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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在野外測(cè)量中的應(yīng)用方案
專欄：技術(shù)支持
發(fā)布日期：2018-05-14
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在工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，往往需要長(zhǎng)時(shí)間 、大范圍、多通道的數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng) 。而在野外環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，由于環(huán)境條件的特殊情況 ，經(jīng)常使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)因?yàn)殡娫础㈤L(zhǎng)距離布線等因素的存在而難以有效部署 。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其低功耗、自組織路由 、無需布線等特性，特別適合于工業(yè)領(lǐng)域的野外測(cè)量 。本文將介紹一個(gè)部署在我國(guó)南部某沿海城市的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)案例，該系統(tǒng)經(jīng)過少量修改后可以滿足許多工業(yè)測(cè)量的需求 。該城市存在大量山地地貌，城市居民人...
在工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域 本文將介紹一個(gè)部署在我國(guó)南部某沿海城市的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)案例 該城市存在大量山地地貌 當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門嘗試部署過多套有線方式的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)以對(duì)山體滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，但是由于監(jiān)測(cè)區(qū)域往往為人跡罕至的山間，缺乏道路，野外布線 對(duì)此，在與地理監(jiān)測(cè)專家進(jìn)行多次交流 基本測(cè)量原理 山體滑坡的監(jiān)測(cè)主要依靠?jī)煞N傳感器的作用：液位傳感器和傾角傳感器。在山體容易發(fā)生危險(xiǎn)的區(qū)域 通過傾角傳感器可以監(jiān)測(cè)山體的運(yùn)動(dòng)狀況，山體往往由多層土壤或巖石組成，不同層次間由于物理構(gòu)成和侵蝕程度不同，其運(yùn)動(dòng)速度不同。發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)部署在不同深度的傾角傳感器將會(huì)返回不同的傾角數(shù)據(jù)，如圖2所示。在無線網(wǎng)絡(luò)獲取到各個(gè)傾角傳感器的數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)融合處理，專業(yè)人員就可以據(jù)此判斷出山體滑坡的趨勢(shì)和強(qiáng)度，并判斷其威脅性大小。 系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖3所示，Crossbow用于此項(xiàng)目的產(chǎn)品包括新型Mote節(jié)點(diǎn)IRIS、MDA300數(shù)據(jù)采集板、Stargate基站；MoteWorksTM軟件環(huán)境包括Xmesh協(xié)議棧（IEEE802．15．4兼容）、Xserver中間件及MoteWeb可視化管理平臺(tái)。 傳感器節(jié)點(diǎn)探測(cè)出的數(shù)據(jù)通過Xmesh無線多跳自組的網(wǎng)絡(luò)傳輸給基站 基站將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行姆?wù)器，通過Xserver中間件解析后，用戶可以通過IT系統(tǒng)應(yīng)用軟件進(jìn)行監(jiān)控；同時(shí)數(shù)據(jù)接口完全兼容于客戶的原有信息管理系統(tǒng)，用戶能夠靈活地將新的傳感器數(shù)據(jù)加入原有的信息管理系統(tǒng)，從而通過IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控物理世界信息。 在實(shí)際部署時(shí)，Crossbow采用了分層網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。每個(gè)目標(biāo)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)子網(wǎng)，子網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)依靠Xmesh無線多跳自組織協(xié)議，通過多跳的方式把數(shù)據(jù)傳遞給Stargate基站?div id="4qifd00" class="flower right"> 每個(gè)目標(biāo)監(jiān)測(cè)區(qū)域大概由10～20個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成（依具體情況有所調(diào)整），整個(gè)項(xiàng)目由數(shù)個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域構(gòu)成，由于Crossbow的Xserver中間件服務(wù)器的強(qiáng)大功能，系統(tǒng)構(gòu)成靈活可調(diào)（包括子網(wǎng)數(shù)目和網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目）。相鄰節(jié)點(diǎn)之間的距離約為20～100m，數(shù)據(jù)采集間隔也可以由中心服務(wù)器靈活控制 系統(tǒng)支持雙向數(shù)據(jù)傳輸 傳感器節(jié)點(diǎn) 每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)包含液位傳感器與傾角傳感器元件、IRIS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、MDA300數(shù)據(jù)采集板和電池組。 MDA300提供8個(gè)ADC通道、8個(gè)數(shù)字通道以及I2C接口用于外接各類傳感器。在本項(xiàng)目中傾角傳感器電壓輸出為0～5V，通過MDA300預(yù)留的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)很容易接至MDA300提供的0～2．5V ADC接口。液位傳感器則為4～20mA電流輸出，通過外接電池組模擬理想電壓源，再使用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)124？贅電阻即可將4～20mA轉(zhuǎn)換為ADC可以采集的0～2．5V電壓信號(hào)。 MDA300被配置為1個(gè)液位傳感器通道和6個(gè)傾角傳感器通道。 中繼Mote 中繼Mote的硬件結(jié)構(gòu)和Mote完全一樣，只是沒有連接傳感器 基站 基站由一個(gè)Stargate網(wǎng)關(guān)和一個(gè)Mote組成 |
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