感器网络以其较高的科技性、高效性和实用性可以直接推动其在各个领域的广泛应用。 1ZigBee无线传感器网络 智能温室大棚是一个庞大的系统，本文设计的无线传感器网络是针对智能温室大棚的环境监测而设计的。整个无线传感器网络由温度、湿度、感光度等传感器子节点构成，不同的子节点采集不同的环境数据，采集到的环境数据通过无线射频模块发送到主控制器或者其他节点。主控制器根据接收到的环境数据，结合控制策略，将控制指令通过无线传感器传输到终端控制器。如某个温室大棚检测温度A1℃通过无线传感器网络传输到主控制器，而控制策略的期望值是A2℃，于是主控制器就将调节空调温度数据的指令发送到终端控制器。无线传感器网络主要完成环境数据的采集、处理以及传输等功能。 在温室大棚传感器网络中，对如温度、亮度以及湿度等环境数据的传输速率要求不是很高，而对控制设备的功耗要求比较高。目前常用的几种短距离无线通讯技术主要有Bluetooth技术和ZigBee技术。通过对比对这几种通讯技术，由于ZigBee协议具有低功耗、低数据传输速率、低成本等特点，智能温室大棚采用ZigBee协议。 ZigBee是一种新兴的低速率短距离的无线通信技术，是ZigBee 技术联盟（ZigBee Alliance）所主导的无线传感网络技术标准之一。Zigbee主要用于近距离无线连接，通信速率要求低于蓝牙，由电池供电节点设备提供无线通信功能，并希望在不换供电设备的情况下能正常工作。Zigbee依据IEEE802.15.4标准，在一定的频段上用（全球2.4GHz，美国915MHz，欧洲868MHz）数千个传感器来构建无线传感器网络，利用WSN分布式等特点相互合作实现网络的整体通信。多个传感器节点只需要相对很少的供电能量，通过无线电波将数据从一个传感器节点按照一定的网络协议传到另一个传感器节点，所以通信效率较高。由于ZigBee技术具有通信范围较小及低数据速率的特点，决定了其技术适合于承载数据流量相对较小的业务领域。随着各种传感设备的复杂度、通信距离的加大，其能量消耗以及网络的系统成本都在进一步加剧，当然这也是我们所要研究的问题这一。 2无线节点设计 2.1硬件实现 智能温室大棚的网络系统包含一个主控节点及温度、湿度等采集节点、其他控制节点。主控节点是整个网络的核心，用于监控各个节点的状态，从各个监测节点获取信息，根据这些信息自动采取操作，或通过用户对主控设备的操作，向各个节点发出控制指令，控制灌溉、调温等设备的开闭及调节等。负责采集居室内的温度，湿度等各种环境参数，将数据反馈到主控，进而可能采取自动调节居室环境的控制操作。其它控制节点负责控制采光、通风等设施的各种操作。 根据不同的应用场合，无线传感器节点的组成也不相同，其硬件主要是由数据采集、数据收发、数据处理和电源4个部分构成：（1）数据采集负责对环境的温度、湿度、光照等参数的采集，采集到的数据交由微控制器处理； （2）数据收发负责与其他节点的数据通讯，由CC2480无线射频模块构成； （3）数据处理负责对传感器模块采集到的各种数据以及数据收发模块收到的数据进行处理； （4）电源负责单片机、无线射频模块以及传感器等器件的供电。 主控制器MSP430系列单片机最大特点是超低功耗和功能集成。其工作电压为1.8~3.6V，待机电流小于1μA，通过控制位可以设定1种活动模式和5种低功耗模式，同时内部集成有丰富的片内外设，包括JTAG调试接口。本设计中数据收发模块采用TI公司的CC2480,其内部结合有ZigBee射频前端和内存，4个通用的I/O扩展接口，2路7~12位的ADC，上电复位和掉电复位电路，与处理器联接可以采用SPI接口或者UART接口。CC2480可以配置的ZigBee设备有协调器、路由器和终端设备。当配置成终端设备的时候，在闲置时期，它自动进入低功耗模式（小于0.5μA）。在本设计中所用的CC2480和MSP430单片机之间通过SPI方式通讯。用于对外显示的LED指示灯在测试时用来指示数据的传输、节点的发现以及节点休眠等状态。串口通讯模块在协调器中与家庭网关进行数据通讯。节点通过数据采集模块采集到温度、湿度、光照等数据，再经微控制器对数据进行处理，通过CC2480无线收发器将数据传送到主控制器。主控制器查询各种环境参数，通过CC2480将命令传送到传感器节点或终端控制器来改变环境的温度、湿度和光照等参数。 2.2软件实现 节点的软件部分是基于嵌入式μC/OS-Ⅱ平台设计的。μC/OS-Ⅱ占用很少的系统资源，它的最小化内核能编译到2K，非常适用于无线传感器网络节点。μC/OS-Ⅱ操作系统移植后，在其应用平台上编写应用程序任务。在μC/OS-Ⅱ操作系统中，主函数的功能主要有初始化操作系统，创建起始任务，开始多任务调度，主要任务如下： （1）起始任务：使能端口（CC2480控制端口、UART端口、I/O端口等）初始化；CC2480初始化；节点根据应用场合创建数据采集、数据收发、控制等任务；执行起始任务主体，包括:构建整个网络、查询有无增减节点；终端节点的任务主体是：查询网络，加入网络。 （2）数据采集任务：初始化传感器；通过传感器检测温度、湿度、光照等环境参数。（下转第327页） 无线传感器网络在温室大棚中的应用 潘蓉 （江苏农林职业技术学院，江苏句容212400） 【摘要】本文介绍了无线传感器网络ZigBee协议在温室大棚中的实现与应用。根据温室大棚的特点而设计了无线自动控制系统。详细说明了系统体系结构的设计和控制节点的硬件设计以及软件的控制过程。 【关键词】无线传感器网络；ZigBee；温室大棚 The Application of Wireless Sensor Network in Greenhouse PAN Rong （Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry，Jurong Jiangsu，212400）【Abstract】This paper introduced the application and Realization of ZigBee protocol of wireless sensor network in greenhouse.Designed the Wireless Automatic Control System according to the characteristics of greenhouse.Illustrated the design of system architecture,the hardware design of control node and the software control process. 【Key words】Wireless sensor networks；ZigBee protocol；Greenhouse

