时间：2023-03-01 16:36:42
序论：速发表网结合其深厚的文秘经验，特别为您筛选了11篇无线环境监测范文。如果您需要更多原创资料，欢迎随时与我们的客服老师联系，希望您能从中汲取灵感和知识！
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0192-01
1 方案设计与论证
1.1 无线收发模块
（1）方案比较：方案一：采用编解码集成电路PT2262/2272，其为CMOS工艺制造，具有低功耗、外部元器件少，工作电压范围宽：2.6～15v等特点，应用于车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控等方面。方案二：采用XEMICS公司推出的CMOS超低功率传输器、单片无线收发芯片XE1209，其适用于小范围低频、音频资料传输系统，可以实现2次连续相位频率位移键控调制（FSK）。方案三：以MELEXIS公司的单片射频收发芯片TH7122作为主要芯片，其工作频率范围在27MHz～930MHz，具有很宽的调谐范围。可以工作在4种不同的状态下：待机状态、发送状态、接收状态和空闲状态。（2）方案确定：综合分析以上三种方案的优缺点，方案三具有更大的优越性、灵活性，因此我们采用方案三作为具体实施的方案。
1.2 处理器比较与选择
由于本系统中的两个探测点采用两节1.5V干电池供电，并要求尽量降低各探测节点的功耗，因此采用一般的C51单片机并不满足要求。而ARM微控制器STM32系列虽然具有丰富的资源、强大的功能与低功耗等特点，但是其性价比相对来说比较高，整机电路也比较复杂，故也不选取。因此在保证满足要求的前提下，我们选择了适合于许多要求高集成度、低成本的P89LPC922微控制器，其集成了许多系统级的功能，大大减少了元件的数目并降低系统的成本。
1.3 显示器比较与选择
（1）方案比较。方案一：采用DM-162液晶显示模块，具有低功耗、模块结构紧凑、轻巧、装配容易等特点，但是其界面比较小，不能达到比较好显示的效果。方案二：采用汉字图形点阵液晶显示模块RT12864M，可显示的内容非常丰富，但是其功耗相对高于NOKIA 5110。方案三：采用NOKIA5110手机液晶，其驱动采用低功耗的CMOS LCD控制驱动器PCD8544，所有的显示功能集成在一块芯片上，所需外部元件很少且功耗小。（2）方案确定。综合以上分析，从功耗与性价比的角度来考虑，我们选择方案三作为显示模块。（3）信道调制方式。由于无线收发芯片已经确定使用了单片射频收发芯片TH7122，其在发射模式下产生载波频率，可以采用FSK/ASK/FM三种调制方式，但是在本系统中我们固定了载波频率为27MHz，再综合这三种调制方式的特点，另外FSK对鉴频器的参数非常高，对调试不是很方便，因此在这里采用ASK调制方式作为具体实现的方案。（4）总体方案根据以上分析与论证，我们确定了总体设计方案：监测终端硬件以P89LPC922为主控制器，以液晶5110、无线收发模块为受控模块。探测点也以P89LPC922为主控制器，以无线收发模块、光电传感器与温度传感器为受控模块。（如图1）
2 系统测试及数据分析
2.1 测试仪器及设备
（1）UT30D数字万用表。（2）SS-7802 20M数字示波器。
2.2 测试方法及数据
（1）测试方法。1）分模块进行测试：对探测节点的光照检测进行测试，验证它是否能正常工作；对探测节点的温度检测进行测试，验证它是否能正常工作；对无线通信模块进行测试，验证是否能正常通信。2）保证各模块正常工作之后，再进行整机测试。（2）数据记录。直接对单个光敏电阻进行光照变化时的阻值测量，记录数据如下：（如表1）
2.3 数据分析
以上对光敏电阻阻值的测量，由于光敏电阻本身的特性与操作方法的原因，所记录的数据只是针对于某个特定情况之下，其实光敏电阻的阻值是随光照强度的变化而变化的。
3 结语
本系统主要由P89LPC922微控制器、单片射频收发芯片TH7122、低耗电数字温度传感器TMP102等构成，很好地实现了外部环境的监测：光照与温度，并且性能比较好。很有市场前途。
参考文献
0 引言
在很多情况下，监控中心都需要对周边及关键位置的环境信息（如温度、照度、湿度等）进行监测和处理。各探测点信息采用有线传输是一种可靠的方法，但受建筑物装修要求和环境障碍等因素限制，不宜采用有线方式传输时，使用无线方式传输无疑是一种经济适用的选择。本装置要求能在5秒钟内完成对255个探测节点环境温度和光照信息的无线探测，并自动巡回或手动选择显示相关环境信息。
1 系统方案设计
根据设计要求，为便于对周边多点环信息进行探测，实现监测终端与各探测节点之间信息的无线传输，本装置由探测节点分机和监测终端两大部分组成。探测节点分机由单片机、温度检测电路、照度检测电路、无线发射电路和接收电路等组成；监测终端由单片机、无线发射电路、无线接收电路和显示电路等组成。系统结构如图1所示。各探测节点分机完成对环境温度和照度信息的采集与处理，并适时向监测终端和邻近检测节点发送信息；监测终端完成探测命令的、探测信息的处理、存储与显示。
1.1 信息传送与转发方案 为防止某个探测节点在上传信息时发生碰撞，系统采用“时分复用”信道的通信方式。约定每个节点必须在规定的时隙ΔT内完成信息发送。某个节点接收到监测终端发来的“探测命令”时，或接收到邻近节点转来的第一个“探测命令”时。启动定时，定时时间到便开始发送信息。定时时长根据每个节点地址不同或是否能直接接收终端“探测命令”为依据决定。
当监测终端需要探测环境温度和照度信息时，便以广播通信方式向各个探测节点“探测命令”。能直接接收终端“探测命令”的节点同时启动定时，某个探测节点定时时间到，便开始向终端和邻近节点发送信息（含地址、温度和照度信息）。终端将信息接收下来送单片机存储、处理；不能直接接收“探测命令”的节点（如地址序号为j的节点），在接到第一个邻近节点（如地址序号为i的节点）发出的信息时，便认为收到了“间接探测命令”，于是开始启动定时。由于每转发一个节点信息需要两个ΔT，因此转发节点j的定时时长
T=（256-i+2j）ΔT。
定时时间到，便发送含有i节点地址、j节点地址与环境数据的信息。此时，若i节点收到j节点发出的含有本节点（i节点）地址的信息，表明j节点需要本节点转发信息；若i节点收到的j节点信息中不含有本节点（i节点）地址的信息，表明j节点不需要本节点转发信息。
1.2 信息处理与显示方案 由于要求在5秒内完成对255个探测节点环境信息的探测，考虑到最多可能有254个节点的信息需要转发。这样，监测终端对每个节点的探测时间只有几十毫秒，这么短的时间无法实现“即时检测即时显示”，只能将地址信息和环境信息全部接收下来处理后，再根据需要送显示器显示。显示方式有三种选择：一是自动巡回显示，二是手动设定/选择显示，三是报警节点优先显示。
1.3 通信协议
1.3.1 数据包格式 本系统的信令和数据包由同步码WS、功能码FC、数据包长度码SIG、数据包内容DIGI和校验码CHECK五部分组成。数据包格式如下：
■
1.3.2 SPL编解码与数据包传输 ①SPL编码与数据包的发送。数据包WS、FC、SIG、DIGI、DHECK的发送是由单片机的通用输出端口从高位到低位串行逐位发送的，发送完WS以后，发真正的信令码FC、SIG、DIGI、DHECK时，将进行SPL编码，按照1变为01，0变为10的原则，FC由原15位变成30位。②SPL解码与数据包的接收。数据包的接收是发送的逆过程，是由单片机的通用接收端串行接收的，当单片机串行接收到WS后，即着手接收已经过SPL编码的FC、SIG、DIGI、DHECK。如果按照011，100的原则进行SPL解码，若出现00或11的情况，认为接收端出错，若出错两次，则信令无效，若只有一次，则暂时按000，111处理，留待下一步校验码纠错。③差错控制编码检错与纠错。差错控制的基本思路是，在发送端根据要传输的数据系列加入多余码元，使原来不相干的变为相干的数据，即编码。传输时将多余码元和信息码元一并传送。接收端根据信息码元和多余码元间的规则进行检验，即译码。根据译码结果进行差错检测。当发现差错时，由译码器自动将错误纠正。这种多余码元就是校验码。
2 电路与程序设计
2.1 发射电路 各探测节点和检测终端的发射电路可采用相同的电路结构。电路一般由脉冲产生电路、脉冲整形电路、调制与发射电路构成。
载波频率的稳定与否是发射电路能否稳定、可靠地工作的关键，本设计采用振晶与高速与非门构成的振荡器来产生稳定的载波信号。
信号的发射是通过线圈耦合的方式实现的，因而射频功放应选择谐振功放。谐振功放有A、B、C、D类，综合考虑电路的复杂程度及效率问题，本设计选用三极管构成的C类放大器对高频信号进行射频功率放大和发射。
常用的数字调制方式主要有ASK、FSK和PSK。相比而言，FSK、PSK电路比较复杂，本设计选择100%ASK调制。100%ASK以100%的能量进行数据传输，保证了信号的较高抗干扰性，解调容易，在一定程度上提高了通信的可靠性。
2.2 接收电路 各探测节点和检测终端的接收电路可采用相同的电路结构。电路主要由混频器、本机振荡器、中频放大器、检波器、低频放大器和脉冲整形电路构成。
混频器的作用是提高接收电路的灵敏度、选择性。如果没有混频电路，接收电路将直接放大接收到的高频信号，将会出现灵敏度低、选择性差的问题。采用混频器后，将高频信号变为固定的中频，故在混频器后设置中频放大器，中频放大器在固定中频上放大信号，放大电路可以设计得最佳，使放大器的增益做得更高且不易自激。本设计中频放大器中设置了一个藕合谐振电路和一个选频网络，以进一步提高接收电路的选择性和抗干扰能力。由于检波出来的信号较弱，须经低频放大以后才能进行比较判决。因此解调电路部分应包括由检波器、低频放大器和脉冲整形电路。解调出来的数据信号送单片机进行处理。
2.3 系统软件设计
2.3.1 监测软件设计 终端单片机节点完成探测命令、探测到的节点信息的处理和显示。当需要探测节点信息时，终端以广播方式发出探测命令，并启动定时，定时时长为512ΔT（ΔT为一个节点上传信息所需时间），确保255节点在转况下都能可靠探测。当探测到节点信息时，将该节点信息进行存储、处理。全部节点的信息都接收下来处理完后，将地址信息、温度信息和光照信息依序送显示器显示。然后再进行下一循环的探测。主要程序流程如图2所示。
2.3.2 节点软件设计 探测节点单片机完成对环境温度、照度信息和电池电压的采集与处理，适时向终端和邻近节点发送信息，并根据临近节点的需要及时向终端转发信息。主要程序流程如图3所示。
3 结束语
本装置为一模拟实验系统，由于各探测节点能够接收和转发邻近节点传来的信息，不仅数据传送可靠，而且通信距离远比点对点大。测试结果表明：该装置能够准确完整地监测和处理各探测节点的环境信息。只要适当增加发射电路的载波频率和发射功率就能增加探测距离和范围，以适应实际应用要求。
参考文献：
中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号：
引言
现代温室是设施农业的生产车间，温室环境信息的监测控制系统是实现其生产自动化、高效化最为关键的环。传统的温室监控系统主要是基于有线通信方式。有线通信系统在温室生产实践中存在诸如布线复杂、维护困难、传感器节点不能随作物变更而灵活部署等问题。无线传感器网络(Wireless sensor network，WSN)作为一种全新的信息获取技术和处理技术，具有节点规模大、体积小、成本低、自组网等特点，在温室环境监测领域有广阔的应用前景。
1温室控制系统结构
在温室测控系统中，传感器节点负责采集温室内部的环境参数，是温室控制系统的核心部分；各汇聚负责节点是温室监测节点的管理者，也是监测数据的收集者，并承担感知区域与服务器端之间的通信工作；服务器是整个温室控制系统的控制中心，负责管理和控制Sink节点，根据Sink节点提供的监测数据决定进一步采取的策略，并对终端用户提供访问控制接口；客户端使用PC或者移动设备通过Web服务随时查看当前温室环境状态以及历史数据，并且可以根据数据向温室环境监控系统发出进一步的指令，由服务器进行进一步的处理。
2 无线传感器节点设计
2.1、无线传感器节点硬件设计
