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邓艳明
（湖南中烟工业有限责任公司四平卷烟厂,吉林 四平 136001）
摘 要：当今环境污染问题已经严重制约了全球经济的发展和人类的健康.加强环境监测, 建立环保系统意义重大.文章将电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术综合应用于环境检测, 系统能够实时监测和采集网络覆盖区域中环境状况,并将信息进行处理,处理后的信息通过无线传输方式发送给终端设备.通过人机界面,实时的监测采样点的各种污染气体浓度 ,避免大气环境污染突发事件发生.
关键词：无线传感网；zigbee ；超低功耗；多传感器数据融合；数据发送；通信协议
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）13-0065-02
随着社会经济的飞速发展,环境问题也日益突出,成为当今社会的主要问题之一.当今环境污染问题已经严重制约了全球经济的发展和人类的健康.每年因环境问题造成全球的经济损失达数千亿美元,酸雨造成了大量植物的坏死、污水的排放造成了人员伤亡及海水负营养化、许多岛国因温室效应造成的海平面上涨而面临着消失的危险.增强环保意识,保护环境势在必行.
一、国内外研究现状
世界各国也投入了大量的人力、物力、财力进行环境监测方面的研究.国内多采用传统人工取样实验室分析法和便携式气体分析仪现场监测法对监测区域进行监测.只能监测到某段时间内气体的平均浓度,不能提供实时值,监测的结果受人为影响很大.数据不容易保存,不具备网络共享性,监测的效果不能达到对环境保护的作用.国外采用建立固定的环境监测站对监测区域进行监测.能起到实时监测,但由于气体、液体的腐蚀,信号线易被破坏,对信号线的传输产生干扰,不能准确监测.没有对外在因素进行排除干扰,布线监测也是一种物力财力的投入,建立最优系统监测模型是困难的.
二、无线传感网络的环境监测系统技术特点
(一)多传感器数据融合技术
每个节点采集到两种数据,是某一段区域的数据.因为传感器采集到的数据大部分是静态数据,对于环境感知而言,动态数据才是最重要的.这就要求节点自身能对先前采集到的数据进行过滤筛选,分离出有用的数据再传输给相邻的网关节点.主机进行决策需要融合传感器节点的数据.
(二)数据发送模式
每个节点都有要具备接收和发射功能,实现数据的传输通信.因为实际环境复杂,多数情况时比较恶劣的,要保证稳定可靠地无线收发数据,需要对天线、发射功率、灵敏度、收发距离设计.多种数据发送模式的配合使用.数据异常时的实时跟踪发送、数据稳定时的定时发送、工作人员发指令进行查询时的数据及时发送,不仅能使处理器得到休眠,降低了功耗,提高了使用寿命,还有效避免了大量无用数据的产生,有效提高了处理器的运行速度.
(三)系统超低功耗技术
传感器网络节点需分布在环境的各个角落,必须采用微电池供电,要保证系统一定的寿命就必须实现超低功耗.可以从两方面解决：一是选用超低功耗的器件；二是实现多种工作状态,如发射状态、接收状态、采集数据状态、睡眠状态等.同时,环境中的监测事件具有很强的偶发性,节点上所有的工作单元没有必要时刻保持在正常的工作状态.节点的主要功耗器件如处理器、传感器、无线收发器大部分时间都工作在休眠状态,必要时才唤醒,实现最大限度的节能.系统低功耗设计.休眠技术、多种数据发送模式的配合使用、优化的硬件设计以及电子元件的选材使得系统功耗降至最低,实现了节能的目的,也有效减少了由于换电源而带来的人为干扰.
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(四)基于zigbee 通信协议的技术
Zigbee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案.Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分：数据传输速率低、功耗低、网络容量大、延时短、安全、工作段灵活等.
（五）基于VC 的上位机实时监控软件的设计与开发可实现数据的显示、曲线图、报表、数据库等功能.相比于传统的LED显示甚至手抄记录数据,其优点不言而喻.
三、系统组成
基于无线传感器网络的环境监测系统（图1）主要由硬件部分和软件部分组成.硬件部分包括多个传感器节点、一个网关节点、基站和数据服务器组成,硬件由串口通信、数据转换和修正、数据统计和存储等三个功能模块组成.具有结构紧凑、易于布置、易于维护、论文范文便宜、测量精度高等优点.
(一)传感器节点
在所需监测区域环境质量的区域分布有大量环境监测所需传感器、论文范文处理器、无线收发器和高效电池组成的微型模块（图2）.
传感器模块：传感器的体积小,功耗低,论文范文电路简单,同时具有很强的稳定性和抗干扰性.无线收发模块：采用挪威Chipcon公司生产的zigbee芯片CC2420.它具有体积小,功耗低（接收模式下18.8mA,发送模式下17.4mA）,灵敏度高,传输速率高（250kbps）等特点.CC2420芯片的SPI接口能够很方便的实现与主控芯片的通信,方便对CC2420的操作和控制；CPU：采用51系列单片机,其处理速度和内存均能满足要求,而且成本低,功耗小、技术成熟；电源模块：对传感器节点的运行提供电源.
(二)网关节点
网关节点有无线收发模块、微处理器模块和电源模块组成.
无线收发模块有两部分组成：一是CC2420芯片,实现与传感器模块的链接；二是射频AT86RF230芯片,实现与基站无线通信.微处理器采用论文范文R的ATmega1281芯片,此芯片具有丰富的内部资源和论文范文扩展接口.
(三)基站
它通过计算机串口与上位机进行通信.基站是指挥中心与传感器网络的一个中转站,负责发送上层命令（如查询、分配 ID地址等）、接收下层节点的请求和数据,具有数据融合、请求仲裁、选择路由协议等功能,是无线网络中最重要的一部分.同时,用VC进行监控软件的设计开发,来达到实时曲线、报表、报警、联网等功能也是在此处实现的.
参考文献
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作者简介：邓艳明（1979-）,男,吉林四平人,湖南中烟工业有限责任公司四平卷烟厂助理工程师,研究方向：卷烟.
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传感器引用文献:
[1] 传感器检测数据失误的危害相关论文
[2] 传感器论文选题范文 传感器论文题目怎么定
[3] 容易写的生物传感器论文题目 生物传感器毕业论文题目怎样定