无线传感器网络实验指导书

无线传感器网络 实验指导书 信息工程学院

实验一 质心算法 一、实验目的 掌握合并质心算法的基本思想； 学会利用MATLAB 实现质心算法； 学会利用数学计算软件解决实际问题。 二、实验容和原理 无需测距的定位技术不需要直接测量距离和角度信息。定位精度相对较低，不过可以满足某些应用的需要。 在计算几何学里多边形的几何中心称为质心，多边形顶点坐标的平均值就是质心节点的坐标。 假设多边形定点位置的坐标向量表示为p i = (x i ，y i )T ，则这个多边形的质心坐标为： 例如，如果四边形 ABCD 的顶点坐标分别为 (x 1, y 1)，(x 2, y 2), (x 3, y 3) 和(x 4,y 4)，则它的质心坐标计算如下： 这种方法的计算与实现都非常简单，根据网络的连通性确定出目标节点周围的信标参考节点，直接求解信标参考节点构成的多边形的质心。 锚点周期性地向临近节点广播分组信息，该信息包含了锚点的标识和位置。当未知结点接收到来自不同锚点的分组信息数量超过某一门限或在一定接收时间之后，就可以计算这些锚点所组成的多边形的质心，作为确定出自身位置。由于质心算法完全基于网络连通性，无需锚点和未知结点之间的协作和交互式通信协调，因而易于实现。 三、实验容及步骤 该程序在Matlab 环境下完成无线传感器中的质心算法的实现。在长为100米的正方形区域，信标节点（锚点）为90个，随机生成50个网络节点。节点的通信距离为30米。 需完成： 分别画出不同通信半径，不同未知节点数目下的误差图，并讨论得到的结果 所用到的函数： 1. M = min(A)返回A 最小的元素. 如果A 是一个向量，然后min(A)返回A 的最小元素. 如果A 是一个矩阵，然后min(A)是一个包含每一列的最小值的行向量。 2. rand X = rand 返回一个单一均匀分布随机数在区间 (0，1)。 X = rand(n)返回n--n 矩阵的随机数字。 ()12341234,,44x x x x y y y y x y ++++++??= ???