传感器节点是温室监测系统的基本组成单元，需要具备环境因子采集、数据处理、无线通信等功能。在温室环境监测应用背景下，传感器节点设计重点考虑了低成本、低功耗、稳定、可靠等因素。
(1)CC2430。 CC2430是由Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统，其主要特点如下：采用了增强型工业标准8051MCU，具有较高性能。集成了符合2．4 GHz IEEE802．15．4的RF收发器CC2420。具有4种电源管理模式，可灵活配置系统工作模式以降低系统功耗。在休眠模式时电流消耗仅有0.9μA，在待机模式时电流消耗小于0．6μA。基于CC2430设计的节点仅需较少的电路即可实现数据的采集及发送，极大地提高了系统的可靠性并降低了系统功耗。
(2)传感器选择。传感器节点需要完成各种与植物生长密切相关的环境因子的采集，这些信息采集是由传感器完成的，要求传感器具备较高的精度及较低的功耗。本设计所采用各种传感器及其技术参数为：SHT71数字型大气温湿度传感器，工作电流为550μA，待机时仅0．3μA，测量温湿度的精度分别为±0．3℃和小于等于1．8％，接口为12C总线。ISL29010数字型光照强度传感器，工作电流为0．25μA，待机电流0．1μA，测量精度±50 lux，接口为12C。SLSTl—5数字型土壤温度传感器，测量电流1．5 mA，待机电流1μA，测量精度±0．5℃，接口为单总线。H550数字型CO2传感器，工作电流15μA，精度为±30 ppm，接口为12C。FDSl00模拟型土壤湿度传感器，工作电流15μA，精度小于等于3％，输出为模拟信号。
由上述技术参数可以看出，数字型传感器的功耗较低，与CPU以单总线或双总线连接，除了FDSl00模拟型土壤湿度传感器外，其余均可挂接在12C数据总线上。在本设计中由CC2430的两个I／O口分别模拟12C总线的时钟线和数字线，简化了电路设计，节省了CPU的I／0端口。FDSl00输出模拟信号，可直接与CC2430的P0口相连，利用CC2430内部的ADC实现数据转换。
2.2、ZigBee通信协议的实现
ZigBee协议是由ZigBee联盟制定的无线通信技术标准，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低速率和低成本。此外，ZigBee设备具有能量检测和链路质量指示功能，根据检测结果，设备可自动调整发射功率，在保证通信链路质量的前提下，最小地消耗设备能量。
在节点软件设计中，通过调用ZigBee协议栈提供的API函数完成网络管理层的设备初始化、配置网络、启动网络，实现分布在多个温室中的无线传感器节点的自组网络。为了进一步降低节点功耗，设计了灵活、可动态配置的定时采集数据、定时休眠及唤醒功能。
3 网关管理平台设计
3.1 网关节点硬件设计
在本设计中，作者以S3C2410A为核心构建了无线传感器网络网关硬件平台，主要硬件结构有：
(1)ZigBee协调器。在本设计中，ZigBee协议将整个传感器网络采集的数据最终汇聚到协调器节点上，因此本文中将ZigBee协调器节点嵌入到网关节点，协调器通过串口和网关进行数据通信。
(2)MC39i。采用Siemens公司GSM／GPRS双频模块MC39i完成网关的无线远程通信。MC39i支持GSM900和GSMl800双频网络，接收速率可达86．20 kb／s，发送速率可达21．5 kb／s，完全满足无线传感器网络较小的数据传输量的需求。
(3)存储器接口。S3C2410A内置了外部存储器控制器，本系统拓展了64MB SDRAM和64MBNandFlash。
(4)通用接口。网关系统具有很强的扩展能力：带触摸屏的LCD是网关系统信息交互的界面；USB接口可用来外接标准鼠标、键盘；SD卡可作为拓展存储器使用；RJ45接口可将网关接人以太网。
(5)电源。稳定的电源对网关系统的运行至关重要。通过变压器将220 V市电降为稳定的12 V直流电作为网关的主电源，同时采用12 V的蓄电池作为系统的备用电源，以构成不问断电源，保证系统在断电情况下能正常运行。
3．2基于WinCE的软件平台的实现
WinCE5．0是一个32位、多任务、多线程的嵌入式操作系统，具有模块化、易于裁剪等优点。本设计采用Platform Builder定制了适合网关硬件平台的WinCE5．0操作系统，为温室管理人员提供了直观、图形化的人机界面，便于用户的操作；同时为应用程序开发提供了丰富的API接口。本系统在Embedded Visual C++4．0开发环境下实现了如下通信程序：串口通信，管理系统通过串口与ZigBee协调器和MC39i进行数据通信。GSM通信，通过GSM短消息来实现网关管理系统的远程预警。Socket网络通信，远程监控中心需要一台具有公网IP地址的服务器，网关通过以太网／GPRS双重通信信道与远程管理中心进行通信。本设计中，采用可靠的流式套接字实现了基于TCP／IP协议Socket网络通信。
3．3 网关管理系统的实现
作为温室监测系统的本地管理平台，网关需要完成众多数据管理工作。本设计基于SQLite3实现了环境监测系统管理软件，用以完成传感器节点管理和环境数据管理。
(1)节点管理。监测区域分布有大量不同类型的无线传感器节点，因此需要对所有节点进行统一管理。具有同一ZigBee信道的节点都可以加到无线网络中。节点的管理包括节点电量、节点ID、节点位置、传感器类型、采样周期、运行状态、更新时间等属性的配置。
(2)数据管理与预警。网关周期性收到无线传感器网络所有节点汇聚的大量环境信息，采用SQLite数据库对采集的数据进行存储、查询等管理。此外，需要对写入数据库的每一个环境数据进行判断，当超过温室管理人员设置的安全范围时，启动警报器、闪光灯、GSM短信等多种预警方式。
结束语
无线传感器网络节点体积小，并只需要部署一次就可以进行长期的监测工作 同时，传感器网络节点具有一定的数据处理能力和通信能力，可以将大量的监测数据无线发送到基站进行处理，具有传统温室环境监测系统所不具有的优势，非常适用于温室环境监测应用。本文作者基于无线传感器网络技术，设计并实现了一种基于无线传感器网络的温室监测系统。该系统能够实现传感器节点快速自组网以及对各种温室环境因子的实时采集、传输、显示。该系统很好地克服了传统温室监控系统存在的问题，为无线传感器网络技术在温室监测领域的应用做了有益探索。
参考文献
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0383-01
一、无线传感器网络的涵义
无线传感器网络综合运用了多项技术，它是多种技术的集合体，主要包括无线通信技术、嵌入式计算机技术、传感器技术以及分布式信息处理技术。它可以对监控对象进行实时监测，采集监控区域内的相关数据，并加以处理后得到准确详实信息，最终将这些信息发给有需要的人。无线传感器网络由大量静止或移动的节点以自组织和多跳的方式构成，集传感与驱动控制、计算、通信能力于一身，协作地实时监测、感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息并报告给用户。由于它成本低，采用无线通信，不需要固定网络协助，所以其研究成果应用十分广泛。
二、无线传感器网络体系结构
无线传感器网络是由非常多的微型传感器节点组成，它们的功能并不完全相同，但是构造大体相同，大都是由数据收集、处理、发送和电源四部分构成，网络中节点的作用是收集数据，数据中转，或者是类头节点。收据收集，即收集监测到的数据（如湿度、温度等），并将其传送至远方基站或者是汇节点；数据周转，即将其他节点发送过来的数据信息，在不经过任何处理的情况直接传送出去；类头节点，收集属于同一类型节点的数据信息，汇总后传送给上一层级。
系统基本由下面几部分构成：
（1）传感器节点。对所监控区域的环境指标进行测量，比如温度、湿度等，将所监测到的数据传递给监控中心。
（2）网关。连接无线传感器网络与外网，实现传感器网络与外网通信协议的转换，将传感器网络收集到的数据发送至外网，并给下级节点布置监测任务。
（3）远程客户端和PDA用户。通过外网查询监控中心的数据。
（4）监控中心。布置任务，下达监测命令，以及管理监测数据，主要是汇总分析，统计数据。
三、无线传感器网络在环境监测中的应用优势与现状
用无线传感网络进行环境监测，具有三个比较明显的优势。
（1）成本低廉，网络安装速度快；
（2）在不增加其他设备的情况下就可以完成数据的传输工作，这使得系统性能提高了一个数量级；
（3）网络坚实，不易被毁坏，能够满足某些特殊需求。
关于将无线传感网络应用于环境监测中，国内的学者已经做得很多研究，并获得了一些研究成果。在美国是研究人员将其用于监测岛屿的生态状况；在我国，杭州将其用于监测杭州西溪湿地水环境，国防科技大学将其用于环境监测并得到了重要的研究成果。
在我国，无线传感器网络还未得到广泛的应用，主要原因是，第一大部分人对其还不熟悉，不知道任何使用，它的优势在哪里；第二无线传感器网络在使用中还存在一些重要问题没有得到彻底解决，国内关于它的研究还比较浅，加之其应用不同地方会出现不同的问题，对网络结构和传感器节点等也有不同的要求。
四、无线传感器网络在环境监测中的应用
（一）矿井环境监测
对于煤矿企业而言，安全探测是十分重要的，特别是在需求量持续增长的前提下，在长期的开发与使用中，煤矿探测的安全问题愈发的引起了人们的重视。在无线传感器网络的支持下，可以很好的实现低成本的探测需求，并且可以在一定程度上提高矿井作业的安全属性。特别是Zig Bee技术的应用与推广，可以满足人们对于井下监控、数据分析、安全分析等综合需求。在近年来，技术人员将Zig Bee技术进行了细化和拓展，可以帮助人们直观的了解到井下的作业情况，这对于安全、高效作业目标的实现提供了较大的支持。
（二）军事环境监测
无线传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和容错性高的特点，因此非常适合在军事领域应用，也是军事指挥、控制、通信、计算、情报、监视、侦察与目标捕获系统的重要组成部分。利用无线传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控，战场实时监视，目标定位，战场评估，核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能，目前国际许多机构的课题都是以战场需求为背景展开的。信息技术必然是未来战争取胜的关键，目前已然有许多国家将该技术与军事研究相结合，帮助己方及时的获取对方的各项信息，从而及时的进行战略的调整。
（三）自然环境监测
1、大气环境监测
将无线传感网络用于监测大气环境，主要需要两部分的支持，分别是设备和相应的程序支持。设备包括一是传感器节点，主要是用于大气技术参数的监测和收集，还有相配套的放大电路；二是Sink节点，用来汇总数据及向基站传输数据；三是服务器，这其中需要两个服务，一个进行数据处理，一个用于数据传输。相应程序也就软件主要是由用于数据收集、处理和传输的相关模块组成，通常有串口通信、数据转换、数据统计等功能模块。它的优点是安装简单方便、布局灵活、维护容易、成本低。
2、水环境监测
无线传感器网络的水环境监测系统的结构从功能上可以将水环境监测系统分成三级。第一级是以无线传感器网络为核心构造的数据采集网络系统，主要由数据采集节点和协调器节点以及测试仪构成；第二级是Zig Bee/GPRS网关系统，主要负责数据采集网络中的数据并远程发送，远程数据处理中心对数据采集网络控制命令的发送；第三级是远程数据处理中心系统，主要负责数据的处理分析和控制命令决策。在整个水环境监测系统中，无线传感器网络专注于探测和收集水环境的信息；而复杂的数据处理和存储等则交给远程数据处理中心来完成。主要包括以动态曲线的方式实现传感器信息的在线监测和大量水质数据的存储。
3、地质监测
无线传感器网络在地质监测方面也有很广泛的应用。对于部分地质较为特殊的区域而言，有效的地质检测可以很好的促进该区域基础设施建设，如冻土环境下的交通设施建设，在人力无法实现的前提下，无线传感器网络则可以很好的实现。尤著宏等基于无线传感器网络的青藏铁路温度监测系统，采用多跳的方式将数据从传感节点传输至转发基站上的汇聚节点，再由汇聚节点利用 GPRS 网络发送至监控中心。
