温湿度检测的无线传感器网络
温湿度检测的无线传感器网络
马祖长1,2,孙怡宁1
(1.中国科学院合肥智能机械研究所,安徽合肥230031;2.中国科学技术大学精密仪器系,安徽合肥230026)
摘 要:介绍了用于温湿度检测的无线传感器网络的设计,讨论了传感器节点的温湿度测量原理、电源特征和通信模式。该系统稳定性好,通信效率高,可广泛应用于环境检测。关键词:无线传感器网络;温湿度检测;节点
中图分类号:T P212.11 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2003)12-0057-03
Wireless sensor network for monitoring temperature and humidity
MA Zu -chang 1,2,SUN Y-i ning 1
(1.Institute of Intelligent Machines,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China;
2.Dept of Precision Mach and Instr,University of Science and Technology of China,Hef ei 230026,China)Abstract :Desig n of a wir eless sensor network for monitoring temperatur e and humidity is introduced.P rinciple of temperature and humidity measure,pow er character istics and communication model of senso r nodes are dis -cussed.T his is a stable and efficient system.It can be w idely used in environment monitoring.Key words :wir eless sensor network;temperatur e and humidity monitoring;node
0 引 言
货运码头集装箱临时堆放、流动性强,不便于采用有线方式检测,针对这一特点,设计了应用于温湿度检测的无线传感器网络。在需要检测的集装箱内放置传感器节点,由监控中心对网络采集的数据统一管理和分析。该系统不需要任何固定网络的支持,具有快速展开、稳定可靠、可维护性好等特点。1 系统概述
整个网络由若干无线传感器节点和监控主机组成,其中无线传感器节点分布于需要检测的集装箱内,执行数据采集、预处理和传输等工作;监控主机放置在调度室,通过无线链路与传感器节点通信。系统逻辑结构如图1
所示。
图1 系统逻辑结构图
Fig 1 Logical structure diagram of sys tem
收稿日期:2003-07-09
2 节点硬件设计
传感器节点是网络的基本单元,它负责传感和信息预处理,响应监控主机的指令发送数据。节点由下列部件组成:内部带8K Flash 程序存储器的微处理器;内部带EEPROM 的看门狗器件;低功耗射频收发器;温度传感器;湿度传感器和电源管理电路等。
2.1 微处理器及看门狗器件
微处理器采用低功耗单片机90LS8535[1],该单片机内部集成了8通道的模数转换器,PA0-PA7作为模拟量输入通道。它有3个睡眠模式:(1)空转模式:停止CPU 的工作,但是SRAM 、定时器/计数器和中断系统保持工作;(2)断电模式:除了内部看门狗和唤醒所必须的串口中断逻辑外,其它所有的电源都切断;(3)节能模式:与断电模式相似,但只有串口中断逻辑工作。合理利用这几种模式,可以获
得理想的节能效果。
硬件看门狗器件采用X5045,它集多种功能于
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2003年第22卷第12期 传感器技术(Journal of T ransducer T echnology)
一身。上电复位控制,开机后提供200ms 的复位脉冲,让微处理器正常复位;可选时间的看门狗定时器,有四种定时时间可以选择;降压检测,电压低于设定的水平,就提供复位脉冲,并一直维持到电压正常或低于1V,以防止在电压不足情况下微处理器误动作;具有保护功能的512字节的EEPROM ,在断电情况下保存数据。2.2 射频模块
射频模块是节点中重要的组成部分,采用收发合一的射频收发模块TR100,载波频率为433MHz 。该无线模块配合天线,有效通信距离为500~600m 。射频模块采用幅度键控(ASK)调制,抗干扰能力强,适合于工业控制场合。工作电压为5V,最高调制速率可达40kbps,这对于以短信息为主的无线传感器网络来说是足够的。
使用射频模块时,有两个问题需要注意:第一个是当发送完成后,一定要将发送使能引脚和发送数据引脚置为低电平。否则一方面会消耗电能,另一方面射频模块将一直发送一个单频载波信号,干扰周围节点的工作;第二个是无线发送模块从待机状态转变为发送状态,之间有大约100ms 的延时。在此期间,输入发送模块的数据不能被正确发送,所以在准备发送之前,应提前将发送使能置为高电平。
2.3 温度测量电路
温度测量电路如图2
所示。
图2 温度测量电路