(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统

基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统 摘要 根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统，以实现方案的安全参数的需要；对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术，虽然近年来在无线传感器网络中，已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康，许多重要的问题，包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术，例如拥塞控制进行了讨论。 关键词：桥梁安全监测；无线传感器网络的总体结构；关键技术 1 阻断 随着交通运输业的不断发展，桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律，而特设的桥梁检测的工作情况，起到一定作用，但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性，这是由于主观和客观因素，一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测，预报和评估桥梁的安全局势，目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。 桥梁安全监测系统的设计方案，即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试，分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性，以及问题的发现并及时维修，从而确保了桥的安全和长期耐久性。 近年来，桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用，它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段，已成为这一领域中科学和技术研究的重点。 无线传感器网络技术，在桥梁的安全监测系统方案的实现上，具有一定的参考价值。 无线传感器网络（WSN）是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点，通过自组织无线通信，信息的相互传输，对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合，通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业，环境监测，健康，智能交通，安全，以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。 一个典型的无线传感器网络，通常包括传感器节点，网关和服务器，如图1

无线传感器网络的应用与影响因素分析

无线传感器网络的应用与影响因素分析 摘要：无线传感器网络在信息传输、采集、处理方面的能力非常强。最初，由于军事方面的需要，无线传感网络不断发展，传感器网络技术不断进步，其应用的范围也日益广泛，已从军事防御领域扩展以及普及到社会生活的各个方面。本文全面描述了无线传感器网络的发展过程、研究领域的现状和影响传感器应用的若干因素。关键词：无线传感器网络；传感器节点；限制因素 applications of wireless sensor networks and influencing factors analysis liu peng (college of computer science,yangtze university,jingzhou434023,china) abstract:wireless sensor networks in the transmission of informa- tion,collecting,processing capacity is very strong.initially,due to the needs of the military aspects of wireless sensor networks,the continuous development of sensor network technology continues to progress its increasingly wide range of applications,from military defense field to expand and spread to various aspects of social life.a comprehensive description of the development

基于无线传感器网络的智能交通系统的设计

一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目，用于提高车辆与过街行人的安全。因此，从国外的交通控制的发展趋势可以看出，现代的交通控制向着智能化的方向发展，大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵，减少交通事故，改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。

无线传感器网络的应用研究

1武警部队监控平台架构介绍与设计 1.1监控系统的系统结构 基站监控系统的结构组成如上图所示，主要由三个大的部分构成，分别是监控中心、监控站点、监控单元。整个系统从资金、功能以及方便维护性出发，我们采用了干点加节点方式的监控方法。 监控中心（SC）：SC的定义是指整个系统的中心枢纽点，控制整个分监控站，主要的功能是起管理作用和数据处理作用。一般只在市级包括（地、州）设置相应的监控中心，位置一般在武警部队的交换中心机房内或者指挥中心大楼内。 区域监控中心（SS）：又称分点监控站，主要是分散在各个更低等级的区县，主要功能是监控自己所负责辖区的所有基站。对于固话网络，区域监控中心的管辖范围为一个县/区；移动通信网络由于其组网不同于固话本地网，则相对弱化了这一级。区域监控中心SS的机房内的设备配置与SC的差不多，但是不同的是功能不同以及SS的等级低于SC,SS的功能主要是维护设备和监控。 监控单元（SU）：是整个监控系统中等级最低的单元了，它的功能就是监控并且起供电，传输等等作用，主要由SM和其他供电设备由若干监控模块、辅助设备构成。SU侧集成有无线传感网络微设备，比如定位设备或者光感，温感设备等等。 监控模块（SM）：SM是监控单元的组成部分之一，主要作用监控信息的采集功能以及传输，提供相应的通信接口，完成相关信息的上传于接收。

