什么是無線傳感器，無線傳感器的應(yīng)用，無線傳感器的工作原理

　　什么是無線傳感器？

　　無線傳感器的組成模塊封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，在工作時(shí)它將由電池或振動(dòng)發(fā)電機(jī)提供電源，構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，由隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微型節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。

　　它可以采集設(shè)備的數(shù)字信號(hào)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的無線網(wǎng)關(guān)，直接送入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行分析處理。如果需要，無線傳感器也可以實(shí)時(shí)傳輸采集的整個(gè)時(shí)間歷程信號(hào)。

　　監(jiān)控中心也可以通過網(wǎng)關(guān)把控制、參數(shù)設(shè)置等信息無線傳輸給節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊把傳感器輸出的微弱信號(hào)經(jīng)過放大，濾波等調(diào)理電路后，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，送到主處理器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，計(jì)算出傳感器的有效值，位移值等。

　　無線傳感器的工作原理：

　　WSN一般都包括一臺(tái)主機(jī)或者“網(wǎng)關(guān)”，其通過一個(gè)無線電通信鏈路與大量無線傳感器進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)收集工作在無線傳感器節(jié)點(diǎn)完成，被壓縮后，直接傳輸給網(wǎng)關(guān)，或者如果有要求，也可以利用其他無線傳感器節(jié)點(diǎn)來將數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)關(guān)。

　　之后，網(wǎng)關(guān)保證該數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)。

　　每個(gè)無線傳感器都被看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，擁有無線通信能力，同時(shí)還具有一定的信號(hào)處理與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的智能。

　　根據(jù)應(yīng)用的類型，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以有一個(gè)指定的地址。下圖顯示了某個(gè)節(jié)點(diǎn)的通用結(jié)構(gòu)圖。它一般會(huì)包括一個(gè)傳感裝置、一個(gè)數(shù)據(jù)處理微控制器，以及一個(gè)無線連接RF模塊。根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)定義，RF模塊可以起到一個(gè)簡(jiǎn)單發(fā)射器或者收發(fā)器（TX/RX）的作用。

　　進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，注意電流消耗和處理能力非常的重要。微控制器的內(nèi)存非常依賴于所使用的軟件棧。

　　無線傳感器的在哪些方面廣泛應(yīng)用：

　　傳感器節(jié)點(diǎn)可以連續(xù)不斷地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、事件檢測(cè)、事件標(biāo)識(shí)、位置監(jiān)測(cè)和節(jié)點(diǎn)控制，傳感器節(jié)點(diǎn)的這些特性和無線連接方式使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣闊，能夠廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、健康護(hù)理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復(fù)雜機(jī)械監(jiān)控、城市交通、空間探索、大型車間和倉(cāng)庫(kù)管理，以及機(jī)場(chǎng)、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深人研究和廣泛應(yīng)用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸深入到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域而受到業(yè)內(nèi)人士的重視。

　　在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

　　在環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣情況、家畜和家禽的環(huán)境和遷移狀況、無線土壤生態(tài)學(xué)、大面積的地表監(jiān)測(cè)等，可用于行星探測(cè)、氣象和地理研究、洪水監(jiān)測(cè)等?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以通過數(shù)種傳感器來監(jiān)測(cè)降雨量、河水水位和土壤水分，并依此預(yù)測(cè)山洪爆發(fā)描述生態(tài)多樣性，從而進(jìn)行動(dòng)物棲息地生態(tài)監(jiān)測(cè)。還可以通過跟蹤鳥類、小型動(dòng)物和昆蟲進(jìn)行種群復(fù)雜度的研究等。

　　隨著人們對(duì)環(huán)境的日益關(guān)注，環(huán)境科學(xué)所涉及的范圍越來越廣泛。通過傳統(tǒng)方式采集原始數(shù)據(jù)是一件困難的工作。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為野外隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了方便，特別是如下幾方面：將幾百萬個(gè)傳感器散布于森林中，能夠?yàn)樯只馂?zāi)地點(diǎn)的判定提供最快的信息;傳感器網(wǎng)絡(luò)能提供遭受化學(xué)污染的位置及測(cè)定化學(xué)污染源，不需要人工冒險(xiǎn)進(jìn)入受污染區(qū);判定降雨情況，為防洪抗旱提供準(zhǔn)確信息;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣污染、水污染以及土壤污染;監(jiān)測(cè)海洋、大氣和土壤的成分。

