ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

設(shè)計(jì)一種了解電力塔實(shí)時(shí)情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置,通信時(shí)運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并結(jié)合zigbee中的算法協(xié)議進(jìn)行分析以求達(dá)到節(jié)能高效并最終延長(zhǎng)設(shè)備使用生命周期的目標(biāo)。結(jié)合電力塔分布的實(shí)際情況在通信過程中運(yùn)用了一種新型的通信路由算法,即線性通信組網(wǎng)方式;信息傳輸時(shí)考慮到實(shí)際的節(jié)能要求,采用了分布式功率控制的方法。

設(shè)計(jì)了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和gprs技術(shù)的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了局部無線到遠(yuǎn)程無線的連接,并給出了基于cc2430,gps,gprs和單片機(jī)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案.

１０ 收稿日期:2010-12-11 作者簡(jiǎn)介:姚曉通(1972-),副教授,碩士,主要從事嵌入式系 統(tǒng)、計(jì)算機(jī)測(cè)控、物聯(lián)網(wǎng)等方面的教學(xué)與科研工作。 *基金項(xiàng)目:甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(3zs051-a25-030) 基于zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居中的應(yīng)用研究* 姚曉通，崔小川 （蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院甘肅蘭州，730070） 摘　要：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的智能家居網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)揖迎h(huán)境進(jìn)行很好地監(jiān)控，組網(wǎng)方便，將嵌有 無線傳感器的家具、家電和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，提供舒適、方便和人性化的智能家居 環(huán)境。 關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；智能家居；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) abstract:theintelligencelivesnetworkwhichsets

西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題目：低功耗zigbee無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)通信研究 系（部）：光電信息系 專業(yè)：光電信息工程 班級(jí)：b060106 學(xué)生：毋曉野 學(xué)號(hào)：b06010621 指導(dǎo)教師：呂宏 2010年05月 i 低功耗zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信研究 摘要 隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和傳感器技術(shù)的日益成熟，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而 生。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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)域中感知對(duì)象的信息，發(fā)送給觀察者。近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛 的應(yīng)用在預(yù)防醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林滅火乃至車輛檢測(cè)、行星探測(cè)等領(lǐng)域，成為國(guó)內(nèi) 外廣泛討論的焦點(diǎn)。 ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)于低速無線個(gè)人區(qū)

綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)引起了人們的極大關(guān)注。它在國(guó)防軍事、環(huán)境科學(xué)以及智能家居等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,由于其通常運(yùn)行在人不能或不便接近的環(huán)境,能源無法替代,因此,設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題。文中提出了以射頻芯片cc2430為核心,配合微處理器的zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案,論述了系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理,對(duì)系統(tǒng)硬件電路和軟件設(shè)計(jì)作了說明。

本文介紹了一種以zigbee協(xié)議為核心的多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),傳感器節(jié)點(diǎn)處理器采用atmel公司的atmega128l芯片,無線通信采用chipcon公司的cc2420射頻芯片,傳感器采用數(shù)字濕度溫度傳感器sht10,對(duì)不同功能的節(jié)點(diǎn)采用不同的程序設(shè)計(jì),成功實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的多跳路由。

－3064－ 0引言 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了微電子技術(shù)、嵌入式信息處理技 術(shù)，傳感器技術(shù)，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，以自 組多跳的無線網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種環(huán)境或?qū)ο蟮男畔?，?可進(jìn)行處理或控制，應(yīng)用前景十分廣闊?，F(xiàn)有傳統(tǒng)的無線技 術(shù)通常非常耗電，且占用過多的計(jì)算和通信資源，大大增加了 成本。而像工業(yè)控制，消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自 動(dòng)化、智能家居和醫(yī)用設(shè)備控制等很多無線應(yīng)用領(lǐng)域不需要 很高的帶寬，只要求低延遲、低功耗，而zigbee技術(shù)恰好滿足 這種要求。zigbee是為低速率控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議，具有低復(fù)雜度、低成本、低功耗、低速率、高安全性等諸 多優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了zigbee規(guī)范并剖析了microchip的協(xié)議 棧，最后創(chuàng)新性的給出了基于該協(xié)議的智能家居解決方案，該 方案真正實(shí)現(xiàn)了低成本、低功耗，

zigbee是一種短距離的雙向無線通信技術(shù),技術(shù)特點(diǎn)可以概括為4低:低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率及低成本。它主要適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域,可以嵌入各種設(shè)備中,同時(shí)支持地理定位功能。為了避免溫度監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)集中器之間系統(tǒng)安裝過程中煩瑣的布線工作,采用zigbee技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在此對(duì)zigbee技術(shù)進(jìn)行分析和對(duì)cc2430芯片進(jìn)行研究,并介紹了系統(tǒng)構(gòu)成和組成原理,做了溫度測(cè)量的實(shí)驗(yàn),溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果以數(shù)據(jù)、曲線等方式在數(shù)據(jù)集中器人機(jī)界面上顯示。實(shí)踐結(jié)果表明,該設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