Fig 2 Temperature measuring circuit
采用单片数字温度传感器DS1621
[2]
,芯片内部集成了温度传感器和模数转换器。测量范围为-55~125e ,分辨力0.5e ,准确度?0.5e 。通过读取内部的计数值和用于温度补偿的每摄氏度计数值,利用公式计算还可提高温度值的准确度。
DS1621无需外围元件即可测量温度,将结果以9位
数字量(两字节传输)给出。第一字节为8位二进制温度值的二进制补码,其中最高位为符号位。第二字节最高位为准确度位(0为0e ,1为0.5e ),其余位不用。
DS1621可作为恒温控制器独立工作,也可在单片机控制下完成温度的测量和计算。其工作方式由控制/状态寄存器决定,本设计采用后一种工作模式。当没有访问时,功耗电流小于1L A 。2.4 湿度测量电路
湿度测量电路如图3所示。
图3 湿度测量电路Fig 3 Hu midity measu ring circuit
采用集成湿度传感器IH 3605
[3]
,在集成电路内
部完成了信号调理,输出为模拟电压信号。测量湿度的范围为0~100%RH ,在25e 下,准确度为?2%RH,线性度为?0.5%RH 。
IH3605的输出电压是供电电压、湿度及环境温度的函数。在实际应用中,首先根据下述计算公式计算出25e 温度条件下相对湿度值为
V OU T =V DC (0.0062H 0+0.16),
式中 V OUT 为电压输出值,V ;V DC 为供电电压值,V ;H 0为25e 时的相对湿度值,%RH 。进行温度补偿,计算出当前温度下的实际相对湿度值为:
H =H 0/(1.0546-0.00216t ),
式中 H 为实际的相对湿度值,%RH ;t 为当前的温度值,e 。
IH3605的输出电压较高且线性较好,不需要再进行信号放大及信号调整。90LS8535内部集成了
10位模数转换器,可以将IH3605的输出信号直接连接到PA 口,完成模拟量到数字量的转换。3 节能问题
节点采用容量为900mW #h 的锂电池供电,由于电池的能量有限,使用一段时间之后电源耗尽,节点就无法执行操作。所以在进行设计的时候,节能
58 传感器技术 第22卷
是需要优先考虑的问题。
节能设计的基本原则是:单片机以最快的速度执行任务,一旦有可能就进入节能模式。在节能模式中,通过电源管理电路,将除单片机、射频模块和硬件看门狗以外器件的供电切断。这时只有硬件看门狗、单片机的串口中断逻辑和射频模块消耗电能,最大限度节约电能。
节点启动后,执行完必须的任务,包括通过拨码开关获得本机地址,初始化等等,就进入节能模式。进入节能模式后,如果监控中心需要访问该节点,通过射频模块唤醒该节点的单片机。
4节点通信模式
网络中每个节点都有一个固定的地址(由拨码开关设定)。其中与计算机连接的无线接口模块作为主站,传感器节点作为从站,可以被主站寻址。传感器节点开机后进入待机状态,当收到主站的寻址请求时触发中断,将自己的信息发送出去。数据发送完毕,又进入待机状态。整个网络时序由主站统一控制,保证了不会出现访问冲突。
为避免在信息包中传送引导字节和同步标志,便于节点接收属于自己的信息,采用了多机串行通信[4]。在这种通信模式下,SM2(SCON.5)扮演了很重要的角色。当一个单片机的SM2为1时,只有接收到地址帧(串行帧的第九位为1)才引起串行接收中断,对数据帧不予理睬。当SM2为0时,接收数据帧。通过编程使得只有在接收到属于自己的地址帧后,才接收随后的数据,这样的处理大大简化了程序的设计。
在程序设计中,采用串行中断加有限状态图(FSA)的方法来完成数据的接受和发送。在主程序中首先将状态设置为初始状态,根据接收数据的情况,状态转化为地址状态、长度状态、数据状态、校验状态,校验完毕回到初始状态,开始新的接收。
5试验结果
研制的无线传感器网络主要应用于不便于有线方式采集数据的场合,例如货运码头集装箱的温湿度检测。集装箱数量众多、临时放置,只需要在每个集装箱内放置一个传感器节点,就可以快速形成网络,实现集中检测和管理。
下面以运送谷物的散装集装箱为例,给出实际应用中的检测结果。在集装箱内部放置水银温度计,水银温度计刻度为0.1e,读数可到0.05e;放置湿度传感器,准确度为2%RH。将测量的标准值与监控主机采集的测量值相比较,结果如表1所示。
表1试验数据一览表
T ab1Exp erimentation data schedule
温度(e)
标准值测量值
湿度(%RH)
标准值测量值
1010.25050.3
1212.15454.2
1414.15858.0
1616.06262.1
1818.26666.3
2020.27070.1
2222.17474.3从测量数据可以看出,测量误差较小,满足使用要求。测量值与实际值之间的误差主要由于传感器本身存在误差,网络传输过程中几乎不会引入误差。6结束语
所设计的温湿度传感器采用专用集成电路,电路结构简单,工作稳定可靠。整个网络采用主从站结构,由主站统一控制网络内通信时序。节点以低功耗单片机90LS8535为核心,利用单片机的节能特性和电源管理电路,延长节点的使用寿命。在软件方面,采用串口中断结合有限状态图的方法接收和发送数据,通信简单可靠。
参考文献:
[1]Atmel Corporation.90LS8535Datasheet[DB/OL].http://w ww.
atmel.c om/dny.2003-03-14.