4、其他应用
无线传感器网络在其他领域也同样具有重要的应用价值，例如在农业信息监测方面，崔光照等针对当前农业环境监测面临的监测点分散、布线困难和实时性差等问题，提出了利用具有自组织特性的无线传感器网络，对温度、土地湿度和土壤pH值等环境变量进行在线监测的方法。该方法采用了对等式网络体系结构，低功耗微小网络节点以及基于拓扑树的网络初始化配置算法。实验测试表明，节点能够有效地采集和处理数据，并可以在节点间成功地进行通信。另外，无线传感器网络系统在水产养殖、森林监测、家庭环境监测以及管道输送监测等方面都得到了广泛应用。
综上所述，无线传感器网络在众多领域都有着应用，并发挥着极为重要的作用。因此，为使无线传感器网络拥有更为广泛的应用领域，还需要更进一步的深入研究，为社会发展营造更良好的环境。
参考文献
近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对于环境保护和环境监督提出的更高要求，越来越多的企业和机构都致力于在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的研究。通过在监测区域内布署大量的廉价微型传感器节点，经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统，从而实现网络覆盖区域内感知对象的信息的采集量化、处理融合和传输应用。无线传感器网络技术是应用性非常强的技术，它在当前我国环境监测系统中的应用潜力是巨大的。
一、无线传感器网络和ZigBee
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点通过无线通信技术自组织构成的网络系统。人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，在工业自动化领域，利用无线传感器网络技术实现远程检测、控制，从而极大地扩展现有网络的功能。传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。
二、IEEE 802.15.4/ZigBee协议
1、IEEE 802.15.4标准
IEEE标准化协会针对无线传感器网络需要低功耗短距离的无线通信技术为低速无线个人区域网络（LR—WPAN）制定了IEEE 802.15.4标准。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。同时ZigBee联盟也开始推出与之相配套的网络层及应用层的协议，目的是为了给传感器网络和控制系统推出一个标准的解决方案。该标准一出现短短一年多的时间内便有上百家集成电路、运营商等宣布支持IEEE 802.15.4/ZigBee，并且很快在全球自发成立了若干联盟。IEEE 802.15.4/ZigBee协议栈结构如图1所示。协议栈中物理层与MAC层由IEEE定义，网络层与应用程序框架由ZigBee联盟定义，上层应用程序由用户自行定义。
2、ZigBee标准
ZigBee这个字源自于蜜蜂群藉由跳ZigZag形状的舞蹈，来通知其他蜜蜂有关花粉位置等资讯，以达到彼此沟通讯息之目的，故以此作为新一代无线通讯技术之电磁干扰。因此，经过人们长期努力，zigbee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。
ZigBee网络是自组织的，并能实现自我功能恢复，动态路由，自动组网，直序扩频的方式故非常具有吸引力。节点搜索其它节点，并利用软件“选中”某个节点后进行自动链接。它指定地址，提供路由表以识别已经证实的通信伙伴。
三、无线传感器网络技术特点
无线传感器网络由大量低功耗、低速率、低成本、高密度的微型节点组成，节点通过自我组织、自我愈合的方式组成网络。区域中分散的无线传感器节点通过自组织方式形成传感器网络。节点负责采集周围的相关信息，并采用多跳方式将这些信息通过Internet或其他网络传递到远端的监控设备。
四、系统概述
环境监测应用中无线传感器网络属于层次型的异构网络结构，最底层为部署在实际监测环境中的传感器节点。向上层依次为传输网络，基站，最终连接到Internet。传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块组成，传感器节点的体系结构如图2所示。为获得准确的数据，传感器节点的部署密度往往很大，并且可能部署在若干个不相邻的监控区域内，从而形成多个传感器网络。传感器节点将感应到的数据传送到一个网关节点，网关节点负责将传感器节点传来的数据经由一个传输网络发送到基站上。传输网络是负责协同各个传感器网络网关节点、综合网关节点信息的局部网络。基站是能够和Internet
相连的一台计算机（或卫星通信站），它将传感数据通过Internet发送到数据处理中心，同时它还具有一个本地数据库副本以缓存最新的传感数据。监护人员（或用户）可以通过任意一台连入Internet的终端访问数据中心，或者向基站发出命令。基于无线传感器网络的环境监测系统适合于在煤矿、油田安全监测，温室环境监测、环保部门的大气监测、突发性环境事故的预测及分析、特殊污染企业的监测，生物群种的生态环境监测以及家庭、办公室及商场空气质量监测等领域应用。
五、系统应用特点及架构
1、系统特点
利用无线传感器网络实现环境监测的应用领域一般具有以下特点：
（1）无人环境、环境恶劣或超远距离情况下信息的采集和传送，保证系统工业级品质安全可靠。（2）生物群种对于外来因素非常敏感，人类直接进行的生态环境监控可能反而会破坏环境的完整性，包括影响生态环境中种群的习性和分布等。（3）需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备相对比较多，但仅仅用于监测或控制。（4）系统实施、运行费用要低，无需铺设大量电缆，支持临时性安装，系统易于扩展和更新。（5）具有数据存储和归档能力，能够使大量的传感数据存储到后台或远程数据库，并能够进行离线的数据挖掘，数据分析也是系统实现中非常重要的一个方面。
2、系统架构
（1）矿井安全监控
矿井利用无线传感器网络实现井下安全监控的系统结构框图如图3所示。传感器节点负责井下多点数据采集，主要包括CO、CO2、O2、瓦斯、风速和气压等参数，通过井场监控终端（基站）和地面基站传送给后台监控中心。后台监护人员通过该监测系统可及时、有效、全面的掌握矿井情况，有利于矿井实施指挥调度、安全监测，从而可以有效的防止矿井事故的发生。
（2）生态环境监测
传感器网络在生态环境监测方面的应用非常典型。美国加州大学伯克利分校计算机系3Intel实验室和大西洋学院（The College of the Atlantic，COA）联合开展了一个名为“in—situ”的利用传感器网络监控海岛生态环境的项目。该研究组在大鸭岛（Great Ducklsland）上部署了由43个传感器节点组成的传感器网络，节点上安装有多种传感器以监测海岛上不同类型的数据。如使用光敏传感器、数字温湿度传感器和压力传感器监测海燕地下巢穴的微观环境；使用低能耗的被动红外传感器监测巢穴的使用情况，系统的结构框图如图4所不。
（3）智能家居
无线传感器网络还可以应用于家居中，其家用远程环境监控系统的结构框图如图5所示。通过在家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连接在一起，用户可以通过远程监控系统完成对家电的远程遥控，例如用户可以在回家之前半小时打开空调，这样回家的时候就可以直接享受适合的室温，从而给用户提供更加舒适、方便和更具人性化的智能家居环境。
六、关键技术研究
1、数据融合技术
环境监测应用的最终目标是对监测环境的数据采样和数据收集。采样频率和精度由具体应用确定，并由控制中心向传感器网络发出指令。对于传感器节点来说，需要考虑采样数据量和能量消耗之间的折中。处于监控区域边缘的节点由于只需要将收集的数据发送给基站，能量消耗相对较少，而靠近基站的节点由于同时还需要为边缘节点路由数据，消耗的能量要多2个数量级左右。因此，边缘节点必须对采集到的数据进行一定的压缩和融合处理后再发送给基站。Intel实验室的实验中使用了标准的Huffman算法和Lempel—Ziv算法对原始数据进行压缩，使得数据通信量减少了2～4个数量级。如果使用类似于GSM语音压缩机制的有损算法进一步处理，还可以获得更好的压缩效果。表1表明了几种经典压缩算法的压缩效果。
2、安全管理
传统网络中的许多安全策略和机制不再适合于无线传感器网络，主要表现在以下四个方面：（1）无线传感器网络缺乏基础设施支持，没有中心授权和认证机构，节点的计算能力很低，这些都使得传统的加密和认证机制在无线传感器网络中难以实现，并且节点之间难以建立起信任关系；（2）有限的计算和能源资源往往需要系统对各种技术综合考虑，以减少系统代码的数量，如安全路由技术等；（3）无线传感器网络任务的协作特性和路由的局部特性使节点之间存在安全耦合，单个节点的安全泄露必然威胁网络的安全，所以在考虑安全算法的时候要尽量减小这种耦合性；（4）在无线传感器网络中，由于节点的移动性和无线信道的时变特性，使得网络拓扑结构、网络成员及其各成员之间的信任关系处于动态变化之中。目前无线传感器网络SPINS安全框架在机密性、点到点的消息认证、完整性鉴别、新鲜性、认证广播方面已经定义了完整有效的机制和算法，安全管理方面目前以密钥预分布模型作为安全初始化和维护的主要机制，其中随机密钥对模型、基于多项式的密钥对模型等是目前最有代表性的算法。
七、展望
环境监测是一类典型的传感器网络应用，在实际的应用中还有很多关键技术，包括节点部署、远程控制、数据采样和通信机制等。由于传感器网络具有很强的应用相关性，在环境监测应用中的关键技术需要根据实际情况进行具体的研究。并且随着无线传感器网络技术的日益成熟和完善，我们还可以在各个方面开展许多新的应用，比如军用传感网络可以监测战场的态势；交通传感网络可以配置在交通要道用于监测交通的流量，包括车辆的数量、种类、速度和方向等相关参数；监视传感网络可以用于商场、银行等场合来提高安全性。可以预见，随着无线传感设备性价比的提高以及相关研究的不断深入和传感网络应用的不断普及，无线传感器网络将给人们的工作和生活带来更多的方便。
参考文献
[1]马祖长，孙怡宁，梅涛，无线传感器网络综述.通信学报
[2]丰原.无线传感器网络
中图分类号:TN919 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)07-0053-03
Design of Building Environment Monitoring System Based on Wireless Sensor Technology
CUI Ran1, MA Xu-dong1, PENG Chang-hai2
(1. School of Automation, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2. School of Architecture, Southeast University, Nanjing 210096, China)
Abstract: The building energy management system is introduced, and the importance of environment monitoring for energy saving is analysed. The wireless sensor moni-toring scheme building environment is put forward. The enviroment monitoring system based on wireless sensor network is designed and realized. The issues on how to select monitoring points in engineering application was solved by means of summarization.
