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無(wú)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?div id="m50uktp" class="box-center"> 、長(zhǎng)距離布線等因素的存在而難以有效部署 。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其低功耗、自組織路由 、無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)案例 ，該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)案例，該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)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，城市居民人口眾多，要求土地必須保持較高的利用率，因此大量建筑和道路都位于山區(qū)附近。該地區(qū)降雨量常年偏高，尤其在每年夏季的梅雨季節(jié)，會(huì)出現(xiàn)大量的降水。不穩(wěn)定的山地地貌在受到雨水侵蝕后，容易發(fā)生山體滑坡，對(duì)居民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大的威脅。 當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門嘗試部署過(guò)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、電源供給等都受到限制，使得有線系統(tǒng)部署起來(lái)非常困難。此外有線方式往往采用就近部署Datalogger的方式采集數(shù)據(jù)，需要專人定時(shí)前往監(jiān)測(cè)點(diǎn)下載數(shù)據(jù)，系統(tǒng)得不到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，靈活性較差。 對(duì)此，在與地理監(jiān)測(cè)專家進(jìn)行多次交流，并進(jìn)行數(shù)次實(shí)地考察后，Crossbow公司提出了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的山體滑坡監(jiān)測(cè)全套無(wú)線解決方案 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 通過(guò)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲取到各個(gè)傾角傳感器的數(shù)據(jù)后，通過(guò)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(guò)Xmesh無(wú)線多跳自組的網(wǎng)絡(luò)傳輸給基站，或通過(guò)中繼Mote傳輸給基站。Mote是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本節(jié)點(diǎn)，由處理器和RF芯片組成，它的體積較小，所以稱之為“塵埃（Mote）”。基站則是用來(lái)溝通無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與已有的IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。 基站將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行姆?wù)器，通過(guò)Xserver中間件解析后，用戶可以通過(guò)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) 在實(shí)際部署時(shí) 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） 系統(tǒng)支持雙向數(shù)據(jù)傳輸，所有數(shù)據(jù)匯集到基站，連接至上層IT系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，方便管理和查詢。 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(wú)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(guò)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(guò)外接電池組模擬理想電壓源，再使用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)124 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 基站 基站由一個(gè)Stargate網(wǎng)關(guān)和一個(gè)Mote組成。Stargate網(wǎng)關(guān)包含Intel PXA255主處理器 |
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