[2]Dallas Sem i conductor In c.Digital Thermometer and Thermostat
DS1621Datasheet[DB/OL].http://w https://www.sodocs.net/doc/bd6645179.html,.,
2002-02-23.
[3]Honeywell Corporation.Humi dity Sens ors HIH3605Seri es Datasheet
[DB/OL].http://w https://www.sodocs.net/doc/bd6645179.html,/s ensi ng.,2000-12-01. [4]孙育才.M CS-51系列单片微型机及其应用[M].南京:东南大
学出版社,1997.124-139.
作者简介:
马祖长(1975-),男,安徽庐江人,助理研究员,硕士,中国科学技术大学精密仪器系博士研究生,主要从事无线通信网络和智能传感器系统研究。
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第12期马祖长等:温湿度检测的无线传感器网络
温湿度传感器介绍
DWTHI100-S02 无线多功能综合传感器 一、产品介绍 1.1产品概述 ●本产品可以实时、准确的测量环境温度、环境相对湿度和照度，它能使用户对现 场环境实现远程的数据采集和监测，大大减少人工工作量，突出便利性、准确性和实时性。 ●本产品具有体积小、使用寿命长、无线信号传输距离远、环境适应性好、测量 精度高、安装便捷、防水等特点，是一款高性价比的产品。 ●本产品可广泛应用于仓储管理、生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活等 领域。 1.2 产品外观 1.3技术参数 1. 温度测量范围：－40℃～＋125℃； 2. 温度测量精度：±0.3℃±2.5%（rdg-25℃）； 3. 绝对湿度测量范围：1%RH～100%RH； 4. 绝对湿度测量精度： ＜10%RH：±1.8%RH±20%（rdg－20%RH）； 10%RH～90%RH：±1.8%RH
＞90%RH：±1.8%RH±20%（rdg－90%RH）； 5. 工作环境温度：－20℃～＋80℃； 6. 信号调制方式：GFSK； 7. 工作频率：2.45GHz； 8. 无线通讯距离：＞300米（2.45GHz、开阔地）； 9. 测量周期：30s（3.6V、典型值）； 10.平均功耗：＜7μA（3.6V）； 11.电池寿命：≥6年； 12.外壳材料：增强型耐高温ASA树脂； 13.外形尺寸：45 mm×24 mm×18.5mm； 14.重量：25g（含天线）； 15.防护等级：IP34； 16.安装方式：螺丝固定或无痕泡棉双面胶粘贴。 1.4应用场所 1、机房、厂房、仓库、无菌室； 2、温室大棚、智能大棚； 3、图书馆、档案馆、文物馆； 4、生物制药； 5、食品加工、储存场所； 6、医卫场所； 7、气象站； 8、智能楼宇； 9、其它需要监测温、湿、照度的场所。 1.5产品尺寸
基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现
南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101
南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动
Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers
无线传感器网络的安全性研究
无线传感器网络的安全性研究 0 引言 无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是一种自组织网络，由大量具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的节点协同组织构成。WSN在军事、环境、工控和交通等方面有着广阔的应用前景。由于大多数用户对WSN的安全性有较高要求，而WSN有着与传统的Ad hoc网络不同的特点，大多数传统的安全机制和安全协议难以直接应用于WSN，因此有必要设计适合WSN的安全性方案。 无线传感器网络与传统的ad hoc网络相比有如下独有的特点[1]： （1）传感器节点数量巨大，网络规模庞大； （2）节点密集分布在目标区域； （3）节点的能量、存储空间及计算能力受限，容易失效； （4）动态的网络拓扑结构； （5）通常节点不具有统一的身份（ID）。 1 WSN的安全性问题 WSN中，最小的资源消耗和最大的安全性能之间的矛盾，是传感器网络安全性的首要问题。通常两者之间的平衡需要考虑到有限的能量、有限的存储空间、有限的计算能力、有限的通信带宽和通信距离这五个方面的问题。 WSN在空间上的开放性，使得攻击者可以很容易地窃听、拦截、篡改、重播数据包。网络中的节点能量有限，使得WSN易受到资源消耗型攻击。而且由于节点部署区域的特殊性，攻击者可能捕获节点并对节点本身进行破坏或破解。 另外，WSN是以数据通信为中心的，将相邻节点采集到的相同或相近的数据发送至基站前要进行数据融合，中间节点要能访问数据包的内容，因此不适合使用传统端到端的安全机制。通常采用链路层的安全机制来满足WSN的要求。 2 常见的攻击和解决方案 在WSN协议栈的不同层次上，会受到不同的攻击，需要不同的防御措施和安全机制。 2．1 物理层 物理层完成频率选择、载波生成、信号检测和数据加密的功能。所受到的攻击通常有： 1）拥塞攻击：攻击节点在WSN的工作频段上不断的发送无用信号，可以使在攻击节点通信半径内的节点不能正常工作。如这种攻击节点达到一定的密度，整个网络将面临瘫痪。 