Keywords: building energy management system; wireless sensor network; building; environment monitoring system; energy-saving
0 引 言
20世纪80年代的能源危机让世界意识到节约能源的重要性,在楼宇电力节能方面出现了很多实际有效的技术和方法。新的空调控制理论、DDC控制器、最优化的控制思想不断应用到楼宇能耗设备上。传统的楼宇自控系统BAS从对设备的控制逐渐发展成为包含了对能源的管理和控制的楼宇能源管理系统BEMS。
楼宇中能耗设备众多,其中空调和照明系统的能耗占楼宇总能耗的70%以上。由于楼宇特殊的构造和结构特点,如何在楼宇中建立统一的实时监测平台,诊断楼宇的节能水平,是楼宇能源管理系统中需要解决的一个重要问题。
国际能源组织IEA认为BEMS是在提供愉快舒适的室内环境和保证使用者安全的前提下实现建筑物的节能效果和人力的节约。因此,以室内环境为监测对象,通过对室内温度和光照强度的监测,能反映空调系统和照明系统消耗能源所产生的效果,从而可以在此基础上优化系统运行,达到节能的目的。
为实现对室内环境的监测,需要在楼宇内的不同区域布置大量传感装置。而在楼宇中采用传统的有线监测网络将产生巨大的安装成本且对楼宇本身存在一定程度的损伤(特别是对既有建筑而言)。如果采用无线传感技术,则布线工作即可免去,工程的总成本将大幅降低。因此,通过无线传感技术实现楼宇内的环境信息的采集和传输是成功建立监测系统的关键。
1 无线传感网络
1.1 网络协议
无线传感器网络是由部署在监测区域内大量小型或微型的各类集成化传感器节点协作地实时感知、监测各种环境对象信息,通过嵌入式系统对信息进行智能处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知的信息传送到用户终端。
节点间无线通信协议采用基于IEEE 802.15.4标准的ZigBee协议[1](见图1)。Zigbee协议支持支持星形和网状拓扑结构,具有低功耗、网络容量大、传输距离远等特点,非常适合用于楼宇环境监测。IEEE 802.15.4标准是针对无线个人局域网(Low-rate Wireless Personal Area Network),把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标,旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间的低速互连提供统一的标准。采用免执照2.4 GHz和868/915 MHz的ISM频段,能够方便自由地构建无线局域网络。
图1 ZigBee协议结构
1.2 拓扑结构
网络拓扑结构采用网状结构网络(Mesh Network)(见图2)[2]。网状网络具有很广的的传送范围,而且通过链路冗余的方式使得网络的可靠性进一步提高。只要是在通信距离范围内的任意两个节点都可以建立起一个通信链路。该链路建立后如果因干扰而中断,节点会自动搜索其他相邻的节点,重新建立一条新的链路。不仅如此,网络中的任何两个设备都可以相互通信,即使不在直接通信的范围内,也可以通过多个中间设备中继的方式进行传输,即多跳的传输方式。动态路由和多跳传输增强了网络的健壮性,除了中心节点,任何一个节点的损坏对不会对整个网络产生影响。基于这些特性,网状网络非常适合在楼宇自动化和楼宇监控方面的应用。
图2 网状网络拓扑图
2 楼宇环境监测系统的实现
2.1 硬件平台
数据采集装置采用美国克尔斯博科技公司(Crossbow)MTS系列多功能传感器板(见图3(a))和基于TI CC2420的MicaZ射频处理器(见图3(b))为平台,实现数据的采集和传输。与中心节点通信的网关采用Crossbow的MIB520(见图3(c))作为网络基站。MIB520网关通过USB接口实现对节点的在线编程和数据接收。
2.2 TinyOS微操作系统
TinyOS是UC Berkeley(加州大学伯克利分校)开发的开放源代码操作系统,专为嵌入式无线传感网络设计,操作系统基于构件(Component-based)的架构使得快速的更新成为可能,而这又减小了受传感网络存储器限制的代码长度。TinyOS的构件包括网络协议、分布式服务器、传感器驱动及数据识别工具。其良好的电源管理源于事件驱动执行模型,该模型也允许时序安排具有灵活性。TinyOS已被应用于多个平台和感应板中。
图3 硬件平台
TinyOS的程序采用的是模块化设计,所以它的程序核心往往都很小(一般来说核心代码和数据大概在400 B左右),能够突破传感器存储资源少的限制,这能够让TinyOS很有效的运行在无线传感器网络上并去执行相应的管理工作等。TinyOS本身提供了一系列的组件,可以很简单方便的编制程序,用来获取和处理传感器的数据并通过无线电来传输信息。TinyOS在构建无线传感器网络时,它会有一个基地控制台,主要是用来控制各个传感器子节点,并聚集和处理它们所采集到的信息。TinyOS只要在控制台发出管理信息,然后由各个节点通过无线网络互相传递,最后达到协同一致的目的。
利用TinyOS微操作系统构建的无线传感网络具有以下特点:
(1) 基于组件的架构(Componented-based Architecture)
TinyOS提供一系列可重用的组件,一个应用程序可以通过连接配置文件(A Wiring Specification)将各种组件连接起来,以完成它所需要的功能。
(2) 事件驱动(Event-Driven Architecture)
TinyOS的应用程序都是基于事件驱动模式的,采用事件触发去唤醒传感器工作。
(3) 任务和时间并发(Tasks and Events Concurrency Model)
Tasks一般用在对于时间要求不是很高的应用中,且Tasks之间是平等的,即在执行时是按顺序先后来得,而不能互相占先执行,一般为了减少Tasks的运行时间,要求每一个Task都很短小,能够使系统的负担较轻。
Events一般用在对于时间的要求很严格的应用中,而且它可以占先优于Tasks和其他Events执行,它可以被一个操作的完成或是来自外部环境的事件触发,在TinyOS中一般由硬件中断处理来驱动事件。
(4) 裂相操作Split-Phase Operations
在TinyOS中由于Tasks 之间不能互相占先执行,所以TinyOS没有提供任何阻塞操作,为了让一个耗时较长的操作尽快完成,一般来说都是将对这个操作的需求和这个操作的完成分开来实现,以便获得较高的执行效率。
2.3 固件程序设计
无线节点采用了Crossbow的MicaZ收发处理器、MTS300温度/光照集成传感器以及MIB520网关,实现MESH网状结构网络。在节点端,利用XMesh提供的组件进行程序开发,组件主要包括:Main,XMTS300M,QueueSend,TimerC,XmeshBinaryRouter,NoLeds,HPLPowerManagementM,Voltage,PhotoTemp,Sounder,GenericCommPromiscuous等。通过Main组件启动时钟组件TimerC、通信组件GenericCommPromiscuous、路由组件XMeshBinaryRouter以及传感器组件XMTS300M等,实现了多跳结构的自组织网络,并使用HPLPowerManagementM模块对节点进行休眠控制以降低功耗。
在网关处,网络中所有节点的信息都最终发送到网关的汇聚节点sink0,通过节点汇聚节点sink0由MIB520网关发送到上位机。组件采用XServer中间件的相关组件,包括调度组件Main、网管监测组件Xheartbeat、基站组件XmeshBaseM、路由组件XmeshBinaryRouter、LED组件NoLeds、下行命令组件XcommandC,组件间的结构关系如图4所示。
图4 网关组件连接图
3 监测点位置选择
由于楼宇构造和结构的特殊性,在无线传感网络的实际应用中需要注意以下问题。
3.1 节点位置
网络节点位置和数量的选择是构建无线通信网络首先要考虑的问题。由于楼宇中结构复杂,合理地选取发射器、中继器和接收器的位置是保证网络健壮性的关键。从节点间相互通信的角度考虑,最佳位置要能使节点彼此间在可视直线距离范围内,保证节点间通信和连接的稳定。
3.2 传输距离
在楼宇内,信号的实际传送距离与理想状态有很大的差距,主要原因有三个:
(1) 传输距离引起的信号衰减;
(2) 传输过程中障碍物引起的信号衰减;
(3) 其他设备的电磁干扰。
当发送器和接收器之间具有一条畅通无阻的可视路径时,在发射信号强度一定的情况下,接收信号强度的衰减与传输距离的平方成反比关系。在实际应用中,由于障碍物的存在和信号发射的干扰,距离的幂指数通常大于2,约在2~4之间[3]。因此,在楼宇中布置传感器节点时,要根据环境正确评估传输距离,确保信息的有效传输。
3.3 信号强度检测
信号强度检测的目的是为了确认节点位置的选取是否正确,各节点之间的通信是否稳定可靠。通过信号强度检测,合理改变各节点的位置或适当添加中继器来增强网络的健壮性。目前,几大知名的传感器节点生产厂家如Crossbow等的节点都具有接收信号强度(RSSI)监测功能,可及时发现网络中薄弱点,及时地予以调整。
3.4 电磁干扰
楼宇内手机、微波炉等电磁设备都会产生无线波,对无线通信网络产生干扰。无线通信网络采用扩频技术(Spread Spectrum)实现信号的传输,抗干扰能力得到增强,但在布置无线节点时,仍要注意与电磁设备保持一定的距离,同时也避免无线节点的电磁场对其他设备的干扰。
4 结 语
随着《节约能源法》和《公共建筑节能设计标准》等相关法律法规的出台,以及人们节能意识的不断提高,如何保证室内环境的舒适性,同时降低楼宇的能耗,将是楼宇节能研究的主要课题。无线传感技术以其便利性和不断降低的成本,在降低能源消耗、改善室内环境、延长能耗设备使用寿命、减少设备维护费用等方面被广泛应用,为实现节能建筑、绿色建筑的目标提供了重要的技术支持。
参考文献
[1]金纯.Zigbee与蓝牙的分析和比较[J].信息技术与标准化,2004(6):17-20.
[2]KINTER M M, BRAMBLEY M R. Pos &cons of wireless[J]. ASHRAE Journal, 2002, 44(11):54-61.
[3]KINTNER M M, CONANT R. Opportunities of wireless sensors and controls for building operation[J]. Energy Engineering Journal, 2005, 102(5): 27-48.
[4]张振昭,许锦标,万频.楼宇智能化技术[M].北京:机械工业出版社,2002.
[5]刘敢峰,吴光明.家庭自动化集中主流网络协议[J].电子技术应用,2003(2):6-8.
[6]吴由平.网络化智能楼宇管理与综合监控接入技术研究[D].南京:东南大学,2006.
[7]张金平.智能楼宇管理系统通用化与网络化技术研究[D].南京:东南大学,2005.
[8]MENZEL Karsten, PESCH Dirk, FLYNN Brendan O, et al. Towards a wireless sensor platform for energy efficient building operation[J]. Tsinghua Science and Technology, 2008, 13(S1): 381-386.
关键词：Zigbee;环境监测;节点;多参数
中图分类号：TP212
文献标识码：A文章编号：1005-3824（2014）05-0039-03
0 引 言
伴随世界经济与工业的快速发展，世界环境问题日益突出，环境监测逐步受到越来越多的重视[1]。当前，环境监测发展过程中的一个亟待解决的问题是开发功能强大并且价格低廉的无线远程监测系统，而环境监测过程中的首要任务就是准确获取监测节点环境参数，以便进行后期的分析、整理和改进等工作。
物联网（the internet of things，IoT）技术的出现很好地促进了环境监测的发展。简而言之，物联网就是物物相连的互联网。物联网的核心在于感知地球，通过物联网平台可以大范围无线远程监控环境参数，通过数据融合，可以为国家和企业进行环境监测、环境治理、环境规划等工作提供理论依据[2]。
近年来，随着传感器技术和集成电路、嵌入式技术的发展，生产功耗低、体积小、具有感知及信息处理能力的传感器已经可以实现[3]。然而在实际运用中我们需要的不止一个环境参数，而是需要多个传感器同时工作[4]，采集多个环境参数的数据[5]。基于这个目的，我们迫切地需要一种设备能够连接多个传感器同时进行准确、高效的数据采集、整理以及传输。故本文针对环境监测过程中的多传感器和多参数情况运用了Zigbee技术方案进行了解决，通过CC2530连接各个传感器组建节点实时采集温度、湿度、烟雾和RSSI值等数据。
一个功能完善的无线环境监测节点除了传统意义上的环境参数采集之外，应该能够提供一个测距定位功能。本文所提出的基于Zigbee的多参数无线环境监测节点通过硬件自身系统在不添加任何额外硬件的情况下通过数据包发送RSSI值可以进行测距定位[6]。
监测系统总体结构如图1所示。
图1 总体结构图
1 Zigbee与CC2530
1.1 Zigbee简介
Zigbee是基于IEEE802.15.4工作组制定的低功耗个域网标准协议，Zigbee技术正是由此而来的一种短距离、低功耗的双向无线通信技术[7]。Zigbee技术的特点是低复杂度，自组织，低成本，低功耗，低数据速率和近距离。由一个协调器组织的大容量Zigbee网络最多可以容纳65 535个网络节点，从而扩展了单个节点间75 m的标准通信距离，达成了Zigbee网络的远距离通信，满足了大多数通信网络的需求。工作在2.4 GHz频段的Zigbee拥有16个自主定义的独立信道，通过切换信道，有效地提高了通信过程中的抗干扰性。与此同时，Zigbee使用了标准的载波监听多路访问/冲突防止（CSMA/CA）方式，有效地避免了信道竞争和冲突，以保证数据传输的可靠性。
Zigbee的网络结构如图2所示，分为一个协调器负责组网以及和上位机通信，若干个路由器负责转发以及拓展网络容量，多个终端节点负责发送以及接收信息。
