一.名詞釋義
無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network, WSN)就是由部署在監(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的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng),其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息,并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網(wǎng)絡的三個要素。作為無線自組雙向通信網(wǎng)絡,傳感器網(wǎng)絡能以最大的靈活性自動完成不規(guī)則分布的各種傳感器與控制節(jié)點的組網(wǎng)。
WSN技術作為無線測量技術的一個重要分支,正越來越多地受到廣大應用工程師的青睞和關注,不僅在工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等領域,而且在軍工、航空航天正被廣泛地應用。WSN引領下的無線測量技術的前景是無限的,其應用領域已經(jīng)延伸到軍事、航空、反恐、防爆、救災、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等多種領域,有些領域已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略的高度。
二.方案介紹
一個完整的無線測量網(wǎng)絡無非有三部份組成:傳感器部分(WSN),數(shù)據(jù)處理部分,數(shù)據(jù)應用部分。見圖1所示。
傳感器部分就是WSN---無線傳感器,可以根據(jù)現(xiàn)場需求進行選擇使用;而數(shù)據(jù)應用部分實際上就是軟件系統(tǒng),可根據(jù)應用的需要進行分類設計;核心的部分是數(shù)據(jù)處理單元,可根據(jù)應用需要選擇單片機或ARM系統(tǒng)。
無線測量系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)也是很重要的,對WSN部分,肯定由電池供電,而對數(shù)據(jù)應用部分,只需要一臺能夠上網(wǎng)的計算機,而數(shù)據(jù)處理部分可根據(jù)實際需要采用不同的供電系統(tǒng)。
從上圖中我們可以看到,無線測量系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是三個部分互相沒有硬聯(lián)接,換句話說它們之間除了數(shù)據(jù)交換之外,沒有任何物理的關系,從而有效避免了相互間的復雜干擾和資源分配,我想,這才是無線測量技術獲得大力發(fā)展的關鍵所在。
三.關鍵技術
毫無疑問,無線測量系統(tǒng)中最關鍵的部分就是數(shù)據(jù)處理單元,而最最關建的當然就是兩個無線通訊模塊了,一個是短距離通訊模塊,一個是遠程通訊模塊。有關遠程通訊模塊的文章和產(chǎn)品很多,在這兒就不敘述了,產(chǎn)品也有很多,國外的有SIMENS、SIMCOM、WAVECOM等,國內(nèi)的有華為、中興、有方等等,客戶可以根據(jù)需要選擇性價比良好的產(chǎn)品。這里主要介紹一下由我公司鼎立設計的短距離通訊模塊---WT3224。
WT3224模塊是由北京沃英泰科電子信息技術有限公司設計的,主控芯片采用TI的CC1110方案,SMD結構設計,為了適應WSN網(wǎng)絡的需要,模塊內(nèi)部集成了射頻功放電路,最大射頻傳輸距離可以達到20dB,可以根據(jù)需要進行選擇使用。 WT3224有兩種工作模式,一是獨立工作模式,獨立工作模式下模塊自主工作,實現(xiàn)真正的WSN功能;另一種是聯(lián)機工作模式,可以作為主控單片機的標準串口設備使用,從而實現(xiàn)主控計算機到WSN的無線連接。
四.具體應用
根據(jù)無線測量的完整方案,我們已經(jīng)成功地將上述方案應用到兩個系統(tǒng)中,它們分別是輸電線路綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)和道路交通信息在線監(jiān)測系統(tǒng)。
輸電線路綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)電力系統(tǒng)輸電線路運行中的各種狀態(tài)參數(shù),如輸電導線的各種狀態(tài),包括導線振動狀況、導線溫度狀況,如果采用傳統(tǒng)的有線測量技術肯定是不行的,因為不可能在具有高電壓、高惡劣環(huán)境、高干擾的輸電線路去布線走模擬數(shù)據(jù)通道,所以使用WSN網(wǎng)絡可以很容易地實現(xiàn),只需要把完全獨立的WSN傳感器掛在需要測量的輸電導線上,然后把數(shù)字化的數(shù)據(jù)發(fā)給數(shù)據(jù)集中器,再通過遠程傳輸功能把數(shù)據(jù)送到監(jiān)控中心,這樣就可以坐在辦公室的計算機前實施線路監(jiān)控了。
WSN無線測量的另一個實際應用是道路交通信息在線監(jiān)測系統(tǒng),如何實現(xiàn)對道路交通信息的監(jiān)測,既簡單又方便地監(jiān)測各條道路的實際交通狀態(tài)以及相互之間的關聯(lián)一直是交通部門十分關心的,如道路車流量、車速、車型狀態(tài),道路環(huán)境信息和車流量車速的關聯(lián)情況等等,傳統(tǒng)的辦法常常是開挖馬路、布線,不僅非常復雜而且破壞馬路的原始狀態(tài),而現(xiàn)在使用了WSN網(wǎng)絡,使得設計非常簡單,只需要在你需要進行監(jiān)測的地方挖個小孔放置WSN傳感器就可以了。
五.結束語
WSN和無線測量技術的應用是廣泛的,它正顛覆了傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)結構,希望本文起動一個拋磚引玉的作用,為WSN技術在中國的蓬勃發(fā)展貢獻自己的力量。