采用LabVIEW和NI無線傳感器網絡監(jiān)測一座12世紀的名勝古跡

The Challenge:

通過監(jiān)測環(huán)境因素來保護歷史遺跡又而不影響遺跡原貌的。

The Solution:

使用LabVIEW， NI無線傳感器網絡(WSN)以及NI WLS-9163接口為Santa María de Mave教堂開發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)。

"通過使用LabVIEW 和 NI WSN技術，團隊很容易地為一座12世紀的古跡開發(fā)了監(jiān)測系統(tǒng)。LabVIEW和NI WSN技術所體現(xiàn)出來的優(yōu)勢在于可以在不同地點將多種傳感器方便靈活的組成網絡。"

西班牙，阿吉拉爾場（Aguilar de Campo）的Santa María la Real基金，為Santa María de Mave教堂及其修道院開展了一項修復工程，這座教堂可以追溯到12世紀。項目由Castile 和 León地方政府通過Románico Norte計劃提供資金，來支持Santa María la Real基金和遺產監(jiān)測系統(tǒng)計劃(MHS)。本地行動小組País Románico也通過環(huán)境農業(yè)漁業(yè)部的開發(fā)計劃為Santa María la Real基金和遺產監(jiān)測系統(tǒng)計劃籌措資金。

在這座具有歷史意義的教堂改造完成后，基金會意識到遺跡需要連續(xù)監(jiān)測從而保護教堂不受環(huán)境衰退的侵害。因此，小組開發(fā)了一套實驗性的方案用于監(jiān)測教堂的環(huán)境參數，包括如下幾方面：

* 教堂中殿內部17個位置的空氣溫度以及相對濕度

* 教堂外部的空氣溫度和相對濕度

* 一套位于教堂上部的微型氣象站的數據采集系統(tǒng)

* 結構振動的測量

教堂的保護團隊決定將這些測量數據存儲于一臺位于教堂內部的中央計算機，數據將被傳送到遠程站點用以觀察和管理。另外，還需要安裝一個紅外入口探測器、一個火警探測器以及一個用于遙控外部設備的裝置。

團隊選擇 LabVIEW來管理整個系統(tǒng)以及同時執(zhí)行多個進程。他們同時選擇了NI WSN技術用于測量溫度和濕度參，以及入口探測器，火警探測器和制動器。此外團隊使用NI WLS-9163 Wi-Fi模塊結合三軸加速計來測量結構振動。

團隊最大的挑戰(zhàn)來自于線路的安裝與傳感器的隱藏，要在不妨礙遺跡外觀的同時保持良好的無線電信號，由于遺跡石墻和柱子的存在，這是很困難的。圖1描述了教堂中殿的傳感器網絡的大概位置。

Figure 1: 節(jié)點貢獻計劃

團隊在與中殿相連的小房間內安裝了兩個NI WSN-9791網關，基于美觀的考慮，將他們從人群的視野當中巧妙的隱藏了。然而，隱蔽的節(jié)點與中央計算機之間無線信號質量就變差了。為解決這一問題，團隊放置了高增益的外部天線(9 dB)并為兩個網關使用了1.5米的延長線，將天線的放置靠近木門的內框上，如圖2所示。

團隊使用了低功耗和易于連接的NI WSN-3202 模擬輸入節(jié)點，以及型號為為HMP50的溫度與濕度計。這一裝置每10秒鐘讀取一次溫度和濕度度值，計算每分鐘內的平均值，并將其傳給網關。只有在檢測到變化的時候，數字輸入（通道0和1）才會發(fā)送數據。只有當網關發(fā)送指令時數字輸出才會被激活，然后連接到特定位置的固態(tài)繼電器上。

起初，遺跡保護團隊安裝WSN-3202節(jié)點時沒有使用保護性外殼，如圖3所示。后來，團隊安裝節(jié)點時使用了可以著色容易隱藏的防水外殼。這樣可以選擇無線信號更好的位置。

團隊使用LabVIEW管理測量系統(tǒng)，開發(fā)了一套基于多線程的應用程序，可以同時執(zhí)行若干進程。這些進程包括如下任務：

Figure 2: 測量節(jié)點

后來，小組把節(jié)點裝置放在防水的地方，那里更易于上色和隱藏。這使得這個位置成為信號接收的較佳位置。

團隊使用LabVIEW管理測量系統(tǒng)，開發(fā)了一套基于多線程的應用程序，可以同時執(zhí)行若干進程。這些進程包括如下任務：

* 測量來自傳感器網絡和氣象站的數據

* 讀取來自加速計的數據

* 使用互聯(lián)網將數據傳送給遠方的數據庫

* 管理用戶界面