图2 Zigbee网络结构
1.2 CC2530简介
CC2530是德州仪器公司根据Zigbee技术实际应用而开发的一个价格低廉并且功能强大的片上系统解决方案，因此它显然是工作在2.4 GHz并且符合IEEE802.15.4的协议标准[8]。CC2530能够通过自身I/O口连接多个传感器建立功能完善的无线环境监测节点。
CC2530 结合了增强型8位8051 CPU，最高256 KB的系统内可编程闪存，8 KB的RAM 和21个可编程数字I/O引脚。CC2530芯片采用7 mm×7 mm QLP（方型扁平式）封装，共有 40个引脚。所有引脚可都分为21个I/O端口线引脚、13个电源线引脚和6个控制线引脚共3类。
通过同样是德州仪器公司推出的目前应用最广泛的Zigbee 协议栈（Z-StackTM），CC2530提供了功能强大且应用宽广的Zigbee 解决方案。协议栈采用查询操作系统，在系统初始化完成后就进入操作系统并不停地轮转查询用户自定义的任务来执行。
2 传感器
一个好的环境监测系统离不开多个好的传感器，这些功耗低、体积小的传感器能够将温度、湿度和烟雾等多个环境参数信息准确地采集至监测节点。本节中所介绍的DHT11温湿度传感器和MQ-2烟雾传感器正具备了这些优点。
2.1 DHT11
DHT11温湿度传感器可以同时采集环境温度和湿度，它输出的是经过内部校准的数字信号。它是应用程序先进的数字模块采集技术和温度、湿度传感技术，在硬件电路简单的同时保证了传感器的可靠性和稳定性。测量范围：湿度20%90% RH，温度050℃;测量精度：湿度±5% RH，温度±2℃。DHT11温湿度传感器模块的硬件电路如下图3所示。
图3 DHT11硬件电路图
2.2 MQ-2
MQ-2半导体式烟雾传感器拥有很宽的监测范围（30010 000 ppm），其优点是稳定性好，使用寿命长，灵敏度高，响应速度快，驱动电路简单。它输出的是模拟信号，提供一个烟雾报警信息，可用于各种液化气，酒精，烟雾，烟尘等气体监测的环境。MQ-2烟雾传感器模块的硬件电路如下图4所示。
图4 MQ-2硬件电路图
3 软件设计与测试
3.1 软件代码编写
在开发软件上我们使用了德州仪器公司跟CC2530配套的IAR Embedded Workbench，利用Z-Stack 协议栈，添加自己的任务，使传感器设备正常工作采集数据，节点接收和发送数据，协调器接收数据并上传上位机。
CC2530节点发送数据的代码如下所示：
1）定义一个数组;
2）写入温湿度数据;
3）根据有无烟雾报警信号写入0或1;
4）调用Z-Stack发射函数进行发送。
{ uint8 T_H[5];
T_H[0]=wendu_shi+48;
T_H[1]=wendu_ge%10+48;
T_H[2]=shidu_shi+48;
T_H[3]=shidu_ge%10+48;
if（LIGHT==1）
{ T_H[4]=1;//有烟雾 }
else
{ T_H[4]=0;//没烟雾 }
if （ AF_DataRequest（ &Point_To_Point_DstAddr，
&SampleApp_epDesc，
SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID，
5，
T_H，
&SampleApp_TransID，
AF_DISCV_ROUTE，
AF_DEFAULT_RADIUS ） == afStatus_SUCCESS ）。
CC2530协调器接收代码如下所示：
1）验证是否为自身网络内节点发送来的数据;
2）若是，则获取数据，串口进行打印。
switch （ pkt->clusterId ）
{case SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID：
msgrssi=pkt->rssi;
msgrssi=0xff-msgrssi;
_ltoa（msgrssi，myrssi，10）;
HalUARTWrite（0，"RSSI is：-"，9）;
HalUARTWrite（0，myrssi，osal_strlen（myrssi））;
HalUARTWrite（0，" Temp is："，9）;
HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[0]，2）;
HalUARTWrite（0，" Humidity is："，13）;
HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[2]，2）;
HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[0]，2）;
HalUARTWrite（0，" Humidity is："，13）;
HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[2]，2）;
if（pkt->cmd.Data[4]）
HalUARTWrite（0，" Got bad Air＼n"，13）;
else
HalUARTWrite（0，" No bad Air＼n"，12）;
Break。
3.2 节点测试
节点采集到环境信息后发往协调器经由串口传输至上位机，故我们只须监测上位机串口即可测试整套系统的可行性及稳定性。
图5和图6为实验室内部无障碍情况下节点距离协调器1 m处和3 m处连续监测5 min后的测试数据。
图5 1 m处节点数据
图6 3 m处节点数据
通过监测可以看到节点在距离协调器1 m处和3 m处均能够稳定正常工作，采集所需的环境参数，并且能够发送自身的RSSI值给协调器节点进行测距定位。
4 结束语
针对环境监测过程中的无线环境、多传感器、多参数的情况和对距离的需要，本文提出了一种基于Zigbee的多参数无线环境监测节点。设计中采用了德州仪器公司CC2530作为节点通过多个传感器对温度、湿度、烟雾和RSSI值等多个参数进行了采集和无线传输，最后在上位机进行显示和综合分析整理。由于Zigbee技术具有成本低，功耗低，数据传输可靠，大容量的网络，良好的兼容性等特点，应用在环境监测领域将具有极大的优势。
参考文献：
[1]
赵燃，崔再斌.中国环境监测技术的现状及其发展[J].农村经济与科技，2012，23（6）：20-21.
[2] KANG H，LEE J，HYOCHAN B，et al.A design of IoT based agricultural zone management system[M]//JAMES J，JONGSUNG K，ZOU Dengqi，et al.Information Technology Convergence，Secure and Trust Computing and Data herlands：Springer， 2012： 9-14.
[3] WANG L，AKILYDIZ I F.Survey on sensor networks[J].IEEE Communication Magazine，2002，40（8）： 102-114.
[4] 王殊，阎毓杰，胡富平.无线传感器网络的理论及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[5] 辛颖，谢光忠，蒋亚东.基于 ZigBee 协议的温度湿度无线传感器网络[J].传感器与微系统，2006，25（7）： 82-84.
（下转第 页）
[6] 朱明辉，张会清.基于 RSSI 的室内测距模型的研究[J].传感器与微系统，2010 （8）： 19-22.
[7] TEXAS I.A true system-on-chip solution for 2.4 GHz IEEE 802.15.4 and ZigBee applications[EB/OL].（2011-03-28）[2014-04-10].http：//.cn/cn/lit/ds/swrs081b/swrs081b.pdf.
[8] 王风.基于CC2530的ZigBee无线传感器网络的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2012.
作者简介：
陈国平（1976），男，重庆合川人，博士，副教授，主要研究方向为电磁/声学主被动原定位与成像。
基金项目：基于物联网技术的智能环保系统研发项目（工信部2012-10号）。
Design of multi-parameter wireless monitoring node based on Zigbee
CHEN Guoping1， YANG Ningyu1， ZHU Wenchao1， Huang Zhihui2
（1. College of Optoelectronic Engineering， Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065，P.R. China
摘要：设计了一种基于无线透传传感网络的分布式环境监测系统。设计采用1100E射频芯片作为无线收发芯片，通过在ATmega128L微处理器中编写透传算法程序，实现对各环境参数的数据透传，使用RS 232C串口与PC机进行通信，实现了对目标监测区域各环境参数的实时采集。给出实验测试采集到的多组数据，通过对实验数据的分析，说明该设计可以在400 m内同时实现对254个无线节点的实时监测，测量误差约为±0.1%～±3%。
关键词 ：无线透传；透传算法；环境监测；ATmega128L
中图分类号：TN911?34；TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）18?0128?05
收稿日期：2015?03?10
基金项目：江苏省高等学校大学生实践创新训练计划资助项目（201413983005Y）；苏州大学学生科研基金资助项目（2014）
0 引言
环境信息影响着人们对环境质量的判定，对人们的生活产生了不小的影响[1]。随着射频无线通信技术的广泛应用，现已实现对环境参数的多点远距离智能化实时采集[2]。在农业生产中，通过ZigBee技术能够实时监测温室中的温湿度信息，有效地提高了农业生产的经济价值[3]。在工业生产中，通过GPRS 技术实现了对矿井内瓦斯等易燃易爆危险气体的实时监测，极大地保证了工业生产制造过程中的安全[4]。这些无线环境监测技术克服了传统的环境监测方式网络部署难，维护成本高，节点智能化程度低等缺点，极大地提高了数据的传输效率。但是，在实际应用时，ZigBee技术的穿透性较差，数据传输距离较近，其他主流无线传感网络（WiFi，蓝牙，nRF等）对其同频干扰较大，数据传输时误码率较高[5]。GPRS在进行数据传输时需要消耗大量流量，终端芯片资源配置较大[6]。
本文设计了一种无线透传传感网络应用于分布式环境监测系统，在进行组网时无需考虑射频无线芯片的收发协议和配置方法，可以透过无线芯片直接将其当作普通的有线模块使用，降低了终端芯片的资源利用率，通过钳位电路和电平转换实现了RS 232通信的兼容转换。本文设计的无线、透传传感网络大大降低了射频无线通信网络的硬件和设计研发成本，保证了通信的距离和准确性。设计可以实现对400 m 范围内有建筑物遮挡的环境状况下进行实时监测。
1 系统总体设计
该无线透传环境监测传感网络主要包括终端监测部分，无线透传网络，PC监测端。
（1）终端监测部分。微处理器ATmega128L将各传感器采集来的环境参数的模拟信号经过A/D转换，转化为数字信号，并在LCD液晶屏上实时显示各环境参数，并与报警阈值比较。
（2） 无线透传网络。设计透传算法，使用AT?mega128L将暂存在存储器中的传感器数据转化为符合RS 232 有线通信协议的数据，进一步转换为无线协议的数据发送到远端，并与PC监测端的无线透传网络相连接，使无线通信等效为有线通信。该透传等效图如图1所示。
（3）PC监测端部分。PC机将各个透传无线节点实时采集来的环境参数进行存储和处理，并将各时刻的参数以图像的形式显示出来，并且用户可以根据实际监测的需要，通过PC机对系统报警阈值进行修改。
2 系统硬件设计
2.1 终端监测端硬件设计
该系统的微处理器均采用AT?mega128L单片机[7]。它采用独特的RISC结构，丰富的内部资源可以更好地运行相对复杂的透传算法。在指令执行方面，微控制单元采用Harvard结构，指令大多为单周期，透传算法在工作时，可以严格的控制时序，保证通信的准确性。在能源管理方面，ATmega128L提供多种电源管理方式，以尽量节省节点能量，保证了各节点长时间持续工作。在可扩展方面，提供了多个I/O口，有助于终端机各传感器模块的选择和扩展，防止了各传感器信号及数据相互干扰。ATmega128L 提供的USART（通用同步异步收发器）控制器、SPI（串行外设接口）控制器等与无线收发模块相结合，能够实现大吞吐量，高速率的数据收发。
如图2 所示，环境监测终端机工作时，电化学甲醛传感器、温度传感器、湿度传感器、光照传感器发出的微弱信号经过放大电路后被放大，然后对其进行A/D转换等一系列的加工后再由ATmega128L对其进行处理，如果甲醛等环境参数浓度值高于环境参数浓度的国标，那么蜂鸣器就会发出警报，同时各环境参数浓度值会被输送到LCD 上显示出来。如果在国标的允许范围内，那么只显示浓度值而不发出警报。此外，ATmega128L将各环境参数经射频芯片CC1100E传送到透传网络。
2.2 透传自组模块硬件设计
CC1100E芯片在进行数据传输时采用UART0通信协议，ATmega128L可以严格按照时序读写用以控制芯片内部的32个寄存器，灵活配置各参数，如图3所示。
CC1100E 接口RF_CLK，RF_CS，RF_SOMI，RF_SI?MO 分别和ATmega128L 的串行外设接口端PB2，PB1，PD2，PD3 相连接。RF_CLK 端口为PB2 端口传输数据的时钟信号；RF_CS作为片选信号，仅当片选信号为低电平时，ATmega128L对CC1100E的操作才有效。
RF_SOMI 用于从ATmega128L 到CC1100E 的串行数据传输。为了降低整数据透传的功耗，CC1100E在数据接收或收发状态声明时，系统设计采用中断方式。