2监控系统的分级管理结构及监控中心功能 基站监控系统的组网分级如果从管理上来看，主要采用两级结构：CSC集中监控中心和现场监控单元。CSC主要设置在运营商的枢纽大楼，主要功能为数据处理，管理远程监控单元，对告警信息进行分类统计，可实现告警查询和存储的功能。一般管理员可以在CSC实现中心调度的功能，并将告警信息进行分发。而FSU一般针对具体的某一个基站，具体作用于如何采集数据参数并进行传输。CSC集中监控中心的需要对FSU采集的数据参数进行报表统计和分析，自动生产图表并为我们的客户提供直观，方便的可视化操作，为维护工作提供依据，维护管理者可以根据大量的分析数据和报表进行快速反应，以最快的速度发现网络的故障点和优先处理点，将人力资源使用在刀刃上。监控中心CSC系统的功能中，还有维护管理类，具体描述如下： 1）实时报警功能 该系统的报警功能是指发现机房里的各种故障后，通过声音，短信，主界面显示的方式及时的上报给操作者。当机房内的动力环境，空调，烟感，人体红外等等发生变量后，这些数据通过基站监控终端上传到BTS再到BSC。最后由数据库进行分类整理后存储到SQLSEVRER2000中。下面介绍主要的几种报警方式： 2)声音报警 基站发生告警后，系统采集后，会用声卡对不一样的告警类别发出对应的语音提示。比如：声音的设置有几种，主要是以鸣叫的长短来区分的。为便于引起现场维护人员的重视紧急告警可设置为长鸣，不重要的告警故障设置为短鸣。这样一来可以用声音区分故障的等级，比方某地市的中心交换机房内相关告警声音设置，它的开关电源柜当平均电流达到40AH的时候，提示声音设置为长鸣，并立即发生短信告警工单。如果在夜晚机房无人值守的情况下：

基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈

文章编号:1004-9037(2009)02-0254-05 基于无线传感网络的大型结构健康监测系统 尚　盈　袁慎芳　吴　键　丁建伟　李耀曾 (南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016) 摘要:针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判别了集中载荷模拟的损伤位置。本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成。为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块。实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易维护和搭建移动方便等优点。 关键词:无线传感网络;结构健康监测;层次路由协议;自组织竞争网络中图分类号:T P2;T P9 文献标识码:A 　基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划(2007AA 032117)资助项目;国家自然科学基金(60772072,50420120133)资助项目;航空基金(20060952)资助项目。　收稿日期:2007-09-05;修订日期:2008-04-17 Large -Scale Structural Health Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks S hang Ying ,Yuan Shenf ang ,Wu J ian ,Ding J ianw ei ,L i Yaoz eng (T he A ero nautic Key La bo rat or y o f Smart M ater ial and Str uct ur e,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics and A str onautics,N anjing,210016,China) Abstract :Aimed at the large-scale structure and anisotropy nature o f the carbon fiber compos-ite material w ing box ,a large-scale structural health m onitoring system based on w ireless sen-sor netw orks is presented .A kind of artificial neural netw ork is designed to distinguish the damag e locatio n simulated by the co ncentrated load .The sy stem co nsists o f the sensor data ac-quisition,the w ireless sensor netw or ks,and the terminal monitoring sub-sy stem s.To im pro ve the performance o f the system ,the signal conditio ning circuit and the hierarchical routing pro -to col are designed based o n w ireless sensor netw orks ,the prog rams of data acquisition and Sink node are ex ploited.Experimental result pro ves that the system has advantag es of flexibili-ty o f deplo yment,low maintenance and deploym ent costs . Key words :w ir eless senso r netw or ks ;str uctural health monitoring ;hierarchical routing ;self -org anizing com petitive netw o rk 引 言 结构健康监测技术是采用智能材料结构的新概念,利用集成在结构中的先进传感/驱动元件网络,在线实时地获取与结构健康状况相关的信息(如应力、应变、温度、振动模态、波传播特性等),结 合先进的信号信息处理方法和材料结构力学建模 方法,提取特征参数,识别结构的状态,包括损伤,并对结构的不安全因素在其早期就加以控制,以消除安全隐患或控制安全隐患的进一步发展,从而实现结构健康自诊断、自修复、保证结构的安全和降低维修费用[1]。 无线传感网络节点具有局部信号处理的功能, 第24卷第2期2009年3月数据采集与处理Jour nal of D ata A cquisition &P ro cessing Vo l.24N o.2M a r.2009