溝通是最耗能的事件在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wsn)。顯著降低能耗將傳輸功率控制(臺(tái)電)技術(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸功率,給出了2類的技術(shù):基于位置和時(shí)間的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的算法基礎(chǔ)。

針對(duì)傳統(tǒng)電梯跟蹤系統(tǒng)成本較高、移動(dòng)性差和安裝維護(hù)困難等問題,提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)(wsn)的新電梯跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置telsob傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)射的能量值,利用micaz傳感器節(jié)點(diǎn)和telsob轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)判斷電梯操作行為,并通過tel-sob匯聚節(jié)點(diǎn)跟有線網(wǎng)絡(luò)連接和采用c++設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件遠(yuǎn)程顯示電梯運(yùn)行狀況。研究結(jié)果表明,該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展性強(qiáng)、成本低,具有可視化上位機(jī)顯示界面。

為克服傳統(tǒng)有線隧道施工監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足,利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)靈活、易于布局等優(yōu)點(diǎn),提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道施工監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。從節(jié)點(diǎn)的軟硬件實(shí)現(xiàn)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、網(wǎng)關(guān)的選擇及上層監(jiān)控軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上討論了隧道施工監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與傳統(tǒng)有線監(jiān)控相比,該系統(tǒng)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確,便于部署,易于擴(kuò)展,成本更低,提高了隧道施工的安全性。

在生產(chǎn)和科學(xué)研究過程中的很多場(chǎng)合對(duì)環(huán)境的溫濕度有較高的要求。為了更方便快捷的監(jiān)控環(huán)境溫濕度,文中針對(duì)有線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布線復(fù)雜、成本偏高以及后期維護(hù)不便的問題,結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種基于zigbee技術(shù)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本方案采用星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),采用集成了51內(nèi)核的無線射頻芯片cc2430以及高集成度的數(shù)字溫濕度傳感器sht11構(gòu)建節(jié)點(diǎn)硬件,并實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)軟件。測(cè)試結(jié)果表明,本系統(tǒng)具有低功耗、低成本、易于維護(hù)擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

針對(duì)目前火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足,提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控目標(biāo)的煙霧濃度,溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),采用了基于最小跳數(shù)的路由協(xié)議,每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需記憶自己的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集,網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)都是沿著最短路徑進(jìn)行傳輸。系統(tǒng)滿足了火災(zāi)監(jiān)控的要求,安裝簡(jiǎn)單方便,靈敏度高,穩(wěn)定性好。

針對(duì)煤礦井下環(huán)境在線監(jiān)測(cè)的要求,提出了一種井下實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法,詳細(xì)介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)。該節(jié)點(diǎn)通過微控制器和無線傳輸模塊實(shí)時(shí)采集、處理、傳輸井下工作面的瓦斯?jié)舛?、co濃度、溫度、濕度等數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果表明,該節(jié)點(diǎn)控制方便、工作穩(wěn)定,能實(shí)現(xiàn)可靠的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。

對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的田間信息進(jìn)行有效的接收、處理是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分,該文針對(duì)農(nóng)田無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的構(gòu)建進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于非阻塞式sockets套接口的數(shù)據(jù)通信服務(wù)器。該服務(wù)器綜合利用靜態(tài)線程池與i/o復(fù)用技術(shù),采用循環(huán)隊(duì)列作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū),較好地解決了農(nóng)田無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)tcp多連接長(zhǎng)時(shí)間通信,大量田間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并發(fā)接收、處理性能要求高的問題;采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法,抽象出類的層次結(jié)構(gòu),提高了程序代碼的復(fù)用性。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,獲取傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息對(duì)于許多相關(guān)的應(yīng)用十分重要。首先分析了現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法,然后提出了一種結(jié)合功率控制的區(qū)域定位算法(alpc),該算法將傳感器節(jié)點(diǎn)的位置估計(jì)在一個(gè)小區(qū)域中,而不是尋找它的精確坐標(biāo),由sink節(jié)點(diǎn)完成復(fù)雜的計(jì)算,傳感器節(jié)點(diǎn)無需進(jìn)行大量的通信和計(jì)算,節(jié)省了能量并延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的壽命;根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)討論了時(shí)空域?qū)π盘?hào)傳播模型的影響,以及這種影響如何改變定位粒度;利用區(qū)域命名機(jī)制減小了網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性;最后,通過仿真驗(yàn)證了算法的有效性。

