ZigBee無線傳感器網絡結合GPRS實現(xiàn)遠程監(jiān)控

設計一種了解電力塔實時情況的遠程監(jiān)控裝置,通信時運用無線傳感器網絡技術并結合zigbee中的算法協(xié)議進行分析以求達到節(jié)能高效并最終延長設備使用生命周期的目標。結合電力塔分布的實際情況在通信過程中運用了一種新型的通信路由算法,即線性通信組網方式;信息傳輸時考慮到實際的節(jié)能要求,采用了分布式功率控制的方法。

設計了一種基于無線傳感器網絡和gprs技術的無線遠程監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了局部無線到遠程無線的連接,并給出了基于cc2430,gps,gprs和單片機的無線傳感網絡中心節(jié)點的設計方案.

１０ 收稿日期:2010-12-11 作者簡介:姚曉通(1972-),副教授,碩士,主要從事嵌入式系 統(tǒng)、計算機測控、物聯(lián)網等方面的教學與科研工作。 *基金項目:甘肅省自然科學基金項目資助(3zs051-a25-030) 基于zigbee無線傳感器網絡在智能家居中的應用研究* 姚曉通，崔小川 （蘭州交通大學電子與信息工程學院甘肅蘭州，730070） 摘　要：基于無線傳感器網絡技術組建的智能家居網絡能夠對家居環(huán)境進行很好地監(jiān)控，組網方便，將嵌有 無線傳感器的家具、家電和其他日常用品同互聯(lián)網相連，可實現(xiàn)遠距離控制，提供舒適、方便和人性化的智能家居 環(huán)境。 關鍵詞：無線傳感器網絡；智能家居；網絡節(jié)點 abstract:theintelligencelivesnetworkwhichsets

西安工業(yè)大學北方信息工程學院 本科畢業(yè)設計(論文) 題目：低功耗zigbee無線傳 感器網絡通信研究 系（部）：光電信息系 專業(yè)：光電信息工程 班級：b060106 學生：毋曉野 學號：b06010621 指導教師：呂宏 2010年05月 i 低功耗zigbee無線傳感器網絡通信研究 摘要 隨著無線網絡技術的快速發(fā)展和傳感器技術的日益成熟，無線傳感器網絡應運而 生。無線傳感器網絡就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內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絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處 理網絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，發(fā)送給觀察者。近年來，無線傳感器網絡被廣泛 的應用在預防醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火乃至車輛檢測、行星探測等領域，成為國內 外廣泛討論的焦點。 ieee802.15.4標準主要針對于低速無線個人區(qū)

綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術等多學科領域的無線傳感器網絡已經引起了人們的極大關注。它在國防軍事、環(huán)境科學以及智能家居等領域有著廣泛的應用,由于其通常運行在人不能或不便接近的環(huán)境,能源無法替代,因此,設計合理的網絡節(jié)點成為無線傳感器網絡的關鍵問題。文中提出了以射頻芯片cc2430為核心,配合微處理器的zigbee無線傳感器網絡節(jié)點設計方案,論述了系統(tǒng)的構成和工作原理,對系統(tǒng)硬件電路和軟件設計作了說明。

本文介紹了一種以zigbee協(xié)議為核心的多跳無線傳感器網絡設計,傳感器節(jié)點處理器采用atmel公司的atmega128l芯片,無線通信采用chipcon公司的cc2420射頻芯片,傳感器采用數(shù)字濕度溫度傳感器sht10,對不同功能的節(jié)點采用不同的程序設計,成功實現(xiàn)數(shù)據在無線傳感器網絡節(jié)點間的多跳路由。

－3064－ 0引言 無線傳感器網絡綜合了微電子技術、嵌入式信息處理技 術，傳感器技術，現(xiàn)代網絡及無線通信技術等先進技術，以自 組多跳的無線網絡方式實時監(jiān)測各種環(huán)境或對象的信息，并 可進行處理或控制，應用前景十分廣闊。現(xiàn)有傳統(tǒng)的無線技 術通常非常耗電，且占用過多的計算和通信資源，大大增加了 成本。而像工業(yè)控制，消費性電子設備、汽車自動化、農業(yè)自 動化、智能家居和醫(yī)用設備控制等很多無線應用領域不需要 很高的帶寬，只要求低延遲、低功耗，而zigbee技術恰好滿足 這種要求。zigbee是為低速率控制網絡設計的標準無線網絡 協(xié)議，具有低復雜度、低成本、低功耗、低速率、高安全性等諸 多優(yōu)點。本文介紹了zigbee規(guī)范并剖析了microchip的協(xié)議 棧，最后創(chuàng)新性的給出了基于該協(xié)議的智能家居解決方案，該 方案真正實現(xiàn)了低成本、低功耗，

zigbee是一種短距離的雙向無線通信技術,技術特點可以概括為4低:低復雜度、低功耗、低數(shù)據速率及低成本。它主要適用于自動控制和遠程控制領域,可以嵌入各種設備中,同時支持地理定位功能。為了避免溫度監(jiān)控節(jié)點與數(shù)據集中器之間系統(tǒng)安裝過程中煩瑣的布線工作,采用zigbee技術進行數(shù)據傳輸。在此對zigbee技術進行分析和對cc2430芯片進行研究,并介紹了系統(tǒng)構成和組成原理,做了溫度測量的實驗,溫度監(jiān)測結果以數(shù)據、曲線等方式在數(shù)據集中器人機界面上顯示。實踐結果表明,該設計達到了預期目標。