基于cc2530zigbee无线传感网络的温室大棚监控系统

基于CC2530DE ZIGBIEE的温室大棚智能监控系统 摘要：针对传统人工采集费时费力和有线监控布线复杂、维护困难的局限性，将传感器与ZigBee无线网络技术相结合，提出了无线传感网络的智能温室大棚监控系统的设计方案。该系统利用ZigBee技术实现对采集数据及信息的无线收发，通过公共网关接口CGI将数据和控制信息传送到互联网。操作人员可从远距离的PC机上实时查看数据、实施控制，从而实现了真正意义的远程监控。 关键词：ZigBee；无线网络；传感器；温室控制；CGI 温室控制技术随着温室农业的发展应运而生，传统的人工检测和控制方法费时费力，计算机的采用代表着它发展的逐步成熟；有线传输面临着布线复杂、维护和更新升级困难，而无线传感网络技术的诞生给它带来了一场全新的革命。 本文提出了一种基于ZigBee无线网络技术的智能温室大棚监控系统设计方案，通过对影响植物生长的光照、湿度、温度等几个重要因素进行实时的智能化监测和控制，同时还可以通过手机短信通知农户。文中重点介绍了基于ZStack的应用程序开发，实现了对温室内多种信息的远程监测、处理和控制。 1 ZigBee无线网络技术 ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术【l】。它是建立在IEEE 802．15．4t2I标准之上的，IEEE规定了ZigBee的物理层和媒体接入控制层，网络层、应用支持子层和高层应用规范由ZigBee联盟制定。ZigBee协议规定了三个可用频段868MHz、915MHz和2．4GHz，分别提供1个、10个和16个共计27个信道。其中2．4 GHz为全球通用频段，传输速率达250 kb／st 31。 2系统总体设计 2．1系统结构 以自动控制原理为理论基础，应用传感器与执行器件构成闭环控制系统。传感器节点配有传感器感知植物的生长环境，控制节点配有执行器件控制执行器件改善植物生长环境。传感器节点与控制节点相互配合，共同为植物提供适宜的生长环境。 本系统由无线传感器网络、网关和主控中心组成。无线传感器网络是物联网的神经末梢，负责感知环境的变化，并将数据通过网关传输到互联网。系统结构如图1所示。

无线传感器网络技术的应用

无线传感器网络技术的应用 摘要：无线传感器网络(WSN)是新兴的下一代传感器网络，在国防安全和国民经济各方面均有着广阔的应用前景。本文介绍了无线传感器网络的组成和特点，讨论了无线传感器网络在军事、瓦斯监测系统、智能家具，环境监测，农业。交通等方面的现有应用，最后提出无线传感器网络技术需要解决的问题。 关键词：无线传感器网络，军事、瓦斯监测系统、智能家具，环境监测，农业。交通。 1．无线传感器网络研究背景以及发展现状 随着半导体技术、通信技术、计算机技术的快速发展，90年代末，美国首先出现无线传感器网络（WSN）。1996年，美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。1998年，同是UCLA大学的Gregory J Pottie教授从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。在其后的10余年里，WSN网络技术得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注，成为在国防军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物结构监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理以及机场、大型工业园区的安全监测等众多领域中最有竞争力的应用技术之一。美国商业周刊将WSN网络列为21世纪最有影响的技术之一，麻省理工学院(MIT)技术评论则将其列为改变世界的10大技术之一。WSN是由布置在监测区域内传感器节点以无线通信方式形成一个多跳的无线自组网（Ad hoc），其目的是协作的感知，采集

