WSN技術和無線測量技術的完整技術

一.名詞釋義

無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network, WSN）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(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網(wǎng)絡的三個要素。作為無線自組雙向通信網(wǎng)絡，傳感器網(wǎng)絡能以最大的靈活性自動完成不規(guī)則分布的各種傳感器與控制節(jié)點的組網(wǎng)。

WSN技術作為無線測量技術的一個重要分支，正越來越多地受到廣大應用工程師的青睞和關注，不僅在工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等領域，而且在軍工、航空航天正被廣泛地應用。WSN引領下的無線測量技術的前景是無限的，其應用領域已經(jīng)延伸到軍事、航空、反恐、防爆、救災、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等多種領域，有些領域已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略的高度。

二．方案介紹

一個完整的無線測量網(wǎng)絡無非有三部份組成：傳感器部分（WSN），數(shù)據(jù)處理部分，數(shù)據(jù)應用部分。見圖1所示。

傳感器部分就是WSN---無線傳感器，可以根據(jù)現(xiàn)場需求進行選擇使用；而數(shù)據(jù)應用部分實際上就是軟件系統(tǒng)，可根據(jù)應用的需要進行分類設計；核心的部分是數(shù)據(jù)處理單元，可根據(jù)應用需要選擇單片機或ARM系統(tǒng)。

無線測量系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)也是很重要的，對WSN部分，肯定由電池供電，而對數(shù)據(jù)應用部分，只需要一臺能夠上網(wǎng)的計算機，而數(shù)據(jù)處理部分可根據(jù)實際需要采用不同的供電系統(tǒng)。

從上圖中我們可以看到，無線測量系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是三個部分互相沒有硬聯(lián)接，換句話說它們之間除了數(shù)據(jù)交換之外，沒有任何物理的關系，從而有效避免了相互間的復雜干擾和資源分配，我想，這才是無線測量技術獲得大力發(fā)展的關鍵所在。

三．關鍵技術

毫無疑問，無線測量系統(tǒng)中最關鍵的部分就是數(shù)據(jù)處理單元，而最最關建的當然就是兩個無線通訊模塊了，一個是短距離通訊模塊，一個是遠程通訊模塊。有關遠程通訊模塊的文章和產(chǎn)品很多，在這兒就不敘述了，產(chǎn)品也有很多，國外的有SIMENS、SIMCOM、WAVECOM等，國內的有華為、中興、有方等等，客戶可以根據(jù)需要選擇性價比良好的產(chǎn)品。這里主要介紹一下由我公司鼎立設計的短距離通訊模塊---WT3224。

WT3224模塊是由北京沃英泰科電子信息技術有限公司設計的，主控芯片采用TI的CC1110方案，SMD結構設計，為了適應WSN網(wǎng)絡的需要，模塊內部集成了射頻功放電路，最大射頻傳輸距離可以達到20dB，可以根據(jù)需要進行選擇使用。WT3224有兩種工作模式，一是獨立工作模式，獨立工作模式下模塊自主工作，實現(xiàn)真正的WSN功能；另一種是聯(lián)機工作模式，可以作為主控單片機的標準串口設備使用，從而實現(xiàn)主控計算機到WSN的無線連接。

四．具體應用

根據(jù)無線測量的完整方案，我們已經(jīng)成功地將上述方案應用到兩個系統(tǒng)中，它們分別是輸電線路綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)和道路交通信息在線監(jiān)測系統(tǒng)。

輸電線路綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)電力系統(tǒng)輸電線路運行中的各種狀態(tài)參數(shù)，如輸電導線的各種狀態(tài)，包括導線振動狀況、導線溫度狀況，如果采用傳統(tǒng)的有線測量技術肯定是不行的，因為不可能在具有高電壓、高惡劣環(huán)境、高干擾的輸電線路去布線走模擬數(shù)據(jù)通道，所以使用WSN網(wǎng)絡可以很容易地實現(xiàn)，只需要把完全獨立的WSN傳感器掛在需要測量的輸電導線上，然后把數(shù)字化的數(shù)據(jù)發(fā)給數(shù)據(jù)集中器，再通過遠程傳輸功能把數(shù)據(jù)送到監(jiān)控中心，這樣就可以坐在辦公室的計算機前實施線路監(jiān)控了。

WSN無線測量的另一個實際應用是道路交通信息在線監(jiān)測系統(tǒng)，如何實現(xiàn)對道路交通信息的監(jiān)測，既簡單又方便地監(jiān)測各條道路的實際交通狀態(tài)以及相互之間的關聯(lián)一直是交通部門十分關心的，如道路車流量、車速、車型狀態(tài)，道路環(huán)境信息和車流量車速的關聯(lián)情況等等，傳統(tǒng)的辦法常常是開挖馬路、布線，不僅非常復雜而且破壞馬路的原始狀態(tài)，而現(xiàn)在使用了WSN網(wǎng)絡，使得設計非常簡單，只需要在你需要進行監(jiān)測的地方挖個小孔放置WSN傳感器就可以了。

五．結束語

WSN和無線測量技術的應用是廣泛的，它正顛覆了傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)結構，希望本文起動一個拋磚引玉的作用，為WSN技術在中國的蓬勃發(fā)展貢獻自己的力量。