設(shè)計(jì)了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),提出了一種結(jié)合層次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、有線internet網(wǎng)絡(luò)以及無線cdma1x網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案,并對(duì)光纖光柵傳感器的特點(diǎn)進(jìn)行了分析,加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和安全性,提高了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量,擴(kuò)展了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

介紹了一種利用音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間距自主測(cè)量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)包括dspic6014a微控制器,512kb的sram,2.4g波段的rf收發(fā)模塊、音頻收發(fā)模塊及電源管理模塊等。節(jié)點(diǎn)通過測(cè)量rf同步信號(hào)與音頻信號(hào)的時(shí)間差來測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的間隔距離。與國(guó)內(nèi)外的研究相比,節(jié)點(diǎn)可以自主完成測(cè)距信號(hào)的采集、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析、計(jì)算工作。節(jié)點(diǎn)通過采用多次測(cè)量數(shù)據(jù)累加平均及iir數(shù)字濾波技術(shù)提高了測(cè)距信號(hào)的信噪比,利用幅度分析實(shí)現(xiàn)了測(cè)距信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻判別。測(cè)試數(shù)據(jù)表明,該節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)測(cè)距距離可達(dá)30m,誤差小于3%。

面向應(yīng)急監(jiān)控應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信面臨著由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)性和時(shí)變性,以及應(yīng)急災(zāi)難事件突發(fā)區(qū)域數(shù)據(jù)量劇增而造成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸沖突嚴(yán)重等問題。針對(duì)這些問題,提出一種融合物理層功率控制、mac層的鏈路調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)層路由的跨層通信設(shè)計(jì)思路,分別給出了集中式和分布式算法,以實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)急場(chǎng)景的實(shí)時(shí)、健壯且低干擾的數(shù)據(jù)通信。采用ns2進(jìn)行模擬,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的算法在應(yīng)急監(jiān)控應(yīng)用中,隨著設(shè)定災(zāi)難模型蔓延和擴(kuò)大以及數(shù)據(jù)源增加的情況下,都具有良好的數(shù)據(jù)投遞率、實(shí)時(shí)性和能量效率;提出的機(jī)制適用于各類型災(zāi)難應(yīng)急場(chǎng)景,與同類研究相比具有其優(yōu)越性。

近年來，我國(guó)安全警鐘長(zhǎng)鳴，煤礦安全事故屢見不鮮。如何利用先進(jìn)的技術(shù)最大限度保證煤礦從業(yè)安全，如何借助先進(jìn)的管理系統(tǒng)提升煤炭行業(yè)的安全系數(shù)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為此，科研人員積極致力于煤礦安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)的開發(fā)與研制。新型安全監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文主要針對(duì)安全監(jiān)控?zé)o線傳感器系統(tǒng)進(jìn)行分析，探討其在煤礦安全監(jiān)管中的應(yīng)用。

介紹了一種基于zigbee技術(shù)的無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),以cc2430單片機(jī)和數(shù)字式溫濕度傳感器sht10設(shè)計(jì)出了溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),以at91r4008微控制器、ax88796以太網(wǎng)控制器芯片和cc2430無線單片機(jī)設(shè)計(jì)出了zigbee網(wǎng)關(guān)。溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)通過射頻收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到zigbee網(wǎng)關(guān)。zigbee網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測(cè)中心主機(jī)。文章討論和提出了無線傳感器節(jié)點(diǎn)的低功耗設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)通信的可靠性方法。該系統(tǒng)穩(wěn)定性好,通信效率高,可廣泛應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)。

近年來,因雷擊引起的電網(wǎng)故障發(fā)生率較高,各類防雷裝置受成本和保護(hù)范圍的限制,不可能在線路全線使用。研究了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)雷擊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng),根據(jù)線路的具體情況布置無線傳感器節(jié)點(diǎn),實(shí)時(shí)采集前端避雷器狀態(tài)數(shù)據(jù)、雷擊時(shí)的各種實(shí)時(shí)雷電參數(shù),通過傳感器網(wǎng)絡(luò)多跳傳送至主控監(jiān)測(cè)中心,使后方人員能實(shí)時(shí)了解電網(wǎng)防雷設(shè)備的運(yùn)行狀況,及時(shí)分析雷擊的形式和故障地點(diǎn),為準(zhǔn)確判斷輸電線路雷害成因提供證據(jù)。