　　Crossbow的MEP系列就是其中之一。這是一種小型的終端用戶網(wǎng)絡(luò)，主要用來進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)。該系統(tǒng)包括了2個(gè)MEP410環(huán)境傳感器節(jié)點(diǎn)，4個(gè)MEP510濕度/溫度傳感器。溫度壓力傳感器是由溫度敏感元件和檢測(cè)線路組成的。溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測(cè)物體接觸，來敏感被測(cè)物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測(cè)物體離開一定的距離，檢測(cè)從待測(cè)物體放射出的紅外線，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及半導(dǎo)體溫度傳感器都是將溫度值經(jīng)過一定的接口電路轉(zhuǎn)換后輸出模擬電壓或電流信號(hào)，利用這些電壓或電流信號(hào)即可進(jìn)行測(cè)量控制。而將模擬溫度傳感器與數(shù)字轉(zhuǎn)換接口電路集成在一起，就成為具有數(shù)字輸出能力的數(shù)字溫度傳感器。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體溫度傳感器與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路、接口電路以及各種其它功能電路逐漸集成在一起，形成了功能強(qiáng)大、精確、價(jià)廉的數(shù)字溫度傳感器。

　　在交通管理中的應(yīng)用

　　在交通管理中利用安裝在道路兩側(cè)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面狀況、積水狀況以及公路的噪音、粉塵、氣體等參數(shù)，達(dá)到道路保護(hù)、環(huán)境保護(hù)和行人健康保護(hù)的目的。

　　1995年，美國(guó)交通部提出了“國(guó)家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃”，預(yù)計(jì)到2025年全面投入使用。這種新型系統(tǒng)將有效地使用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交通管理，不僅可以使汽車按照一定的速度行駛、前后車距自動(dòng)地保持一定的距離，而且還可以提供有關(guān)道路堵塞的最新消息，推薦最佳行車路線以及提醒駕駛員避免交通事故等。

　　由于該系統(tǒng)將應(yīng)用大量的傳感器與各種車輛保持聯(lián)系，人們可以利用計(jì)算機(jī)來監(jiān)視每一輛汽車的運(yùn)行狀況，如制動(dòng)質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)間等。根據(jù)具體情況，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，使車輛保持在高效低耗的最佳運(yùn)行狀態(tài)，并就潛在的故障發(fā)出警告，或直接與事故搶救中心取得聯(lián)系。目前在美國(guó)的賓西法尼亞州的匹茲堡市就已經(jīng)建成有這樣的交通信息系統(tǒng)，并且通過電臺(tái)等媒體附帶產(chǎn)生了一定商業(yè)價(jià)值。

　　道路兩側(cè)的傳感器結(jié)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路破損、路面不平等情況，在暴雨時(shí)可以監(jiān)測(cè)路面積水情況，并將這些數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)的發(fā)送到相關(guān)部門，便于相關(guān)部門對(duì)道路進(jìn)行檢修或者發(fā)布道路積水警報(bào)及進(jìn)行險(xiǎn)情排除等工作。道路兩側(cè)的傳感器結(jié)點(diǎn)還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公路附近的環(huán)境狀況，例如噪音、粉塵及有毒氣體濃度等參數(shù)，并通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送出去，便于有關(guān)部門對(duì)道路情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。Senera的系統(tǒng)，可用于監(jiān)測(cè)橋梁、高架橋、高速公路等道路環(huán)境。對(duì)許多老舊的橋梁，橋墩長(zhǎng)期受到水流的沖刷，傳感器能放置在橋墩底部用以感測(cè)橋墩結(jié)構(gòu);也可放置在橋梁兩側(cè)或底部，搜集橋梁的溫度、濕度、震動(dòng)幅度、橋墩被侵蝕程度等，能減少斷橋所造成生命財(cái)產(chǎn)的損失。在舊金山，200個(gè)聯(lián)網(wǎng)微塵已被部署在金門大橋，這些微塵用于確定大橋從一邊到另一邊的擺動(dòng)距離——可以精確到在強(qiáng)風(fēng)中為幾英尺。當(dāng)微塵檢測(cè)出移動(dòng)距離時(shí)，它將把該信息通過微型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞出去，信息最后到達(dá)一臺(tái)更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，任何與當(dāng)前天氣情況不吻合的異常讀數(shù)都可能預(yù)示著大橋存在安全隱患，系統(tǒng)將根據(jù)這一信息通知工程師對(duì)其進(jìn)行修繕，以確保橋梁在遭受地震或其他自然災(zāi)害時(shí)仍保持完好無損。

