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《基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、《嵌入式系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)背景近年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線通信技術(shù)在醫(yī)療、自動(dòng)化控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)有其特定的應(yīng)用背景，一般在比較偏僻、環(huán)境惡劣的無人居住區(qū)域（如沙漠、高山、叢林等危險(xiǎn)地區(qū)），這使得很難通過架設(shè)電纜來完成數(shù)據(jù)傳輸，因此使用無線通信是一種很好的選擇。對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)是十分重要且有意義的，獲得生存環(huán)境的實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，有助于我們預(yù)測(cè)環(huán)境變化的趨勢(shì)以及更好的掌握自己生活的環(huán)境現(xiàn)狀并加以改善。1.2系統(tǒng)簡(jiǎn)
2、介本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中搭建一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成。終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集環(huán)境溫濕度等數(shù)據(jù)信息，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)把采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送至中心節(jié)點(diǎn)；與中心節(jié)點(diǎn)相連的控制器（ARM單片機(jī)）將數(shù)據(jù)發(fā)送到串口，再通過socket通信將數(shù)據(jù)傳到遠(yuǎn)程主機(jī)，并將獲得的信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。設(shè)計(jì)一個(gè)界面，可通過界面顯示出所需要的信息以及提供相關(guān)查詢服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的低成本、低功耗、自組織、靈活等優(yōu)良特性，提出一個(gè)實(shí)時(shí)、高效的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)解決方案。1.3關(guān)鍵詞解釋1.3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器
3、網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork,WSN），就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者[2]。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。-34-《嵌入式系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的眾多類型的傳感器，可探測(cè)包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象?；贛EMS的微傳感技術(shù)和無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
4、賦予了廣闊的應(yīng)用前景。這些潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為:軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域[3][4]。其主要特點(diǎn)有：1)低速率傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常只需定期傳輸溫度、濕度、壓力、流量、電量等被測(cè)參數(shù)，相對(duì)而言，被測(cè)參數(shù)的數(shù)據(jù)量小，采集數(shù)據(jù)頻率較低。2)低功耗通常，傳感器節(jié)點(diǎn)利用電池供電，且分布區(qū)域復(fù)雜、廣闊，很難通過更換電池方式來補(bǔ)充能量，因此，要求傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功耗要低，傳感器的體積要小。3)低成本應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)區(qū)域廣、傳感器的節(jié)點(diǎn)多，且有些區(qū)域環(huán)境的地形復(fù)雜，甚至連工作人員都無法進(jìn)入，一旦安裝傳感器
5、器則很難更換，因而要求傳感器的成本低廉。4)短距離為了方便組網(wǎng)和傳遞數(shù)據(jù)，兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的距離通常要求在幾十米到幾百米之間。5)高可靠性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息獲取是靠分布在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的各個(gè)傳感器檢測(cè)到的，如傳感器本身不可靠，則其信息的傳輸和處理是沒有任何意義的。6)大容量要求網(wǎng)絡(luò)能容納上千、上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)。7)動(dòng)態(tài)性對(duì)于復(fù)雜環(huán)境的組網(wǎng)，其覆蓋區(qū)域往往會(huì)遇到各種電、磁環(huán)境的干擾，加之供電能量的不斷損耗，易引起傳感器節(jié)點(diǎn)故障，因此要求傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組網(wǎng)、智能化和協(xié)同感知等功能。1.3.2ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗、低數(shù)據(jù)
6、率、低成本和高可靠性的雙向微功率網(wǎng)格式無線接入技術(shù)，介于RFID和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案，此前被稱作“Hom2eRFLite”或“FireFly”無線技術(shù)，主要用于近距離無線連接[5]。最重要的是ZigBee-34-《嵌入式系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書技術(shù)支持地理定位功能，它工作于無需注冊(cè)的2.4GHzISM頻段，傳輸速率為250kb/s，傳輸距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾千米，利用ZigBee技術(shù)可由多到65535個(gè)無線微功率收發(fā)機(jī)組成一個(gè)龐大而有效的無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)[6]。其主要特點(diǎn)有：1)低功耗由于ZigBee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為
7、1mW，而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠?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，這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。2)成本低ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計(jì)很快就能降到1.5-2.5美元，并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。3)時(shí)延短通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場(chǎng)合等)應(yīng)用
8、。4)網(wǎng)絡(luò)容量大一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)組成