和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者是WSN的三要素。将Ad hoc技术与传感器技术相结合，人们可以通过WSN感知客观世界，扩展现有网络功能和人类认识世界的能力。WSN技术现已经被广泛应用。图为WSN基本结构。 WSN经历了从智能传感器，无线智能传感器到无线传感器三个发展阶段，智能传感器将计算能力嵌入传感器中，使传感器节点具有数据采集和信息处理能力。而无线智能传感器又增加了无线通信能力，WSN将交换网络技术引入到智能传感器中使其具备交换信息和协调控制功能。 无线传感网络结构由传感器节点，汇聚节点，现场数据收集处理决策部分及分散用户接收装置组成，节点间能够通过自组织方式构成网络。传感器节点获得的数据沿着相邻节点逐跳进行传输，在传输过程中所得的数据可被多个节点处理，经多跳路由到协调节点，最后通过互联网或无线传输方式到达管理节点，用户可以对传感器网络进行决策管理、发出命令以及获得信息。无线传感器网络在农业中的运用是推进农业生产走向智能化、自动化的最可行的方法之一。近年来国际上十分关注WSN在军事，环境，农业生产等领域的发展，美国和欧洲相继启动了WSN研究计划，我国于1999年正式启动研究。国家自然科学基金委员会在2005年将网络传感器中基础理论在一篇我国20年预见技术调查报告中，信息领域157项技术课题中7项与传感器网络有直接关系，2006年初发布的《国家长期科学与技术发展

无线传感器网络课后习题答案

无线传感器网络课后习题答案 1-2.什么是无线传感器网络 无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。目的是协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。 1-4.图示说明无线传感器网络的系统架构。 1-5.传感器网络的终端探测结点哪些部分组成这些组成模块的功能分别是什么 (1)传感模块、计算模块、通信模块、存储模块电源模块和嵌入式软件系统 (2)传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。另外，电源模块负责结点供电，结点嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。 1-8.传感器网络的体系结构包括哪些部分各部分的功能分别是什么 (1)网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。它物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。 (2)网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。包括拓扑控制、服务质量管理、

能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。 (3)应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。 1-9.传感器网络的结构有哪些类型分别说明各种网络结构的特征及优缺点。 根据结点数目的多少，传感器网络的结构可以分为平面结构和分级结构。如果网络的规模较小，一般采用平面结构；如果网络规模很大，则必须采用分级网络结构。平面结构：特征：平面结构的网络比较简单，所有结点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。 优点：源结点和目的结点之间一般存在多条路径，网络负荷这些路径共同承担。一般情况下不存在瓶颈，网络比较健壮。 缺点：①影响网络数据的传输速率，甚至造成网络崩溃。 ②整个系统宏观上会损耗巨大能量。③可扩充性差，需要大量控制消息。分级结构： 特征：传感器网络被划分为多个簇，每个簇一个簇头和多个簇成员组成。这些簇头形成了高一级的网络。簇头结点负责簇间数据的转发，簇成员只负责数据的采集。 优点：①大大减少了网络中路控制信息的数量，具有很

