基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)

摘要：通過分析傳統(tǒng)傳感器實(shí)驗(yàn)平臺的技術(shù)構(gòu)成，以及其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)模式存在的移動性不足的缺限，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，對傳統(tǒng)傳感器實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，可同時(shí)滿足傳統(tǒng)傳感器實(shí)驗(yàn)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。相關(guān)教學(xué)實(shí)踐表明，該改造成果使學(xué)生更好地加強(qiáng)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(xùn)練。
關(guān)鍵詞：傳感器；實(shí)驗(yàn)平臺；ZigBee；改進(jìn)

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(biāo)和測量環(huán)境差異很大，并且相應(yīng)的檢測系統(tǒng)構(gòu)成也不盡相同，往往在傳感器實(shí)驗(yàn)室中要準(zhǔn)備多套實(shí)驗(yàn)裝置。在傳統(tǒng)的學(xué)校傳感器教學(xué)環(huán)境中，裝置復(fù)雜性比工程應(yīng)用環(huán)境下的設(shè)備要簡單許多，且實(shí)驗(yàn)僅能在固定工位進(jìn)行，無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量或移動性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，使得開展的實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占多數(shù)。除此之外，更存在傳統(tǒng)傳感器實(shí)驗(yàn)室開展的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的工程應(yīng)用能力難以得到有效培養(yǎng)的問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)、通信可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大，時(shí)延短的特點(diǎn)，并且其應(yīng)用目標(biāo)本就是針對傳感器領(lǐng)域的，將它應(yīng)用于傳感器實(shí)驗(yàn)平臺的改進(jìn)設(shè)計(jì)中是順理成章的，從而彌補(bǔ)傳統(tǒng)傳感器實(shí)驗(yàn)室的移動性不強(qiáng)的不足。

1 傳感器實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)思路
在確保不降低傳統(tǒng)傳感器實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)驗(yàn)方便性和效果的前提下，發(fā)揮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，增加實(shí)驗(yàn)的移動性，使其適應(yīng)可變環(huán)境的實(shí)驗(yàn)開展，從而改善學(xué)生的工程應(yīng)用體驗(yàn)，并提高實(shí)驗(yàn)室使用和管理的便利性。
1．1 傳統(tǒng)傳感器實(shí)驗(yàn)平臺的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
傳統(tǒng)傳感器實(shí)驗(yàn)平臺通常由一套多種傳感器、數(shù)據(jù)采集卡及上位機(jī)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(jī)顯示或處理。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(diǎn)是系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)層次清楚，但整套設(shè)備圍繞實(shí)驗(yàn)工位布置，約束了實(shí)驗(yàn)空間僅局限于實(shí)驗(yàn)臺附近，一些遠(yuǎn)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(luò)的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺
采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的傳感器實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，而配置一臺電腦作為協(xié)調(diào)器，構(gòu)成星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)(如圖2所示，圖中只示意出一個(gè)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(shí)驗(yàn)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。