WSN無線測量網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

一.內(nèi)容提要

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)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(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。

　　WSN技術(shù)作為無線測量技術(shù)的一個重要分支，正越來越多地受到廣大應(yīng)用工程師的青睞和關(guān)注，不僅在工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，而且在軍工、航空航天正被廣泛地應(yīng)用。WSN引領(lǐng)下的無線測量技術(shù)的前景是無限的，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)延伸到軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等多種領(lǐng)域，有些領(lǐng)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(luò)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(yīng)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(jìn)行選擇使用;而數(shù)據(jù)應(yīng)用部分實際上就是軟件系統(tǒng)，可根據(jù)應(yīng)用的需要進(jìn)行分類設(shè)計;核心的部分是數(shù)據(jù)處理單元，可根據(jù)應(yīng)用需要選擇單片機(jī)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(yīng)用部分，只需要一臺能夠上網(wǎng)的計算機(jī)，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(guān)系，從而有效避免了相互間的復(fù)雜干擾和資源分配，我想，這才是無線測量技術(shù)獲得大力發(fā)展的關(guān)鍵所在。

　　三.關(guān)鍵技術(shù)

　　毫無疑問，無線測量系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分就是數(shù)據(jù)處理單元，而最最關(guān)建的當(dāng)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(yuǎn)程通訊模塊。有關(guān)遠(yuǎn)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(nèi)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(shè)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(shù)有限公司設(shè)計的，主控芯片采用TI的CC1110方案，SMD結(jié)構(gòu)設(shè)計，為了適應(yīng)WSN網(wǎng)絡(luò)的需要，模塊內(nèi)部集成了射頻功放電路，最大射頻傳輸距離可以達(dá)到20dB，可以根據(jù)需要進(jìn)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(jī)工作模式，可以作為主控單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)備使用，從而實現(xiàn)主控計算機(jī)到WSN的無線連接。

　　四.具體應(yīng)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(yīng)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(dǎo)線的各種狀態(tài)，包括導(dǎo)線振動狀況、導(dǎo)線溫度狀況，如果采用傳統(tǒng)的有線測量技術(shù)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(luò)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(dǎo)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(yuǎn)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(jī)前實施線路監(jiān)控了。

　　WSN無線測量的另一個實際應(yīng)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(guān)聯(lián)一直是交通部門十分關(guān)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(guān)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(fù)雜而且破壞馬路的原始狀態(tài)，而現(xiàn)在使用了WSN網(wǎng)絡(luò)，使得設(shè)計非常簡單，只需要在你需要進(jìn)行監(jiān)測的地方挖個小孔放置WSN傳感器就可以了。

　　五.結(jié)束語

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