拥塞攻击对单频点无线通信网络影响很大，采用扩频和跳频的方法可很好地解决它。 2）物理破坏：WSN节点分布在一个很大的区域内，很难保证每个节点都是物理安全的。攻击者可能俘获一些节点，对它进行物理上的分析和修改，并利用它干扰网络的正常功能。甚至可以通过分析其内部敏感信息和上层协议机制，破坏网络的安全性。 对抗物理破坏可在节点设计时采用抗窜改硬件，同时增加物理损害感知机制。另外，可对敏感信息采用轻量级的对称加密算法进行加密存储。 2．2 MAC层 MAC层为相邻节点提供可靠的通信通道。MAC协议分3类：确定性分配、竞争占用和随机访问。其中随机访问模式比较适合无线传感网络的节能要求。 随机访问模式中，节点通过载波监听的方式来确定自身是否能访问信道，因此易遭到拒绝服务攻击(Distributed Denial of Service，DOS)[2]。一旦信道发生冲突，节点使用二进指数倒退算法确定重发数据的时机。攻击者只需产生一个字节的冲突就可以破坏整个数据包的发送，这时接收者回送数据冲突的应答ACK，发送节点则倒退并重新选择发送时机。如此这般反复冲突，节点不断倒退，导致信道阻塞，且很快耗尽节点有限的能量。
无线传感器网络的特点
无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。 传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传
感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，
从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。
无线温湿度传感器方案 V2
无线温度传感器方案 V2.0.20121102
1、设计指标 ◆工作及其测试温度：-25℃ ~ 70℃ ◆温度测试分辨率：0.1℃ ◆温度测试精度：±2℃，可校准 ◆温度传感器：热敏电阻，可制定外接18B20\LM34应用 ◆工作电压：2V~3.6V，最好使用一节3.6V锂电池 ◆终端功耗：视数据量决定，待机电流<10uA，发送电流（17dbm） ≤70mA，接收电流≤13.5mA ◆可制定采集速度，一个路由器可挂载最多255个终端 ◆同个网络可有最大255个路由器 ◆终端及其路由器发送功率0~17dbm可调，开阔地最远发送距离1km ◆拓扑结构：终端采用星型，路由器采用树型 ◆终端汇集数据到路由器，终端采用节能间歇工作方式 ◆路由器之间接力传输数据，需要永久供电 ◆网络接入点为主机，主机与路由器连接获得数据通过串口与PC通信 2、网络结构 终端以星型的拓扑结构与路由器相连接， 3、网络的架设和配置
终端、路由器和主机的配置都是通过模块上的串口进行配置，模块串口使用TTL电平，配置时需要一根RS232转TTL的串口转换器，也可使用直接USB转串口TTL输出的数据线。连接上模块后，打开无线温湿度传感器配置软件打开串口即可进行配置。 3.1 终端的配置 如图3.1.1所示的终端配置界面中，发送功率可在-12dBm到 17.5dBm之间调整，调整合适的数值可获得不同的传输距离和功耗。空中 速率可决定传输数据的时间，对于低功耗设备，在满足距离的情况下越高越合适，可以极大的减少平均功耗，空中速率可在2~250Kbps之间调整，整个网络中速率必须相同。发送间隔为温度数据采集并传输的时间，以秒为单位，需要根据网络复杂度调节。本机地址是指在当前同个路由器下星型网络中终端的地址，同一个网络中，节点地址必须唯一。在不同的路由器星型网络中，节点地址可重复使用。路由地址是指当前终端所需要挂载到的路由器地址，请参考图2.1所示的网络示意图。 温度的校准需要根据环境温度来实现校准，例如当前采集到的温度与实际不符，那么在温度校准编辑框中输入当前实际的温度，然后点击开始校
(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统
基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统 摘要 根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统，以实现方案的安全参数的需要；对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术，虽然近年来在无线传感器网络中，已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康，许多重要的问题，包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术，例如拥塞控制进行了讨论。 关键词：桥梁安全监测；无线传感器网络的总体结构；关键技术 1 阻断 随着交通运输业的不断发展，桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律，而特设的桥梁检测的工作情况，起到一定作用，但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性，这是由于主观和客观因素，一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测，预报和评估桥梁的安全局势，目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。 桥梁安全监测系统的设计方案，即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试，分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性，以及问题的发现并及时维修，从而确保了桥的安全和长期耐久性。 