RF_GDO0，RF_GDO2 必须与微处理器的外部中断相连，以便使用CC1100E 唤醒微处理器，设计时将RF_GDO0，RF_GDO2分别与具有中断能力的PD6，PD7相连接。CC1100E在高频工作状态下，发射前段和天线馈点需要巴伦电路和匹配网络。
3 系统软件设计
3.1 透传网络控制算法设计
微处理器ATmega128L 通过射频无线收发芯片CC1100E，把暂存的各参数数据发送到远程接收端，如图4所示。首先微处理器ATmega128L通过透传算法控制射频发射芯片CC1100E发送信号校检标志码。这个过程的目的是给远程端射频无线收发芯片发送符合该透传自组传感网络的通信匹配标志，以判断是否为本通信所需的无线数据包。
ATmega128L 通过CC1100E 连续发送校检标志码0X55 和0XAA 共2 个字节，供远端芯片查询确认。其次，ATmega128L 通过CC1100E 发送校检结束标志码0X88 和0XFE，表示校检标志发送结束。然后，发送数据包长度信息Length，告诉接收端芯片本次数据包发送的长度。最后，ATmega128L从发送端的缓存中发送长度为Length的数据包。
微处理器ATmega128L 通过射频无线收发芯片CC1100E，把远程端发送来的数据接收到本地芯片缓存。如图5所示。当ATmega128L通过CC1100E收到上升沿校验标准码时，说明有数据传来，立即唤醒转入接收模式。
接收模式时，如果接收到的0X55 和0XAA 字节数小于6，则说明此时通信与该自组传感网络不匹配，本次通信结束，进入待机睡眠状态；如果连续接收到0X55和0XAA，并且接收到的字节数大于等于6，则说明通信与该自组传感网络匹配，随后的信号将是本地芯片所需要的无线信号。如果接收到0X88和0XFE，则表明校检标志接收完毕，等待下面的信号，如果一直没有接收到校验标志码0X88和0XFE，则表明本次通信失败，通信结束。当接收到0X88和0XFE之后紧接着接收到的为数据包长度信息Length，由此判定数据包的长度。最后一步，接收紧接着的长度为Length的数据包，并且存入接收端缓存。完成本次数据的接收。
3.2 监测终端软件设计
如图6所示，首先对液晶屏和单片机中的寄存器初始化，寄存器包括A/D 转换寄存器，定时器0 中断寄存器和定时器2寄存器。
将A/D 转化寄存器中的输入信号经过A/D 转换函数后再经过定时器中断函数，系统根据这个信号来判断所测区域各环境参数的浓度和是否发出警报，如果发出警报，那么ATmega128L的PWM端口决定了蜂鸣器的频率，如果不发出警报，那么各参数浓度数据就直接显示在LCD 屏上。整个系统是一直运行的，当输入的信号发生改变，那么LCD 上的环境参数浓度值也会发生相应的改变。取值频率设置为30 ms取一次值，由定时器中断函数来实现控制。
3.3 上位机软件设计
为了清晰地观察室内各环境参数的变化情况，使用LabView设计了上位机。上位机部分程序如图7所示。
4 实验数据及分析
4.1 实验结果及分析
在对终端机进行测试时，在400 m 距离范围内，对5 间不同房间的温度和甲醛含量进行了测试，其中0xf1为封闭的实验室，0xf2为封闭的教室，0xf3为封闭宿舍，0xf4为通风教室，0xf5为通风宿舍。测试结果如表1所示。如表1 所示，在密闭状态下，所监测房屋0xf1 一天的甲醛浓度都维持在0.06~0.08 ppm，远超过国家室内甲醛浓度标准。教室、实验室、宿舍等场所由于长时间不通风，室内甲醛的浓度会比较高，人们长期生活在这种环境下，会对身体造成严重的伤害。系统采集到的温度数据，与标准温度误差范围均在3%以下。
4.2 透传传感网络性能分析
通过对透传模块的测试，系统稳定工作时，每5 s需通信转发心跳帧一次，空中每帧数据都会转发一次，最多支持240 字节长度数据包。当空中波特率固定为9 600 b/s通信距离为400 m平原条件时，通信误码率为10-3~10-4。透传数据在传输过程中会存在一定延时，适用于传输距离远且对实时性要求不高的场合。
系统模块在正常工作模式下，通过控制SLP管脚电平，可以使系统进入休眠状态，当SLP管脚接收到下降沿信号时，模块进入休眠模式。处于休眠模式时，模块的工作电流小于5 μA。模块进入休眠模式后，RST脚输入一个低电平信号（>1 ms）可以使模块退出休眠模式，进入正常工作状态。
5 结语
本文提出的无线通信透传算法，透过无线通信把传统的无线传感网络当作有线通信使用，工作时无需任何用户协议，即可实现数据的透明传输，自动路由。可以自动跳频抗干扰，自动路由数据，网络结构中不需单独的路由器或中继器，穿透障碍物能力强，极大地降低了终端芯片的资源利用率和无线传感网络硬件成本。环境采集终端机，续航能力强，各传感器灵敏度高，采集到的各参数与实际误差相差极小。样品机实物图如图8所示。
当数据速率提高时，系统通信的误码率会增加，如需进一步提高透传模块的性能。可采用以下技术来提高通信可靠性[8?10]。在物理层，模块采用差分曼彻斯特编码技术发送数据，从而保证通信中的同步问题。
在数据链路层，使用循环冗余编码进行数据帧校验，用以保证数据到达用户应用层以后的可靠性。
注：本文通讯作者为吴迪。
参考文献
[1] 夏新.浅谈强化环境监测质量管理体系建设[J].环境监测管理与技术，2012（1）：1?4.
[2] 何晓峰，王建中，王再富.基于MAX6675的多路温度采集与无线传送系统[C]//浙江省信号处理学会2012学术年会论文集.杭州：浙江省信号处理学会，2012：4?6.
[3] 尹航，张奇松，程志林.基于ZigBee无线网络的温湿度监测系统[J].机电工程，2008（11）：20?23.
[4] 刘萍.基于多传感器融合的矿井环境监测系统研究[J].矿山机械，2013（6）：110?113.
[5] 蒲泓全，贾军营，张小娇，等.ZigBee网络技术研究综述[J].计算机系统应用，2013（9）：6?11.
[6] 祥，牛江平.远程无线抄表系统的研究[J].自动化仪表，2011（3）：4?7.
[7] 邹丽新，翁桂荣.单片微型计算机原理[M].苏州：苏州大学出版社，2001.
[8] SUZUKI N，MITANI T，SHINOHARA N. Study and develop?ment of a microwave power receiving system for ZigBee device [C]// Proceedings of the 2010 IEEE Asia ? Pacific Microwave Conference. Kansas：IEEE，2010：45?48.
[9] ZHANG G，LIU S G. Study on electrical switching device junc?tion temperature monitoring system based on ZigBee technology [C]// Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Computer Application and System Modeling. Taiyuan，Chi?na：IEEE，2010：692?695.
[10] Dissanayake S D，Karunasekara P P C R， Lakmanaarachchi D D，et al. ZigBee wireless vehicular identification and au?thentication system [C]// Proceedings of the IEEE the 4th In?ternational Conference on Information and Automation for Sus?tainability. Colombo：IEEE，2008：257?260.
[11] 曹金山，张泽滨.无线传感网络安全改进方案研究[J].现代电子技术，2014，37（20）：38?40.
[12] 彭燕.基于ZigBee的无线传感器网络研究[J].现代电子技术,2011，34（5）：49?51.
作者简介：于洪涛（1993—），男，江苏徐州人。主要研究方向为光电应用技术。
中图分类号：S126文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）12-0156-06
Abstract With the characteristics of low cost， low power consumption， high reliability and self-organization， wireless sensor networks （WSNs） play important roles in the agricultural production environment monitoring. Aiming at the problem of cluster head nodes consuming energy so fast to lead the network segmented into parts， we put forward an event driven and energy efficient clustering routing algorithm for agricultural production environment monitoring. All nodes go to sleep mode after the network deployment， when the monitored parameter’s value higher than the setting threshold， the nodes within the scope are awakened and start the incident response clustering mechanism. At the cluster set up phase， randomly select a node as elector to broadcast request clustering message， and accept the other sensor nodes’ response， according to each node energy situation， elector choose node with the maximum residual energy as a cluster head， and choose node with second highest energy for the next round elector. In data transmission phase， the relay nodes were selected on the basis of the residual energy of nodes and the distance to the base station （BS）. The simulation experimental results showed that the proposed protocol could reduce the communication overhead between the cluster members， effectively balance the energy consumption of each node in the network， and significantly prolong the survival time of the network.
Keywords Wireless sensor network； Routing protocol； Event driven； Clustering； OMNET++simulate software
农业信息的精准获取是农业生产环境调控的基础，面对复杂的农业生产环境及庞大的数据监测量，传统的农业信息获取方式已无法满足现实需要。随着微电子工艺和无线射频技术的飞速发展，无线传感器网络的研究越来越受到人们的重视。传感器网络是由部署在观测环境内的大量微型传感器节点通过无线通信方式组成的一种无线网络[1]。由于无线传感器网络具有低成本、低功耗、高可靠、自组织等特点，在农业生产环境监控系统中有着重要的地位与广泛的应用前景[2]。
相对传统的有线农业环境监测系统，无线传感器网络具有无可比拟的优势，首先是方便布置，节省了有线安装的费用；其次是易于拓展，在已有的监测区域很容易扩展到相邻区域；再次是容错性好，网络中单个节点的失效不影响整个网络的操作；最后，无线传感器网络具有自组织性，节点具有自我配置的能力，这也是其易于拓展的重要原因。然而它也具有无线传输媒介固有的限制，如传输带宽低、传输过程容易出错、信道冲突等；另外，很多节点部署在野外，甚至一些不容易到达的地方，仅靠有限的电池来供电，某些靠近基站（BS）的节点由于传输任务重很容易因能量消耗过快而失效，从而导致它所负责区域的无线监控失效，因此，如何在节点初始能量一定的情况下，均衡网络流量，节省能量消耗，尽可能地扩大网络的生存时间，确保监测系统长期有效工作，是无线传感器网络路由协议设计的首要目标，也是研究无线传感器网络应用于农业生产环境监控的核心问题之一。
现有的路由协议从网络拓扑结构角度可以分为平面路由协议和分簇路由协议。平面型路由协议中所有节点具有相同的工作方式和地位，主要优点是算法简单、路由选择灵活和容易实现；缺点是可扩充性和实时性较差，所有节点都具有路由功能，当距离汇聚节点较远的节点需要发送数据时，必然会通过其他节点进行转发，最后到达汇聚点，这种路由方式称为“多跳”，其汇聚点附近的节点因过于频繁地参与数据转发，能耗过快，易致失效。如MTE（minimum-transmission-energy）路由协议，所有节点数据通过中继节点传输到汇聚点，导致中继节点既要感知数据，又要转发其他节点的感知数据，容易过早失效。
层次型路由也称为基于分簇的路由协议，通常把整个监控网络划分为多个簇区单元，每个单元由一个簇头和若干个簇成员传感节点构成，簇头管理和控制簇成员节点，协调簇内节点数据传输，同时将收到的簇内节点信息进行数据融合处理；普通节点只需要在其分配的时隙内将采集到的数据发送给簇头。传感网络的分簇弥补了可扩展性差的缺点，簇头节点的数据融合工作在一定程度上减少了网络中的冗余数据，降低了网络通信量，因此基于分簇的路由协议得到了十分广泛的应用。