溝通是最耗能的事件在無線傳感器網絡(wsn)。顯著降低能耗將傳輸功率控制(臺電)技術動態(tài)調整傳輸功率,給出了2類的技術:基于位置和時間的無線傳感器網絡的算法基礎。

針對傳統(tǒng)電梯跟蹤系統(tǒng)成本較高、移動性差和安裝維護困難等問題,提出了一種基于無線傳感網絡(wsn)的新電梯跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)適當?shù)卦O置telsob傳感器節(jié)點發(fā)射的能量值,利用micaz傳感器節(jié)點和telsob轉發(fā)節(jié)點判斷電梯操作行為,并通過tel-sob匯聚節(jié)點跟有線網絡連接和采用c++設計的上位機軟件遠程顯示電梯運行狀況。研究結果表明,該系統(tǒng)簡單、可擴展性強、成本低,具有可視化上位機顯示界面。

為克服傳統(tǒng)有線隧道施工監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足,利用無線傳感器網絡的結構靈活、易于布局等優(yōu)點,提出了一種基于無線傳感器網絡的隧道施工監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。從節(jié)點的軟硬件實現(xiàn)、無線傳感器網絡組網、網關的選擇及上層監(jiān)控軟件系統(tǒng)的設計上討論了隧道施工監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)。實驗結果表明,與傳統(tǒng)有線監(jiān)控相比,該系統(tǒng)對環(huán)境監(jiān)測更加準確,便于部署,易于擴展,成本更低,提高了隧道施工的安全性。

在生產和科學研究過程中的很多場合對環(huán)境的溫濕度有較高的要求。為了更方便快捷的監(jiān)控環(huán)境溫濕度,文中針對有線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)布線復雜、成本偏高以及后期維護不便的問題,結合無線傳感器網絡技術,設計和實現(xiàn)了一種基于zigbee技術的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。本方案采用星狀網絡結構,采用集成了51內核的無線射頻芯片cc2430以及高集成度的數(shù)字溫濕度傳感器sht11構建節(jié)點硬件,并實現(xiàn)了節(jié)點軟件。測試結果表明,本系統(tǒng)具有低功耗、低成本、易于維護擴展等優(yōu)點。

針對目前火災監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足,提出了一種基于無線傳感器網絡的設計方案。系統(tǒng)實現(xiàn)了對監(jiān)控目標的煙霧濃度,溫度的實時監(jiān)測,采用了基于最小跳數(shù)的路由協(xié)議,每個節(jié)點只需記憶自己的轉發(fā)節(jié)點集,網絡中的數(shù)據都是沿著最短路徑進行傳輸。系統(tǒng)滿足了火災監(jiān)控的要求,安裝簡單方便,靈敏度高,穩(wěn)定性好。

針對煤礦井下環(huán)境在線監(jiān)測的要求,提出了一種井下實時監(jiān)控無線傳感器網絡節(jié)點的設計方法,詳細介紹了無線傳感器網絡節(jié)點的硬件組成和軟件設計。該節(jié)點通過微控制器和無線傳輸模塊實時采集、處理、傳輸井下工作面的瓦斯?jié)舛?、co濃度、溫度、濕度等數(shù)據。測試結果表明,該節(jié)點控制方便、工作穩(wěn)定,能實現(xiàn)可靠的無線網絡傳輸。

對無線傳感器網絡采集到的田間信息進行有效的接收、處理是基于無線傳感器網絡的農田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分,該文針對農田無線傳感器網絡數(shù)據采集的特點,對系統(tǒng)的數(shù)據處理服務器的構建進行了研究,設計并實現(xiàn)了一個基于非阻塞式sockets套接口的數(shù)據通信服務器。該服務器綜合利用靜態(tài)線程池與i/o復用技術,采用循環(huán)隊列作為數(shù)據緩沖區(qū),較好地解決了農田無線傳感器網絡對tcp多連接長時間通信,大量田間實時監(jiān)測數(shù)據并發(fā)接收、處理性能要求高的問題;采用面向對象設計方法,抽象出類的層次結構,提高了程序代碼的復用性。