　　智能交通系統(tǒng)（ITS） 是在傳統(tǒng)的交通體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型交通系統(tǒng)，它將信息、通信、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及其他現(xiàn)代通信技術(shù)綜合應(yīng)用于交通領(lǐng)域，并將“人-車-路-環(huán)境”有機(jī)地結(jié)合在一起。在現(xiàn)有的交通設(shè)施中增加一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將能夠從根本上緩解困擾現(xiàn)代交通的安全、通暢、節(jié)能和環(huán)保等問題，同時(shí)還可以提高交通工作效率。因此，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)已經(jīng)成為近幾年來的研究熱點(diǎn)。智能交通系統(tǒng)主要包括交通信息的采集、交通信息的傳輸、交通控制和誘導(dǎo)等幾個(gè)方面。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以為智能交通系統(tǒng)的信息采集和傳輸提供一種有效手段，用來監(jiān)測(cè)路面與路口各個(gè)方向上的車流量、車速等信息。它主要由信息采集輸入、策略控制、輸出執(zhí)行、各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸與通信等子系統(tǒng)組成。信息采集子系統(tǒng)主要通過傳感器來采集車輛和路面信息，然后由策略控制子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)，并運(yùn)用計(jì)算方法計(jì)算出最佳方案，同時(shí)輸出控制信號(hào)給執(zhí)行子系統(tǒng)，以引導(dǎo)和控制車輛的通行，從而達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中還可以用于交通信息發(fā)布、電子收費(fèi)、車速測(cè)定、停車管理、綜合信息服務(wù)平臺(tái)、智能公交與軌道交通、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)和綜合信息平臺(tái)等技術(shù)領(lǐng)域。

　　在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護(hù)理中的應(yīng)用

　　當(dāng)前很多國(guó)家都面臨著人口老齡化的問題，我國(guó)老齡化速度更居全球之首。中國(guó)60歲以上的老年人已經(jīng)達(dá)到1.6億，約占總?cè)丝诘?2%，80歲以上的老年人達(dá)1805萬，約占老年人口的總數(shù)11.29%。一對(duì)夫婦贍養(yǎng)四位老人、生育一個(gè)子女的家庭大量出現(xiàn)，使贍養(yǎng)老人的壓力進(jìn)一步加大。“空巢老人”在各大城市平均比例已達(dá)30%以上，個(gè)別大中城市甚至已超過50%。這對(duì)于中國(guó)傳統(tǒng)的家庭養(yǎng)老方式提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

　　無線傳感網(wǎng)技術(shù)通過連續(xù)監(jiān)測(cè)提供豐富的背景資料并做預(yù)警響應(yīng)，不僅有望解決這一問題還可大大提高醫(yī)療的質(zhì)量和效率。無線傳感網(wǎng)集合了微電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信和分布式信息處理等技術(shù)，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)同完成對(duì)各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集。是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的，涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。

　　近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護(hù)理方面已有很多應(yīng)用，例如，監(jiān)測(cè)人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院中醫(yī)生和患者的行動(dòng)，以及醫(yī)院的藥物管理等。如果在住院病人身上安裝特殊用途的傳感器結(jié)點(diǎn)，例如心率和血壓監(jiān)測(cè)設(shè)備，醫(yī)生就可以隨時(shí)了解被監(jiān)護(hù)病人的病情，在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)能夠迅速搶救。羅切斯特大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，這些計(jì)算機(jī)甚至可以用于醫(yī)療研究?？茖W(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個(gè) “智能醫(yī)療之家”，即一個(gè)5間房的公寓住宅，在這里利用人類研究項(xiàng)目來測(cè)試概念和原型產(chǎn)品。“智能醫(yī)療之家”使用微塵來測(cè)量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢(shì)以及每天24小時(shí)的活動(dòng)狀況。所搜集的數(shù)據(jù)將被用于開展以后的醫(yī)療研究。通過在鞋、家具和家用電器等設(shè)備中嵌入網(wǎng)絡(luò)傳感器，可以幫助老年人、重病患者以及殘疾人的家庭生活。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理，而且可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)，提高護(hù)理質(zhì)量。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間的收集人的生理數(shù)據(jù)，可以加快研制新藥品的過程，而安裝在被監(jiān)測(cè)對(duì)象身上的微型傳感器也不會(huì)給人的正常生活帶來太多的不便。此外，在藥物管理等諸多方面，它也有新穎而獨(dú)特的應(yīng)用。

　　在信息家電設(shè)備中的應(yīng)用

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及，促進(jìn)了信息家電、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備已由單一機(jī)向多種家電設(shè)備擴(kuò)展，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)為家庭內(nèi)、外部網(wǎng)絡(luò)的連接及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間信息家電和設(shè)備的連接提供了一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。