近年来，桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用，它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段，已成为这一领域中科学和技术研究的重点。 无线传感器网络技术，在桥梁的安全监测系统方案的实现上，具有一定的参考价值。 无线传感器网络（WSN）是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点，通过自组织无线通信，信息的相互传输，对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合，通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业，环境监测，健康，智能交通，安全，以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。 一个典型的无线传感器网络，通常包括传感器节点，网关和服务器，如图1
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无线传感器网络的应用与影响因素分析 摘要：无线传感器网络在信息传输、采集、处理方面的能力非常强。最初，由于军事方面的需要，无线传感网络不断发展，传感器网络技术不断进步，其应用的X围也日益广泛，已从军事防御领域扩展以及普及到社会生活的各个方面。本文全面描述了无线传感器网络的发展过程、研究领域的现状和影响传感器应用的若干因素。关键词：无线传感器网络；传感器节点；限制因素applications of wireless sensor networks and influencing factors analysis liu peng (college of puter science,yangtze university,jingzhou434023,china) abstract:wireless sensor networks in the transmission of informa- tion,collecting,processing capacity is very strong.initially,due to the needs of the military aspects of wireless sensor networks,the continuous development of sensor network technology continues to progress its increasingly wide range of applications,from military defense field to expand and spread to various aspects of social life.a prehensive description of the development process of the wireless sensor network,the status of the research areas and a number of factors affecting the application of the sensor. keywords:wireless sensor networks;sensor nodes;limiting factor 一、无线传感器网络的技术起源以及特点
温度传感器报告
温度传感器是指能感受温度并能转换成可用输出信号的传感器。温度是和人类生活环境有着密切关系的一个物理量，是工业过程三大参量（流量、压力、温度）之一，也是国际单位制（SI）中七个基本物理量之一。温度测量是一个经典而又古老的话题，很久以来，这方面己有多种测温元件和传感器得到普及，但是直到今天，为了适应各工业部门、科学研究、医疗、家用电器等方面的广泛要求，仍在不断研发新型测温元件和传感器、新的测温方法、新的测温材料、新的市场应用。要准确地测量温度也非易事，如测温元件选择不当、测量方法不宜，均不能得到满意结果。 据有关部门统计，2009年我国传感器的销售额为327亿元人民币，其中温度传感器占整个传感器市场的14％，主要应用于通信电子产品、家用电器、楼宇自动化、医疗设备、仪器仪表、汽车电子等领域。 温度传感器的特点 作为一个理想的温度传感器，应该具备以下要求：测量围广、精度高、可靠性好、时漂小、重量轻、响应快、价格低、能批量生产等。但同时满足上述条件的温度传感器是不存在的，应根据应用现场灵活使用各种温度传感器。这是因为不同的温度传感器具有不同的特点。 ● 不同的温度传感器测量围和特点是不同的。 几种重要类型的温度传感器的温度测量围和特点，如表1所示。 ● 测温的准确度与测量方法有关。 根据温度传感器的使用方法，通常分为接触测量和非接触测量两类，两种测量方法的特点如 ● 不同的测温元件应采用不同的测量电路。 通常采用的测量电路有三种。“电阻式测温元件测量电路”，该测量电路要考虑消除非线性误差和热电阻导线对测量准确度的影响。“电势型测温元件测量电路”，该电路需考虑线性化和冷端补偿，信号处理电路较热电阻的复杂。“电流型测温元件测量电路”，半导体集成温度传感器是最典型的电流型温度测量元件，当电源电压变化、外接导线变化时，该电路输出电流基本不受影响，非常适合远距离测温。 温度测量的最新进展 ● 研制适应各种工业应用的测温元件和温度传感器。 铂薄膜温度传感器膜厚1μm，可置于极小的测量空间，作温度场分布测量，响应时间不超过1ms，偶丝最小直径25μm，热偶体积小于1×10-4mm3，质量小于1μg。 多色比色温度传感器能实时求出被测物体发射率的近似值，提高辐射测温的精
(完整版)无线无源温度检测原理
