基于無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)的傳感器實驗平臺設(shè)計

摘要：通過分析傳統(tǒng)傳感器實驗平臺的技術(shù)構(gòu)成，以及其相關(guān)的實驗模式存在的移動性不足的缺限，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡的特點，對傳統(tǒng)傳感器實驗平臺進行改進設(shè)計和實現(xiàn)，可同時滿足傳統(tǒng)傳感器實驗和無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)實驗教學的需要。相關(guān)教學實踐表明，該改造成果使學生更好地加強了對傳感器與檢測系統(tǒng)的整體概念的理解和相關(guān)技能的訓練。
關(guān)鍵詞：傳感器；實驗平臺；ZigBee；改進

0 引言
傳感器種類繁多，且不同類型傳感器的工作原理、測量目標和測量環(huán)境差異很大，并且相應的檢測系統(tǒng)構(gòu)成也不盡相同，往往在傳感器實驗室中要準備多套實驗裝置。在傳統(tǒng)的學校傳感器教學環(huán)境中，裝置復雜性比工程應用環(huán)境下的設(shè)備要簡單許多，且實驗僅能在固定工位進行，無法進行遠距離測量或移動性強的實驗，使得開展的實驗中驗證性實驗占多數(shù)。除此之外，更存在傳統(tǒng)傳感器實驗室開展的實驗中，學生的工程應用能力難以得到有效培養(yǎng)的問題。無線傳感器網(wǎng)絡是傳感器領(lǐng)域與信息技術(shù)深度結(jié)合的技術(shù)產(chǎn)物，其具有移動性強、通信可靠、網(wǎng)絡容量大，時延短的特點，并且其應用目標本就是針對傳感器領(lǐng)域的，將它應用于傳感器實驗平臺的改進設(shè)計中是順理成章的，從而彌補傳統(tǒng)傳感器實驗室的移動性不強的不足。

1 傳感器實驗平臺的設(shè)計思路
在確保不降低傳統(tǒng)傳感器實驗平臺的實驗方便性和效果的前提下，發(fā)揮無線傳感器網(wǎng)絡的優(yōu)勢，增加實驗的移動性，使其適應可變環(huán)境的實驗開展，從而改善學生的工程應用體驗，并提高實驗室使用和管理的便利性。
1．1 傳統(tǒng)傳感器實驗平臺的基本結(jié)構(gòu)和特點
傳統(tǒng)傳感器實驗平臺通常由一套多種傳感器、數(shù)據(jù)采集卡及上位機界面顯示軟件組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，各種類型傳感器的輸出的電信號，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后，由數(shù)據(jù)采集卡通過USB接口將其輸入到上位機顯示或處理。學生在做實驗時，可根據(jù)需要調(diào)用不同的界面程序，顯示或處理不同類型的傳感器檢測數(shù)據(jù)，或者直接用萬用表或示波器觀察傳感器輸出的電信號即可。其基本構(gòu)成特點是系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)層次清楚，但整套設(shè)備圍繞實驗工位布置，約束了實驗空間僅局限于實驗臺附近，一些遠距離測量和移動性要求高的測量場合難以得到滿足。

1．2 基于無線傳感器網(wǎng)絡的傳感器實驗平臺
采用ZigBee無線網(wǎng)絡的傳感器實驗平臺，各種類型的傳感器仍通過原有方式接入采集儀，各工位的采集儀作為ZigBee終端節(jié)點，而配置一臺電腦作為協(xié)調(diào)器，構(gòu)成星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(如圖2所示，圖中只示意出一個工位的終端)，并可通過該協(xié)調(diào)器接入局域網(wǎng)，這樣所有實驗工位的顯示和處理終端則可在該局域網(wǎng)內(nèi)訪問所有的采集儀終端。