　　在家電中嵌入傳感器結(jié)點(diǎn)，通過無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，將為人們提供更加舒適、方便和更人性化的智能家居環(huán)境。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程遙控，也可以通過圖像傳感設(shè)備隨時(shí)監(jiān)控家庭安全情況。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可以建立智能幼兒園，監(jiān)測(cè)兒童的早期教育環(huán)境，以及跟蹤兒童的活動(dòng)軌跡。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)利用現(xiàn)有的因特網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)和電話網(wǎng)將室內(nèi)環(huán)境參數(shù)、家電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息告知住戶，使住戶能夠及時(shí)了解家居內(nèi)部情況，并對(duì)家電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部和外界的信息傳遞，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使住戶不但可以在任何可以上網(wǎng)的地方通過瀏覽器監(jiān)控家中的水表、電表、煤氣表、電器熱水器、空調(diào)、電飯煲等，安防系統(tǒng)煤氣泄露報(bào)警系統(tǒng)、外人侵入預(yù)警系統(tǒng)等，而且可通過瀏覽器設(shè)置命令，對(duì)家電設(shè)備遠(yuǎn)程控制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成每個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)一種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，從而形成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)接入因特網(wǎng)系統(tǒng)，采用一種基于星形結(jié)構(gòu)的混合星形無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型。傳感器節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，模塊采集戶內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度、濕度等，由通信路由協(xié)議直接或間接地將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)方的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

　　目前，國(guó)內(nèi)外主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的低功耗硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和拓?fù)淇刂?、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、定位技術(shù)等。以檢測(cè)光線強(qiáng)度的傳感器為例，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)傳感器所檢測(cè)的光線強(qiáng)弱來關(guān)閉或開啟指示燈。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，普通節(jié)點(diǎn)將它采集的光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將含有控制變量的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給帶有指示燈接點(diǎn)的同時(shí)，還可以通過串口將光強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。通過安裝存計(jì)算機(jī)上的后臺(tái)軟件，可以看出光強(qiáng)度信號(hào)的變化。通過遮蓋光強(qiáng)傳感器可以改變采集到的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，當(dāng)光強(qiáng)度比較低時(shí)曲線下降，反之曲線上升。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、短程無線通信技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)不需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，不需要原先任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，能夠快速布置，方便調(diào)整，并且具有很好的可維護(hù)性和拓展性。

　　在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

　　農(nóng)業(yè)是無線傳感器網(wǎng)路使用的另一個(gè)重要領(lǐng)域。為了研究這種可能性，英特爾率先在俄勒岡州建立了第一個(gè)無線葡糖園。傳感器被分布在葡萄園的每個(gè)角落，每隔一分鐘檢測(cè)一次土壤溫度，以確保葡萄可以健康生長(zhǎng)，進(jìn)而獲得大豐收。以后，研究人員將實(shí)施一種系統(tǒng)，用于監(jiān)視每一傳感器區(qū)域的溫度，或該地區(qū)有害物的數(shù)量。他們甚至計(jì)劃在家畜（如狗）上使用傳感器，以便可以在巡邏時(shí)搜集必要信息。這些信息將有助于開展有效的灌溉和噴灑農(nóng)藥，進(jìn)而降低成本和確保農(nóng)場(chǎng)獲得高效益。

　　據(jù)媒體報(bào)道，國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“西北優(yōu)勢(shì)農(nóng)作物生產(chǎn)精準(zhǔn)管理系統(tǒng)”實(shí)施以來，主要針對(duì)西部地區(qū)優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品蘋果、獼猴桃、丹參和甜瓜、番茄等主要農(nóng)作物，以及西部干旱少雨的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)開展專項(xiàng)技術(shù)研究、系統(tǒng)集成與典型應(yīng)用示范，成功將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成功應(yīng)用于精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。這個(gè)實(shí)時(shí)采集作物生長(zhǎng)環(huán)境的傳感網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了新的技術(shù)支撐。在項(xiàng)目實(shí)施中，承擔(dān)單位之一的西北工業(yè)大學(xué)利用在傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)出可實(shí)時(shí)采集大氣溫濕度、CO2濃度、土壤溫濕度的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