无线测温技术方案 (基于EH技术) 1.EH技术说明 1.1. EH技术简介 环境能量采集（EnergyHarvesting）技术具有可循环、无污染、低能耗等优点，它建立在微电子技术和微功耗技术的基础上，是近几年发展起来的一门新兴学科，它涵盖了太阳能、风能、热能、机械能、电磁能采集等诸多方面。能量收集技术应用范围极其广泛：交通、能源、物联网、航空航天、生物等等。把能量采集技术应用到电力设备的在线监测是一个前所未有的创新，必将为解决电网智能化运行提供一个全新的平台。 能量收集(EH)也称为能量积聚，使用环境能量为小型电子和电气器件提供电能。 能量收集系统包含能量收集模块和处理器/发送器模块。能量收集模块从光、振动、热或生物来源中捕获毫瓦级能量。可能的能源还来自手机天线塔等发出的射频。然后，电源经过调节并存储起来。系统随后按照所需的间隔触发，将能量释放给后续负载使用。 1.2.EH技术应用 在变电所、站的运行现场具有丰富的电磁能，对于电压高电流小的场源(如发射天线、馈线等)，电场要比磁场强得多，对于电压低电流大的场源(如某些感应加热设备和模具)，磁场要比电场大得多。因此我们认为高压设备内是一个工频电场和磁场能量非常密集的区域。我们正是利用微电子技术、低功耗技术以及能量管理技术收集高压设备中的电磁能，并将其能量转化为无线温度传感器所需之电源。 将EH技术应用于高压设备一次回路的无线测温，解决了传感器的能量需求问题，使得传感器摆脱了对传统电池的束缚，体积更小，可靠性更高，安装更方便，维护更简单，产品更环保，技术更先进。 2.基于EH技术的富邦电控FTZ600无线测温系统 2.1. 无线测温系统简介
基于无线传感器网络的智能交通系统的设计
一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目，用于提高车辆与过街行人的安全。因此，从国外的交通控制的发展趋势可以看出，现代的交通控制向着智能化的方向发展，大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵，减少交通事故，改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。
无线传感器网络练习题(1)
一、填空 1.无线传感器网络系统通常包含汇聚节点、传感器节点、管理节点。 2.传感器节点一般由通信模块、传感器模块、存储模块和电源模块 组成。 3.无线传感器节点的基本功能是：采集数据、数据处理、控制和通 信。 4.传感器节点通信模块的工作模式有发送、接收和空闲。 5.无线通信物理层的主要技术包括介质的选择、频段的选择、调制 技术和扩频技术。 6.扩频技术按照工作方式的不同，可以分为四种：直接序列扩频、 跳频、跳时和宽带线性调频扩频。 7.目前无线传感器网络采用的主要传输介质包括无线电波、光纤、 红外线等。 8.无线传感器网络可以选择的频段有：868MHz、915MHz、和5GHz。 9.传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合。 10.根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为一下三类： 决策级融合、特征级融合、数据级融合。 11.根据融合前后数据的信息含量分类（无损失融合和有损失融合） 12.根据数据融合与应用层数据语义的关系分类（依赖于应用的数据 融合、独立于应用的数据融合、结合以上两种技术的数据融合）13.定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩散、梯度建立、路 径加强。
14.无线传感器网络的关键技术主要包括：时间同步机制、数据融合、 路由选择、定位技术、安全机制等。 15.无线传感器网络通信安全需求主要包括结点的安全保证、被动抵 御的入侵能力、主动反击入侵的能力。 16.标准用于无线局域网，标准用于低速无线个域网。 17.规定三种帧间间隔：SIFS、PIFS、DIFS。 18.标准为低速个域网制定了物理层和MAC子层协议。 19.ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支 持三种拓扑结构：网状网络、树形网络、星型网络。 20.传感器网络中常用的测距方法有：接收信号强度指示、到达时间 差、到达角。 21.ZigBee网络分4层分别为：物理层、网络层、应用层、数据链路 层。 22.与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以 下特点：能量优先、基于局部拓扑、以数据为中心、应用相关。 23.数据融合的内容主要包括：目标探测、数据关联、跟踪与识别、 情况评估与预测。 24.无线传感器网络信息安全需求主要包括数据的机密性、数据鉴别、 数据的完整性、数据的实效性。 25.传感器结点的限制条件是电源能量有限、通信能力有限、计算和 存储能力有限。
无线传感器网络的应用研究
1武警部队监控平台架构介绍与设计 1.1监控系统的系统结构 基站监控系统的结构组成如上图所示，主要由三个大的部分构成，分别是监控中心、监控站点、监控单元。整个系统从资金、功能以及方便维护性出发，我们采用了干点加节点方式的监控方法。 监控中心（SC）：SC的定义是指整个系统的中心枢纽点，控制整个分监控站，主要的功能是起管理作用和数据处理作用。一般只在市级包括（地、州）设置相应的监控中心，位置一般在武警部队的交换中心机房内或者指挥中心大楼内。 区域监控中心（SS）：又称分点监控站，主要是分散在各个更低等级的区县，主要功能是监控自己所负责辖区的所有基站。对于固话网络，区域监控中心的管辖范围为一个县/区；移动通信网络由于其组网不同于固话本地网，则相对弱化了这一级。区域监控中心SS的机房内的设备配置与SC的差不多，但是不同的是功能不同以及SS的等级低于SC,SS的功能主要是维护设备和监控。 监控单元（SU）：是整个监控系统中等级最低的单元了，它的功能就是监控并且起供电，传输等等作用，主要由SM和其他供电设备由若干监控模块、辅助设备构成。SU侧集成有无线传感网络微设备，比如定位设备或者光感，温感设备等等。 监控模块（SM）：SM是监控单元的组成部分之一，主要作用监控信息的采集功能以及传输，提供相应的通信接口，完成相关信息的上传于接收。
