MD-600G的Internet無線傳感器網(wǎng)絡設計

引言
    隨著微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanism System，MEMS)、片上系統(tǒng)(System on Chip，SoC)、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks，WSN)也以其低功耗、低成本、分布式和自組織等特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網(wǎng)絡由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡可連接眾多類型的傳感器，可探測包括地震波、電磁場、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小和速度等?；贛EMS的微傳感技術和無線互聯(lián)網(wǎng)技術為無線傳感器網(wǎng)絡賦予了廣闊的應用前景，在航空、反恐、防爆、救災、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領域有廣泛的應用。本文以無線溫度傳感器節(jié)點和無線數(shù)據(jù)終端MD-600G為例，介紹了基于MD-600G的Internet無線傳感器網(wǎng)絡的設計，并給出了對溫度數(shù)據(jù)的可視化處理等操作的實現(xiàn)。

1 基于Internet的無線傳感器網(wǎng)原理
1．1 MD-600G簡介
    智能無線數(shù)據(jù)終端MD-600G可以用于數(shù)據(jù)中心和被監(jiān)控設備間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程透明傳輸。MD-600G的內(nèi)部結構如圖1所示，它有如下特點：
    ①基于ARM平臺、8 MB數(shù)據(jù)緩存，內(nèi)置Siemens MC35i GPRS無線模塊；
    ②嵌入式Linux系統(tǒng)，包含TCP／IP協(xié)議棧以及ETCPTM協(xié)議，保證傳輸數(shù)據(jù)不丟失；
    ③提供獨立RS232配置串口及標準RS232／485數(shù)據(jù)接口；
    ④符合電工電子產(chǎn)品低溫GB／T2423．1、高溫GB／T2423．2的要求，適于在氣候條件惡劣的地區(qū)及戶外使用；
    ⑤可以快速連接RTU、PLC、工控機等設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸，廣泛應用于電力抄表、配電自動化、路燈監(jiān)控、道路交通等行業(yè)。

1．2 無線傳感器網(wǎng)絡
    由MD-600G組成的基于Internet無線傳感器網(wǎng)絡原理圖如圖2所示。

     圖2中的用戶設備是自行開發(fā)的溫度傳感器節(jié)點。傳感器節(jié)點采樣的數(shù)據(jù)通過RS232／485接口傳送到智能無線數(shù)據(jù)終端MD-600G，MD-600G對接收到的數(shù)據(jù)通過GPRS與Internet連接并進行無線數(shù)據(jù)透明傳送，服務器mSever端通過Internet網(wǎng)將接收到的數(shù)據(jù)生成實時數(shù)據(jù)庫，同時將這些實時數(shù)據(jù)以WEB頁的形式動態(tài)顯示和跟蹤。
1．3 溫度傳感器節(jié)點
    溫度傳感器節(jié)點模塊主要由溫度傳感器DSl8B20組成，并將其輸出的溫度數(shù)據(jù)送往單片機，然后單片機將這些數(shù)據(jù)進行相關處理，最后再送往后續(xù)的通信設備，并將溫度數(shù)據(jù)進行數(shù)碼管或液晶屏顯示。這里采用了實時時鐘電路DSl302來實現(xiàn)該系統(tǒng)的實時性。

2 軟件設計
    基于MD-600G和Internet的無線傳感器網(wǎng)的軟件包括溫度傳感器節(jié)點的軟件設計、MD-600G與溫度傳感器節(jié)點的串口軟件設計、服務器mSever端與Internet網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信軟件及mSever端溫度數(shù)據(jù)可視化程序的設計等。
2．1 mSever端溫度數(shù)據(jù)可視化程序設計
    利用Visual C++強大的編譯器以及網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫的處理能力，開發(fā)出基于Windows平臺的32位數(shù)據(jù)可視化應用程序。圖3是mSever端溫度數(shù)據(jù)可視化程序設計的原理圖。

    以下為可視化界面模塊源碼：


    圖4是用Visual C++開發(fā)的mSever端溫度數(shù)據(jù)可視化顯示的界面，圖中顯示的是1個節(jié)點的溫度變化實時曲線。

2．2 mSever端Web訪問程序設計
    為了實現(xiàn)多個客戶端可以同時訪問數(shù)據(jù)中心服務器，規(guī)定客戶端在打開服務器的Web頁面時，首先提交客戶端的IP地址，然后服務器端把客戶端的IP地址收錄入庫，再將接收到的溫度數(shù)據(jù)轉發(fā)給指定的客戶端。因此，當有多個客戶端同時訪問數(shù)據(jù)中心服務器時，服務器端只需要將各個客戶端的IP地址收錄入庫，最后再循環(huán)不斷地往各個客戶端轉發(fā)溫度數(shù)據(jù)即可。
    當客戶端斷開與服務器端的連接時，將向服務器提交斷開請求，從服務器端的IP地址庫中釋放掉該客戶端的IP地址，從而實現(xiàn)了服務器端IP地址庫的動態(tài)更新。
2．3 節(jié)點溫度采集軟件設計
    以下為溫度傳感器節(jié)點的溫度采集部分代碼：



結語
    經(jīng)過實際運行和測試證明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)誤差達到了規(guī)定的要求。本系統(tǒng)雖然是以無線溫度傳感器節(jié)點為例，但同樣也適合其他各種類型的無線傳感器節(jié)點，因此可以推廣到無線傳感器網(wǎng)絡的其他應用領域或行業(yè)，如電力抄表、配電自動化、路燈監(jiān)控、道路交通等。