低功耗自适应分簇分层型协议（low energy adaptive clustering hierarchy，LEACH） 是WSNs中最早提出的基于多簇结构的层次型路由协议[3]，后期很多重要的路由协议都是基于它演变而来的。LEACH协议在每个数据收集周期（一个周期也称为一轮）开始时随机选择一小部分节点成为簇头，在数据传输阶段，簇头以单跳通信的方式将融合后的数据传输给汇聚点。该算法在簇头选择时采用了随机方法，并未考虑所选节点的能量剩余情况。为了提高簇的生成质量，Heinzelman等[4]又进一步提出了集中式的簇构造算法LEACH-C。蒋建明等[5]在采用LEACH的基础上，依据节点电池剩余能量的多少选择簇头，并将远距离簇头向基站传输数据的方式由单跳式改为双跳式，以达到节约节点能耗和延长网络生命周期的目的。李成法等[1]提出一种基于非均匀分簇的无线传感器网络多跳路由协议，该协议通过候选簇头使用非均匀的竞争范围来构造大小不等的簇，离汇聚点越近，所形成的簇规模越小，这使得靠近汇聚点的簇头可以为簇间的数据转发预留能量。为解决大面积水稻田无线传感器网络能量消耗过快和丢包率严重等问题，雷刚等[6，7]提出了基于能量异构双簇头分簇路由算法，并设计了不同天线模式下的3 种组网方案。归奕红[8]针对农业生产监控需求，提出一种适用于农田环境监控的动态WSN路由算法，该算法支持网络中的传感器节点和基站都是可移动的，采用移动式基站有利于实现整个网络的负载平衡，网络基于簇结构并分层进行管理，能有效降低能量消耗，延长网络的生命周期。朱勇等[2]在典型路由算法与蚁群算法的基础上，基于温室环境智能监控的应用需求，从能量高效与节点可信度方面出发，提出了一种新的基于蚁群算法的同时考虑节点位置与能量的无线传感器网络分簇路由算法（DEC-ACO）。赵春江等[9]提出了一种能量控制与动态路由相结合的路由算法ES-AODVjr，该算法通过平衡监测设备功耗和数据包最短路径路由策略，保证监测网络中的数据及时有效地传递。综上所述，LEACH及其变异算法均基于以下两个假设：传感器节点持续地向簇头节点发送数据；簇头节点总是直接与汇聚点通信。但在大面积农业生产环境监测中，簇头节点往往无法直接与汇聚节点通信，因此，LEACH并不能够很好地平衡整个网络的能量消耗。
基于事件驱动的路由算法由于只有当监测到事件发生时才进行分簇并向汇聚点发送数据，从而减少了持续定时分簇的开销以及数据发送的冗余，使得该方法对整个网络的能量使用效率、能耗平衡及网络寿命更加有效，OEDSR[10]、ARPEES[11]、HPEQ[12]的仿真实验也证明了这一点。Manjeshwar等根据节点工作模式及目标应用的类型，将传感器网络分为主动上报型和应急响应型：主动上报型同LEACH中采用的一样，周期性地启动传感器节点，感知环境信息并发送感兴趣的数据；应急响应型则只有在所监测的某个环境因子发生突然变化并超过预先设定的阈值时才会立刻做出反应，这比较适合实时性要求较高的应用。同时结合两者优点，提出了一种查询式混合路由协议APTEEN[13]。Yupho等[14]分析了连续监测模式、事件驱动模式及混合模式在医疗环境监测方面的优缺点，认为具有数据可靠交付保证的混合模式更加符合医疗环境监测的需求。由于上述所有路由协议都是面向具体应用而提出的，因此在具体的农业生产环境监控方面并不能完全适用。本文以农业生产环境无线监控为研究对象，提出了改进的基于事件驱动的能量高效分簇路由协议（event driven energy efficient clustering，EDEEC），在此协议下，当被检测环境因子高于某个预先设定的阈值后，传感器探测到该事件并自动进行分簇组网将此关键信息传送给管理者。
1 传感器网络模型
1.1 网络模型
为保证算法正常运行，本研究的无线传感器网络模型具有以下特征：
（1）N个传感器节点随机分布于M×M的正方形区域内，各节点在网络中的地位平等，具有唯一ID，网络部署后节点位置不再变化。
（2）所有节点均为同构节点，即具有相同的初始能量、数据处理和通信功能，包括存储转发、数据融合、自适应功率控制等。
（3）基站（BS）节点唯一，静置于监测区域外部且离监测节点很远，能量和功能不受限制。
1.2 信道模型
为了分析发送和接收广播控制信息及发送和接收感知数据的能量消耗，及时确定网络中各节点剩余能量及网络的整体能量情况，本文使用文献[3]中提出的无线信道模型：
（1）网络中传输的数据包括广播数据包和感知数据包两种，假设k表示数据包的大小，k=25 byte表示广播数据包的大小，k=500 byte表示感知数据包的大小。
（2）传输数据包所消耗的能量包括传输能耗ETx-elec=k×Eelec和功率放大能耗Eamp=k×Efs×d2两部分，其中Eelec表示发射或接收每比特数据发射和接收电路功耗，Efs表示在自由信道模型中传输所需能量，d表示发送节点与接收节点间的距离。因此，将k比特数据传输d距离所消耗的能量表示为ETx （k，d）=ETx-elec+Eamp=k×Eelec+k×Efs×d2。
（3）接收数据包所消耗的能量表示为：
ERx（k）=ETx-elec=k×Eelec。
可以看出，在感知、处理、发送数据过程中，传感器节点发送数据所消耗的能量最多，因此，在本研究提出的协议中，重点致力于减少控制信息数量、缩减信息长度及缩短数据传输距离来减少能量消耗，从而提高整个网络的生存周期。
2 EDEEC路由协议
EDEEC路由协议可分解为若干轮，每轮包括簇形成阶段和数据传输阶段，簇形成阶段主要包括簇头的选择和簇建立两部分，数据传输阶段包括簇内数据传输、数据融合及簇头与BS节点的数据传输三个阶段。
2.1 网络初始化
整个传感器网络在部署完毕后需要进行初始化配置工作，该工作仅在第一次部署完毕后进行。为了获取各节点与BS节点之间的距离，BS节点利用洪泛机制广播S_ADV消息，各节点根据文献[15]中提出的接收信号强度指示器（RSSI）估算出自身与BS节点间的距离。在本协议中，节点间可以通过交换请求建立簇消息（REQ_CLUSTER）或者请求转发节点消息（REQ_RELAY），获取与其他节点的距离。
2.2 簇形成阶段
2.2.1 簇头选举 为了节省能量，网络初始化完成后，所有节点均进入休眠状态。当监测到事件发生时，该事件周围的休眠节点被激活并获取所监测数据的具体信息。如果所感知信息超过预先设定的阈值，则被激活的节点运行簇建立与簇头选举算法。文献[16]和[11]中将所有激活的节点广播REQ_CLUSTER数据包（包含节点ID、剩余能量和事件中所感知数据的描述性信息等字段内容）给其他被激活的节点，请求建立分簇网络，假设有n个节点被激活，如果所有节点均发送广播消息，则所发送广播消息的数量为n（n-1）次；本协议随机选择一个被激活的节点elector发送广播消息，并等待所有其他节点传回应答信息RES_CLUSTER，则发送接收消息的总数量为2（n-1）。elector节点收到所有应答信息后，选举所有节点中剩余能量最多的节点为簇头（CH）节点，并将所有簇成员节点ID转发给CH，选举能量次之的节点为下一轮的elector，这样如果一轮结束后elector比其他节点剩余的能量多，则该elector成为下一轮簇头节点的概率将进一步增大，减少更多应答消息的传递。
2.2.2 簇构建过程 选举出簇头节点后，簇头根据本次事件中簇成员的多少分配TDMA调度计划，同时广播TDMA_MSG数据包给簇内成员节点来确保各节点有序地向簇头节点传输感知数据；各等待传输感知数据的非簇头节点进入休眠状态直到分配给它的时隙的到来。簇建立阶段的流程如图1所示。
2.3 数据传输阶段
在前面的网络模型中，我们假设BS节点远离各传感器节点，因此簇头节点必须经过转发节点（也称中继节点）将融合后的数据传送给BS节点，因此在该阶段，应该寻找一条更加节省能量的路由路径将融合后的数据传送到BS节点。
2.3.1 簇内数据收集 使用TDMA调度计划，各节点在其分配的时隙内向簇头节点传送感知数据。为了节约能量，当为各节点分配的时隙到来之前，各节点处于休眠状态，只有在其分配的时隙内才处于激活状态并传送数据。
2.3.2 簇头数据处理 数据处理相比于数据传输所消耗的能量少很多，因此簇内数据融合对于减少数据冗余、节约发送能耗至关重要。簇头节点收集完所有簇内成员的数据后，执行相应数据融合算法，从而减少发送到BS节点的数据量。
2.3.3 选择转发节点创建路由 要发送数据的簇头节点首先检查BS是否在其通信范围内，如果在则直接将数据发送给BS，如果不在则簇头给其通信范围内的节点广播请求转发REQ_RELAY数据包并请求所有收到数据包的节点返回其自身信息。REQ_RELAY数据包包含节点ID、剩余能量、离BS的距离信息。收到REQ_RELAY的节点将根据自身与BS的距离与REQ_RELAY中请求节点与BS的距离决定是否返回响应转发RESPON_RELAY数据包，只需距离BS更近的候选节点做出该响应，该响应数据包包含节点ID、剩余能量、端到端平均延时及离汇聚节点的距离等信息。簇头节点从邻居节点收到响应数据包后，根据式（1）所示的转发代价函数从候选节点中选择下一跳转发节点。
FRN（j）=Eres（j）Delay（CH，j） ×d（CH，j）d（j，BS）（1）
式中Eres是节点的剩余能量，d（j，BS）是候选节点j到基站BS的距离，d（CH，j）是簇头节点与候选节点j之间的距离，Delay（CH，j）表示簇头节点CH与候选节点j之间的平均延时。该转发代价函数是基于以下条件建立的：
①转发节点应具有最大的剩余能量Eres（j）。
②转发节点距离BS即d（j，BS）越近越好，距离CH即d（CH，j）越远越好。
③簇头CH与转发节点之间的延时Delay（CH，j）越小，实时性越好。
所有候选节点中FRN（j）值最大的节点将被选为转发节点。在下一跳中，转发节点作为簇头寻找下一个转发节点，一直重复这个过程，直到下一跳为BS节点。最终，建立起一条从簇头节点到BS节点的最优传输路径。图2描述了数据传输阶段的流程图。
3 仿真实验
为了验证本文提出的EDEEC路由算法的可行性和有效性，对EDEEC及LEACH、ARPEES协议在OMNET++仿真软件中进行了仿真实现。在仿真实验中，各节点均匀分布在500 m×500 m的方形区域内，基站设置在（250，500）的位置，并且能量不受限制，设置所有节点初始化能量为2 J，其他仿真参数设置如表1所示。
三种算法的网络生命周期如图3所示，横坐标为网络进行的轮数，纵坐标为网络中剩余的存活节点数。可以看出，LEACH、ARPEES、EDEEC三种算法的网络生命周期分别为246、635、691轮，EDEEC算法有效延长了整个网络的存活时间，是LEACH协议算法的两倍多，相较ARPEES提高了8.8%。
4 小结
针对无线传感器网络监测农业生产环境过程中，网络内各节点能量消耗不均匀导致部分节点失效过快，提出了一种基于事件驱动的农业生产环境监控无线路由算法――EDEEC算法。该算法通过减少簇内控制信息的发送数量，根据转发代价函数从候选节点中选择下一跳转发节点来缩短数据传输距离，减少能量消耗，从而提高整个网络的生命周期。仿真实验结果表明，EDEEC算法更好地解决了网络能量消耗不均衡问题，其网络生命周期相较ARPEES提高了8.8%，是LEACH的2.8倍。
本研究算法在分簇过程中簇头节点选择时elector节点是随机指定的，未考虑节点剩余能量，后续研究中应进一步限定elector节点指定时的最低剩余能量阈值，并通过KeilMDK开发平台将算法程序移植到硬件感知节点，以更好地实现农业生产环境的实时在线监测。
参 考 文 献：
[1] 李成法，陈贵海，叶懋，等. 一种基于非均匀分簇的无线传感器网络路由协议[J]. 计算机学报， 2007， 30（1）： 29-38.
[2] 朱勇，卿培. 基于新分簇路由算法的温室监控网络节能研究[J]. 仪器仪表学报， 2012， 33（6）： 1420-1426.
[3] Heinzelman W R， Chandrakasan A， Balakrishnan H. Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks[C]// Proceedings of the 33rd Hawaii International Conference on System Sciences， 2000：1-10.
[4] Heinzelman W B， Chandrakasan A P， Balakrishnan H. An application-specific protocol architecture for wireless networks[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications， 2002， 1（4）： 660-670.
[5] 蒋建明，史国栋，赵德安，等. 水产养殖参数无线测量网络的长生命周期研究[J]. 农业工程学报， 2014， 30（7）： 147-154.
[6] 雷刚，王卫星，孙宝霞，等. 大面积水稻田无线传感器网络组网设计与优化[J]. 农业工程学报， 2014， 30（11）： 180-187.
[7] 雷刚，王卫星，孙宝霞，等. 基于能量异构双簇头路由算法的水稻田无线传感器网络[J]. 农业工程学报， 2013， 29（24）： 139-146.
[8] 归奕红. 面向农业监控的动态无线传感器网络路由算法[J]. 湖北农业科学， 2012， 51（11）： 2345-2347.
[9] 赵春江，吴华瑞，朱丽. 一种农田无线传感器网络能量控制与动态路由算法[J]. 传感技术学报， 2011， 24（6）： 909-914.
[10]Ratnaraj S， Jagannathan S， Rao V. OEDSR：optimized energy-delay sub-network routing in wireless sensor network[C]//Proceedings of the IEEE International Conference onNetworking， Sensing and Control， 2006： 330-335.