2监控系统的分级管理结构及监控中心功能 基站监控系统的组网分级如果从管理上来看，主要采用两级结构：CSC集中监控中心和现场监控单元。CSC主要设置在运营商的枢纽大楼，主要功能为数据处理，管理远程监控单元，对告警信息进行分类统计，可实现告警查询和存储的功能。一般管理员可以在CSC实现中心调度的功能，并将告警信息进行分发。而FSU一般针对具体的某一个基站，具体作用于如何采集数据参数并进行传输。CSC集中监控中心的需要对FSU采集的数据参数进行报表统计和分析，自动生产图表并为我们的客户提供直观，方便的可视化操作，为维护工作提供依据，维护管理者可以根据大量的分析数据和报表进行快速反应，以最快的速度发现网络的故障点和优先处理点，将人力资源使用在刀刃上。监控中心CSC系统的功能中，还有维护管理类，具体描述如下： 1）实时报警功能 该系统的报警功能是指发现机房里的各种故障后，通过声音，短信，主界面显示的方式及时的上报给操作者。当机房内的动力环境，空调，烟感，人体红外等等发生变量后，这些数据通过基站监控终端上传到BTS再到BSC。最后由数据库进行分类整理后存储到SQLSEVRER2000中。下面介绍主要的几种报警方式： 2)声音报警 基站发生告警后，系统采集后，会用声卡对不一样的告警类别发出对应的语音提示。比如：声音的设置有几种，主要是以鸣叫的长短来区分的。为便于引起现场维护人员的重视紧急告警可设置为长鸣，不重要的告警故障设置为短鸣。这样一来可以用声音区分故障的等级，比方某地市的中心交换机房内相关告警声音设置，它的开关电源柜当平均电流达到40AH的时候，提示声音设置为长鸣，并立即发生短信告警工单。如果在夜晚机房无人值守的情况下：
基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈
文章编号:1004-9037(2009)02-0254-05 基于无线传感网络的大型结构健康监测系统 尚 盈 袁慎芳 吴 键 丁建伟 李耀曾 (南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016) 摘要:针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判别了集中载荷模拟的损伤位置。本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成。为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块。实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易维护和搭建移动方便等优点。 关键词:无线传感网络;结构健康监测;层次路由协议;自组织竞争网络中图分类号:T P2;T P9 文献标识码:A 基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划(2007AA 032117)资助项目;国家自然科学基金(60772072,50420120133)资助项目;航空基金(20060952)资助项目。 收稿日期:2007-09-05;修订日期:2008-04-17 Large -Scale Structural Health Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks S hang Ying ,Yuan Shenf ang ,Wu J ian ,Ding J ianw ei ,L i Yaoz eng (T he A ero nautic Key La bo rat or y o f Smart M ater ial and Str uct ur e,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics and A str onautics,N anjing,210016,China) Abstract :Aimed at the large-scale structure and anisotropy nature o f the carbon fiber compos-ite material w ing box ,a large-scale structural health m onitoring system based on w ireless sen-sor netw orks is presented .A kind of artificial neural netw ork is designed to distinguish the damag e locatio n simulated by the co ncentrated load .The sy stem co nsists o f the sensor data ac-quisition,the w ireless sensor netw or ks,and the terminal monitoring sub-sy stem s.To im pro ve the performance o f the system ,the signal conditio ning circuit and the hierarchical routing