无线传感器网络技术论文

海南大学 无线传感器网络论文 题目：无线传感器网络技术在智能农业中的应用学院：信息学院 专业： 姓名： 导师姓名：

无线传感器网络技术在智能农业中的应用 前言] 无线传感器网络技术是一门深奥但是具有趣味的学科。在这个日新月异的时代，无数高尖端的技术被人们发明并推广出来。无线传感器网络技术就是这么一门具有时代特色的新兴技术。经过这一学期的学习，无线传感器网络技术终于露出了庐山一角。中国是个古老而人口众多的国家，要养活这13亿人口就要依仗农业生产。于是，如何提高农业生产效率，科学地进行农业生产及管理就显得尤为重要。在这里我将对无线传感器网络技术在智能农业中的作用作下介绍。 一、什么是传感器网络？ 无线传感器网络是一种无中心节点的全分布系统。通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集部署于监控区域。这些传感器节点集成有传感器、数据处理单元、通信模块和能源单元，它们通过无线信道相连，自组织地构成网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被监测对象的信息并发送给观察者。无线传感器网络集传感器技术、微机电 系统(MEMS) 技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体。 二、无线传感器网络改变传统农业 在传统农业中，人们获取农田信息的方式都很有限，主要是通过人工测量，获取过程需要消耗大量的人力，而通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息。这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式, 从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，迅速提高生产力。 三、三、无线传感器网络在农业中的具体应用 1. 无线传感器网络应用于温室环境信息采集和控制。 在温室环境里单个温室即可成为无线传感器网络一个测量控制区，采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点(风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构) 构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH 值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等来获得作物生长的最佳条件，同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为温室精准调控提供科学依据。最终使温室中传感器、执行机构标准化、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、增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。 2. 无线传感器网络应用于节水灌溉。

2013秋川大无线传感器网络及应用第一二次作业答案

《无线传感器网络及应用》第一次作业答案 一、单项选择题。本大题共11个小题，每小题2.5 分，共27.5分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.下面哪种协议不属于路由协议（ C ）。 A.地理位置路由协议 B.能量感知路由协议 C.基于跳数的路由协议 D.可靠的路由协议 2.ZigBee的通信速率在2.4GHz时为（ D ）。 A.40Kbps B.20Kbps C.256 Kbps D.250kbps 3.传感器节点（ D ）范围以内的所有其它节点，称为该节点的邻居节点。 A.视线 B.跳数 C.网络 D.通信半径 4.TinyOS是一个开源的（ D ）操作系统，它是由加州大学的伯利克分校开发， 主要应用于无线传感器网络方面。 A.桌面 B.后台 C.批处理 D.嵌入式 https://www.wendangku.net/doc/af14752522.html,N技术使用了哪种介质（ A ）。 A.无线电波 B.双绞线 C.光波 D.沙狼 6.传感器节点消耗能量主要消耗在（ A ）上。 A.无线通信模块 B.处理器模块 C.传感器模块 D.管理模块 7.传感器最早起于二十世纪（ B ）年代。 A.60年代 B.70年代 C.80年代 D.90年代 8.定向扩散（Directed Diffusion，DD）路由协议是一种（ B ）机制。 A.能量感知路 B.基于查询的路由

C.地理位置路由 D.可靠的路由 9.传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对方向性要求较高时，应 选择在其它方向上灵敏度（）的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越（）越好。 A A.小；小 B.小；大 C.高；高 D.高；底 10.传感器的频率响应越（），则可测的信号频率范围就越（）。C A.小；高 B.大；宽 C.高；宽 D.大；高 11.传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。理论上在此范围内，灵敏度保持 定值。传感器的线性范围越（），则它的量程就越（），并且能保证一定的测量精度。D A.小；宽 B.小；高 C.高；大 D.宽；大 二、多项选择题。本大题共29个小题，每小题2.5 分，共72.5分。在每小题给出的选项中，有一项或多项是符合题目要求的。 1.根据节点数目的多少，传感器网络的结构可以分为（AD）。 A.平面结构 B.网络结构 C.星形结构 D.分级结构 2.传感器节点消耗能量的模块包括（ACD）。 A.传感器模块 B.存储模块 C.处理器模块 D.无线通信模块 3.下面哪些属于数据融合的方法（ABD）。 A.模糊逻辑法 B.神经网络方法 C.优选法 D.综合平均法 4.目前人们采用的节能策略主要有（AC）。 A.休眠机制 B.定时发送机制 C.数据融合机制