[11]Vinh T Q， Takumi M. Adaptive routing protocol with energy efficiency and event clustering for wireless sensor networks[J]. IEICE Transactions on Communications， 2010， E91.B（9）： 2795-2805.
[12]Boukerche A， Pazzi R W N， Araujo R B. HPEQahierarchical periodic， event-driven and query-based wireless sensor network protocol[C]// Proceedings ofthe IEEE Conference onLocal Computer Networks， 30th Anniversary， 2005： 560-567.
[13]Manjeshwar A，Agrawal D P. APTEEN： ahybrid protocol for efficient routing and comprehensive information retrieval in wireless sensor networks[C]//Proceedings of the International Parallel and Distributed Processing Symposium， 2002： 195-202.
关键词：嵌入式单片机；无线智能温室；ZigBee技术
一、绪论
温室智能化控制系统是近年来发展起来的设施节约型农业技术，在充分利用自然资源的基础上，通过计算机综合控制，调节环境中的湿度、温度、光照强度等因子来获得作物生长的最佳条件，从而达到作物增产、调节生长周期、改善品质、提高经济效益的目的。传统的温室环境测控系统由简单的单片机控制，系统运算能力低，难以完成复杂的控制算法。嵌入式单片微机系统不仅增加了温室系统的网络支持、并且其出发能力和系统的稳定性也有很大的提高。同时降低了系统开发的难度、成本和消耗、满足温室计算机控制系统日益复杂化的需要。嵌入式单片微机在农田设施的发展以及网络传输技术的发展使得农田信息得到精准的判断和实施的控制。
二、嵌入式系统单片机的发展
（一）嵌入式系统和单片机的发展。
嵌入式系统和单片机都起源于20世纪70年代，以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性的特点，以及表现出的智能化水平使得微型机被引入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。21世纪初，嵌入式计算机系统进入了单芯化的道路，即嵌入式系统独立发展的单片机的时代。其模式设计是完全按照嵌入式应用要求全新设计，满足嵌入式应用要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式等。嵌入式系统经过很长一段时间单片机发展的道路，不仅能够实现最底层的嵌入式系统的应用，网络、通信、多媒体的高端应用也可以通过嵌入式单片机系统实现。
（二）嵌入式单片微机在智能化温室中的发展和应用。
温室智能化控制系统是近年来发展起来的节约型农业技术，通过计算机综合控制，调节环境中的湿度、温度、光照强度等因子来获得作物生长的最佳条件，从而达到作物增产、调节生长周期、改善品质、提高经济效益的目的。嵌入式单片微机系统实现对温室环境的精准控制和检测，是智能化温室环境的核心。承载无线网络模块的单片机的开发为温室智能控制系统提供了网络技术支持，并且其使用成本低，系统稳定可靠等优点确定了其成为未来农田信息系统的发展趋势。
三、网络化智能温室系统的构成
（一）网络智能温室的分类。
智能化温室系统根据信息传输方式可分为有线通信方式和无线通信方式两种。有线通信方式主要有两种形式，CAN总线通信方式和基于掌上电脑的通信方式，这两种形式已被广泛应用于农业机械多传感器集成和农田信息采集；无线通信方式可分类为长距离通信和短距离通信。长距离通信主要借助于移动通讯网络如GSM，GPRS等，用于设备远程监控与农业信息远程采集。短距离通信方式如蓝牙、ZIGBEE、RFID等，两种温室各有其优缺点，应根据具体的设施环境和要求选择和合适的信息传输方式。
（二）网络化智能温室系统的结构。
网络型温室环境采集控制系统由智能模块为核心的采集控制系统和处理系统构成，两者通过局域网交换机连接。处理系统主要完成数据数据接收、显示处理、参数设置、查询与分析功能，采集控制系统主要完成空气湿度、叶面湿度、土壤温度、空气温度、光照强度、营养液液位、CO2浓度、EC值与PH值等温室传感器信息的实时采集、显示、和存储。
（1）采用CAN总线技术的有线智能化温室系统。
控制器局域网(Controller Area Network，简称CAN)总线是目前国外大型农机设备普遍采用的一种标准总线，已被国际标准化组织认证，其控制芯片已经商品化，而且性价比高，因此基于CAN总线技术的控制系统是农业信息传输系统向智能化发展的理想系统。
（2）无线温室环境控制系统。
在一些特殊环境采用有线方式传输数据是很困难的，甚至不可能的，此时采用无线方式能实现农田信息的自动测量和自动传输。ZigBee技术是一种最近发展起来的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，是一种短距离通信传播技术，广泛应用在温室系统中，其工作频带范围在21400---214835 GHz之间，采用IEEE80211514规范要求的直接序列扩频方式，数据速率达250kB／s。此外，短距离传输技术还有RFID技术，RFID即无线射频识别。一个RFID系统都是由3部分组成：阅读器、标签和天线。其原理是标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行相关数据处理。这种技术开始应用于湿度、光照、温度和振动等无线标签式传感器之中。
四、基于ZigBee技术的温室检测系统
ZigBee技术是近年来才兴起的无线网络通信技术。这种崭新无线网络通信技术具备低功耗、低成本、短时延、高容量等特点使ZigBee技术非常适合在无线数据传输、无线传感器网络等方面的应用，为农业设施远程测控系统从示范到实用的研究搭建了一个不可多得的技术平台。
IEEE 802.15．4标准支持多种网络拓扑结构，包括具有层次发散链式结构、主从工作模式的测控系统的结构，根据农业设施测控系统的特点，所设计的具有层次发散链式结构的系统框。
其中工控机完成命令的发送、数据的接收、综合分析处理、显示和报警。协调器处在工控机的第一层，以有线通信的方式与工控机通信，负责将其下位机上传的数据与自身的数据捆绑在一起以一定的格式存储在自身的存储空间，再以约定的方式上传给工控机。处在末梢的传感器只负责采集上传数据。。
上述基于ZigBee技术的系统实现了温室环境检测中的中主要参数(如土壤湿度、温度、空气湿度、土光照强度等)检测与控制系统的内部无线自组网。
五、基于嵌入式单片微机的无线智能温室的发展趋势
ZigBee技术应用在智能化温室测控系统中是嵌入式单片微机应用在农业工程中的一个具体实例。其表现了初期建设周期短、投资小、易于升级、易于重组，尤其是承载ZigBee技术的片上系统的―无线单片机CC2430的应用，使得系统可以灵活便捷地组成适应不同规模、不同情况、不同要求的温室设施测控系统，并且所构建的系统成本次、功耗低、稳定可靠、具有低复杂度。
有线传输和无线传输各有其优势和劣势，不同的无线通信网络技术适用场合、环境各异。实践证明一无线信息传输为技术的农田信息传输方式具有开发周期短，维护方便，成本低。可靠性高等优点，有很好的开发和应用前景，为未来实现温室测控系统中的信息传输的嵌入式、自动化、智能化与网络化奠定了基础。
参考文献:
[1]包长春，石瑞珍，马玉泉.基于ZigBee技术的农业设施测控系统的设计【J】农业工程学报 2007年.
[2]李栋，张林，徐保。无线温室信息监测系统设计【J】微计算机信息（嵌入式与SOC）2009年25卷.
关键词：井场环境监测；无线通信技术；ZigBee；数据采集
项目资助：本研究受油气消防四川省重点实验室开放基金项目（No. YQXF201602），2016国家级级大学生创新创业训练计划项目 （项目号：201610615030）资助。
1引言
随着能源危机的到来，对石油资源的长期、安全、高效开采，已成为大家研究的话题。井场环境条件恶劣，危险性高，需要监控参数多。由于对相关参数的控制不及时而造成的一些或大或小的事故，造成这些事故的原因除了所处地质的本身条件外，很多时候都是由于对采油参数的控制不及时而造成的。进入21世纪，他们不仅使用无线通信技术来对井场环境进行监测，而且在钻井技术方面也实现了自动化。但是在井场环境中有线方式在一些应用中存在一定局限性，如需经过强腐蚀地段等。因此无线通信技术得到高度重视。无线通信技术具有低功耗、低成本和动态性等优点[1]。它们能够很好的应用到环境无线监测，因此，研究基于无线传感网的井场环境监测系统具有十分重要的作用和意义。
2 井场环境无线监测系统的硬件设计
2.1 系统硬件的设计框架
本系统采用固定端采集模式，分为终端、路由器、协调器、上位机四部分。在网络中，传感器节点分布在井场内的各个地方，根据网络的覆盖性以及实际井场的面积，计算出总共需要多少个传感器节点。[2]这些传感器节点对井场环境的温湿度、光照强度以及各种有害气体进行实时采集。当协调器上电时，开始对网络进行建立，然后通过ZigBee的方式与传感器节点进行无线连接。系统组成如图1所示：
2.2 网络节点的硬件设计
2.2.1 网络节点整体设计
该设计针对的是井场环境参数的监测，井场环境一般较恶劣，需要采集的环境参数包括可燃气体（甲烷）、温湿度、光强、有毒气体硫化氢以及烟雾等等。在该设计中，整个网络的主控芯片采用CC2530，它能很好地适应井场环境的监测。除此之外，网络还应具有传感器模块、射频模块、电源模块、通信串口以及天线等来满足整个网络数据的无线通信功能[3]。传感器模块主要包括MQ-2型气体传感器、温湿度传感器SHT11、光电传感器和硫化氢传感器。传感器与CC2530芯片都集成在同一块PCB板子上。通信串口使用RS232。
2.2.2 传感器电路设计
本设计研究的井场环境无线监测系统，主要是对井场的环境参数进行采集、监测，需要对网络节点配置相应的传感器电路。传感器模块主要包括MQ-2型气体传感器、温湿度传感器SHT11、CH4传感器、光电传感器和硫化氢传感器。
2.2.3 串口通信电路
本设计的串口通信采用串行通信。这种通信方式可以节约通信成本，但是传输速度比并行慢。串口通信电路就是为了使协调器与上位机相连，通过上位机对数据进行显示。
2.2.4 其他电路
天线线路使通讯信号能从一节点通过无线方式发送至另一节点；电源转换电路使9V直流电压转换电路转换成5V直流电压与3.3V直流电压。
3 井场环境无线监测系统的软件设计
3.1 单片机端软件设计框架
单片机端软件的基本思想是：首先对整个系统上电复位初始化，然后启动A/D转换，该A/D转换器是利用CC2530的电路来实现的，利用相应的传感器对环境参数进行采集，将采集到的数据送给CC2530进行存储、数据处理，最后利用CC2530的RF收发器对数据进行发送，然后另外的CC2530进行接收。
3.2 上位机端软件设计框架
计算机端软件就是对数据进行无线接收，然后通过串口助手对其进行显示，再利用上位机对数据进行处理、保存、报警等功能。
3.3 上位机实现
在该设计中，利用的是LabVIEW来实现的，该界面包括用户登陆界面，串口配置界面，数据与波形显示界面，同时还具有数据保存功能。
4系统测试
4.1 模块测试
（1）数据采集模块测试
由于实验限制，本设计在测试的时候仅仅只选用了温湿度传感器SHT11和光电传感器。
（2）通信模块测试
利用两块CC2530模板，一个下载终端节点程序，一个下载协调器程序，并将协调器与上位机通过串口线连接。给协调器与终端节点上电，观察两个模块LED显示情况以及串口助手显示情况。通过模块测试，系统能够正常工作运行。
4.2 整体测试
此时点击文件路径处，选择文件保存的位置，当停止运行时，可以查看历史数据。该图显示每隔1秒采集一次参数，且节点1和节点2的参数能够很直观的显示，通^对历史参数的保存，就能对其进行数据分析，发现故障。
4.3环境实测
为了验证系统的可靠性，利用它在实验室外进行了测试。我们先完成终端、协调器与路由器的程序下载。之后，我们布置各终端节点、协调器、路由器。再对各节点进行供电，上位机采用电脑进行代替。随即，我们进行环境参数的采集。
测试结果表明，该系统能够对户外环境进行实时监测，当环境参数超过设定的值时，LabVIEW界面相应的位置就会进行报警。
5结论
本文介绍的基于ZigBee技术的井场环境无线监测系统。采用无线ZigBee技术作为传输方式，同时结合了虚拟仪器技术，对上位机界面进行了设计。经过现场实验表明，该套系统测试过程稳定，结果可靠，同时抗干扰能力较强。不仅如此，本系统还可以应用于多种户外环境参数的采集与监测。
参考文献