pro -to col are designed based o n w ireless sensor netw orks ,the prog rams of data acquisition and Sink node are ex ploited.Experimental result pro ves that the system has advantag es of flexibili-ty o f deplo yment,low maintenance and deploym ent costs . Key words :w ir eless senso r netw or ks ;str uctural health monitoring ;hierarchical routing ;self -org anizing com petitive netw o rk 引 言 结构健康监测技术是采用智能材料结构的新概念,利用集成在结构中的先进传感/驱动元件网络,在线实时地获取与结构健康状况相关的信息(如应力、应变、温度、振动模态、波传播特性等),结 合先进的信号信息处理方法和材料结构力学建模 方法,提取特征参数,识别结构的状态,包括损伤,并对结构的不安全因素在其早期就加以控制,以消除安全隐患或控制安全隐患的进一步发展,从而实现结构健康自诊断、自修复、保证结构的安全和降低维修费用[1]。 无线传感网络节点具有局部信号处理的功能, 第24卷第2期2009年3月数据采集与处理Jour nal of D ata A cquisition &P ro cessing Vo l.24N o.2M a r.2009
无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制
无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制 随着通信技术的发展，安全问题显得越来越重要。在现实生活中，有线网络已经深入到千家万户：互联网、有线电视网络、有线电话网络等与人们生活的联系越来越紧密，已经成为必不可少的一部分，有线网络的安全问题已经能够得到有效的解决。在日常生活中，人们可以放心的使用这些网络，利用它来更好的生活和学习。然而随着无线通信技术的不断发展，无线网络在日常生活中已占据重要的地位，如无线LAN技术、3G技术、4G技术等，同时也有许多新兴的无线网络技术如无线传感器网络，Ad-hoc等有待进一步发展。随着人们对无线通信的依赖越来越强烈，无线通信的安全问题也面临着重要的考验。本章首先介绍普通网络安全定位研究方法，随后介绍无线传感器网络存在的安全隐患以及常见的网络攻击模型，分析比较这些攻击模型对定位的影响，最后介绍已有的一些安全定位算法，为后续章节的相关研究工作打下基础。 3.1 安全定位研究方法 不同的定位算法会面临着不同的安全方面的问题，安全定位的研究方法可以采用图3-1所示的流程来进行。 图3-1安全定位方法研究流程图
Figure 3-1 Flowchart of security positioning research method 在研究中首先要找出针对不同定位算法的攻击模型，分析这些攻击对定位精度所造成的影响，然后从两方面入手来解决这个安全问题或隐患：一方面改进定位算法使得该定位算法不易受到来自外界的攻击，另一方面可以设计进行攻击检测判断及剔除掉受到攻击的节点的安全定位算法或者把已有的安全算法进行改进使之能够应用于无线传感器网络定位，还可以从理论上建立安全定位算法的数学模型，分析各种参数对系统性能的影响，最后根据这个数学模型对算法进行仿真，并把仿真结果作为反馈信息，对安全定位算法进一步优化和改进，直到达到最优为止。 3.2 安全隐患 由于无线传感器网络随机部署、网络拓扑易变、自组织成网络和无线链路等特点，使其面临着更为严峻的安全隐患。在传感器网络不同的定位算法中具有不同的定位思想，所面临的安全问题也不尽相同。攻击者会利用定位技术的弱点设计不同的攻击手段，因此了解各定位系统自身存在的安全隐患和常见的攻击模型对安全定位至关重要。 影响无线传感器网络定位的原因大致可以分为两类：其一，节点失效（如节点被破坏、电量耗尽）、环境毁坏（通信干扰）等引起的定位误差；其二，恶意攻击[30]，攻击者主要是通过内部攻击和外部攻击两种方式来增大无线传感器网络的定位误差或使节点定位失效。 采用不同的定位算法，系统存在不同的安全隐患。按照定位算法的分类将安全隐患大致分为：基于测距的定位的安全隐患和基于无需测距定位的安全隐患。 3.2.1 基于测距定位的安全隐患 基于测距的定位技术需要测量未知节点和参考节点之间的距离或方位信息。攻击者主要针对定位系统位置关系的测量阶段和距离估计阶段进行攻击。在测距阶段，攻击者通过改变测距所需要的参数或者产生干扰和欺骗以增大误差，达到攻击的目的。 基于测距定位的攻击手段主要有以下几种：（1）通过移动、隔离信标节点来
单片机温度传感器及无线传输
通信与测控系统课程设计 报告
一、课程设计目的及要求 ①通过一个具体的项目实例，熟悉项目开发的流程，学习与通信相关的测控系统开发，包括基本知识、技术、技巧 ②锻炼硬件编程能力（C51），积累编程经验，形成代码风格，理解软件层次结构 ③常用外围器件（接口）的操作、驱动 一、实习主要任务 ①采集远端温度信息，无线收集，上位机显示信息 ②硬件配置：51系统板、DS18B20、无线数传模块IA4421、数码管 ③编程、调试，完成作品 二、硬件电路的原理框图 图一、AT89S51、数码管硬件原理图
图二、IA4421硬件原理图图三、DS18B20硬件原理图最终实现的功能： 三、软件设计及原理 1、读主程序流程图
主程序代码： #include
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