在無線傳感器網絡中,獲取傳感器節(jié)點的位置信息對于許多相關的應用十分重要。首先分析了現(xiàn)有的無線傳感器網絡定位算法,然后提出了一種結合功率控制的區(qū)域定位算法(alpc),該算法將傳感器節(jié)點的位置估計在一個小區(qū)域中,而不是尋找它的精確坐標,由sink節(jié)點完成復雜的計算,傳感器節(jié)點無需進行大量的通信和計算,節(jié)省了能量并延長了網絡的壽命;根據實測數(shù)據討論了時空域對信號傳播模型的影響,以及這種影響如何改變定位粒度;利用區(qū)域命名機制減小了網絡流量負載提高了網絡的可靠性;最后,通過仿真驗證了算法的有效性。

設計了一種基于無線傳感器網絡的結構健康監(jiān)測系統(tǒng),提出了一種結合層次拓撲結構的無線傳感器網絡、有線internet網絡以及無線cdma1x網絡的組網方案,并對光纖光柵傳感器的特點進行了分析,加強了系統(tǒng)的可靠性和安全性,提高了數(shù)據傳輸質量,擴展了系統(tǒng)的應用范圍。

介紹了一種利用音頻信號實現(xiàn)節(jié)點間距自主測量的無線傳感器網絡節(jié)點。節(jié)點硬件系統(tǒng)包括dspic6014a微控制器,512kb的sram,2.4g波段的rf收發(fā)模塊、音頻收發(fā)模塊及電源管理模塊等。節(jié)點通過測量rf同步信號與音頻信號的時間差來測量節(jié)點間的間隔距離。與國內外的研究相比,節(jié)點可以自主完成測距信號的采集、存儲和數(shù)據分析、計算工作。節(jié)點通過采用多次測量數(shù)據累加平均及iir數(shù)字濾波技術提高了測距信號的信噪比,利用幅度分析實現(xiàn)了測距信號的到達時刻判別。測試數(shù)據表明,該節(jié)點最遠測距距離可達30m,誤差小于3%。

面向應急監(jiān)控應用的無線傳感器網絡的通信面臨著由于網絡拓撲的動態(tài)性和時變性,以及應急災難事件突發(fā)區(qū)域數(shù)據量劇增而造成的網絡數(shù)據傳輸沖突嚴重等問題。針對這些問題,提出一種融合物理層功率控制、mac層的鏈路調度和網絡層路由的跨層通信設計思路,分別給出了集中式和分布式算法,以實現(xiàn)面向應急場景的實時、健壯且低干擾的數(shù)據通信。采用ns2進行模擬,實驗結果表明提出的算法在應急監(jiān)控應用中,隨著設定災難模型蔓延和擴大以及數(shù)據源增加的情況下,都具有良好的數(shù)據投遞率、實時性和能量效率;提出的機制適用于各類型災難應急場景,與同類研究相比具有其優(yōu)越性。

近年來，我國安全警鐘長鳴，煤礦安全事故屢見不鮮。如何利用先進的技術最大限度保證煤礦從業(yè)安全，如何借助先進的管理系統(tǒng)提升煤炭行業(yè)的安全系數(shù)成為人們關注的焦點。為此，科研人員積極致力于煤礦安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)的開發(fā)與研制。新型安全監(jiān)控無線傳感器網絡系統(tǒng)應運而生。本文主要針對安全監(jiān)控無線傳感器系統(tǒng)進行分析，探討其在煤礦安全監(jiān)管中的應用。

介紹了一種基于zigbee技術的無線溫濕度傳感器網絡的設計,以cc2430單片機和數(shù)字式溫濕度傳感器sht10設計出了溫濕度傳感器網絡節(jié)點,以at91r4008微控制器、ax88796以太網控制器芯片和cc2430無線單片機設計出了zigbee網關。溫濕度傳感器節(jié)點通過射頻收發(fā)器將數(shù)據發(fā)送到zigbee網關。zigbee網關通過以太網網絡將數(shù)據傳輸給監(jiān)測中心主機。文章討論和提出了無線傳感器節(jié)點的低功耗設計和數(shù)據通信的可靠性方法。該系統(tǒng)穩(wěn)定性好,通信效率高,可廣泛應用于工業(yè)環(huán)境溫濕度監(jiān)測。

近年來,因雷擊引起的電網故障發(fā)生率較高,各類防雷裝置受成本和保護范圍的限制,不可能在線路全線使用。研究了一種基于無線傳感器網絡的電網雷擊實時監(jiān)測與分析系統(tǒng),根據線路的具體情況布置無線傳感器節(jié)點,實時采集前端避雷器狀態(tài)數(shù)據、雷擊時的各種實時雷電參數(shù),通過傳感器網絡多跳傳送至主控監(jiān)測中心,使后方人員能實時了解電網防雷設備的運行狀況,及時分析雷擊的形式和故障地點,為準確判斷輸電線路雷害成因提供證據。