　　系統(tǒng)由感知節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、通信服務(wù)器、基于WEB 的監(jiān)控中心、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、交互式農(nóng)戶生產(chǎn)指導(dǎo)平臺(tái)組成。系統(tǒng)已應(yīng)用于安塞、楊凌、閻良日光溫室的番茄、甜瓜等設(shè)施作物，洛川蘋果、周至獼猴桃、商洛丹參。眾多的感知節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集作物生長(zhǎng)環(huán)境信息，以自組織網(wǎng)絡(luò)形式將信息發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，由匯聚節(jié)點(diǎn)通過GPRS上傳到互聯(lián)網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)分析處理相關(guān)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生生產(chǎn)指導(dǎo)建議，并以短消息方式通知農(nóng)戶。系統(tǒng)還可遠(yuǎn)程控制溫室的滴灌、通風(fēng)等設(shè)備，按照專家系統(tǒng)的建議實(shí)行溫度、水分等自動(dòng)化管理操作。西北農(nóng)林科技大學(xué)面向西部?jī)?yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品精準(zhǔn)化生產(chǎn)需求和西北地區(qū)主要農(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境特點(diǎn)，研究以蘋果、獼猴桃、甜瓜、番茄、丹參為代表的西部?jī)?yōu)勢(shì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育模擬模型及精準(zhǔn)的量化管理指標(biāo)，已建立了以上各作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　針對(duì)優(yōu)質(zhì)果業(yè)和中草藥精準(zhǔn)管理，建立了生產(chǎn)地氣候數(shù)據(jù)生成模擬模型、以溫度、光照為主要驅(qū)動(dòng)因子的發(fā)育進(jìn)程模擬模型，丹參主莖葉齡動(dòng)態(tài)發(fā)育模型、丹參光合生產(chǎn)與干物質(zhì)積累模型。通過技術(shù)組裝配套，開發(fā)出6套主要作物精準(zhǔn)化管理技術(shù)規(guī)范，建立蔬菜、蘋果、獼猴桃、丹參等6個(gè)示范基地。通過精準(zhǔn)化育苗和水肥管理，生產(chǎn)效益提高11%，蘋果精準(zhǔn)化示范園較常規(guī)果園產(chǎn)量提高12%，優(yōu)質(zhì)果率提高8%，降低投資17%，每畝合計(jì)增加效益1215元;獼猴桃精準(zhǔn)化示范園產(chǎn)量提高15%，優(yōu)質(zhì)果率提高 10%，降低投資16%，每畝合計(jì)增效1500元。相關(guān)技術(shù)已輻射2萬余畝，已累計(jì)增加效益7000多萬元。

　　我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。在目前農(nóng)業(yè)自然資源不斷減少，生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì)沒有扭轉(zhuǎn)的情況下，農(nóng)業(yè)想要進(jìn)一步發(fā)展，就必須要求農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式，推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)代化、信息化。傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域的信息采集與處理提供了新的思路和有力手段。借助這種技術(shù)手段，能夠?qū)崟r(shí)提供土壤溫濕度、空氣變更、酸堿度、二氧化碳濃度，動(dòng)植物病蟲害信息、生長(zhǎng)信息，農(nóng)作物灌溉情況等，這些信息幫助人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的問題，便農(nóng)業(yè)有可能漸漸地從以人為中心，轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域已經(jīng)初步推出相關(guān)產(chǎn)品并得到示范應(yīng)用。

　　在建筑物狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用

　　建筑物狀態(tài)監(jiān)控是指利用傳感器網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控建筑物的安全狀態(tài)。由于建筑物不斷進(jìn)行修補(bǔ)，可能會(huì)存在一些安全隱患。雖然地殼偶爾的小震動(dòng)可能不會(huì)帶來看得見的損壞，但是也許會(huì)在支柱上產(chǎn)生潛在的裂縫，這個(gè)裂縫可能會(huì)在下一次地震中導(dǎo)致建筑物倒塌。用傳統(tǒng)方法檢查往往需要將大樓關(guān)閉數(shù)月，而安裝傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能建筑可以告訴管理部門它們的狀態(tài)信息，并自動(dòng)按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行一系列自我修復(fù)工作。

　　未來的各種摩天大樓可能都會(huì)裝備這類裝置，從而建筑物可自動(dòng)告訴人們當(dāng)前是否安全、穩(wěn)固程度如何等信息。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，安全生產(chǎn)的概念已經(jīng)深入人心，人們對(duì)安全生產(chǎn)的要求也越來越高。在事故多發(fā)的建筑行業(yè)，如何保證施工人員的人身安全，以及工地的建筑材料、設(shè)備等財(cái)產(chǎn)的保全是施工單位關(guān)心的頭等大事。任何一個(gè)建筑工地都有大量的腳手架，電纜等設(shè)施和建筑材料，這些東西由于價(jià)值不菲，運(yùn)輸方便，成了被偷盜的對(duì)象。

　　在沒有視頻監(jiān)控的工地，由于管理者不能24小時(shí)監(jiān)督工地，導(dǎo)致在深夜和凌晨的偷盜現(xiàn)象非常嚴(yán)重。建筑工地最讓人擔(dān)心的就是安全問題。由于大部分的建筑工人都是農(nóng)民工，他們文化水平有限，安全意識(shí)缺乏，很容易在施工時(shí)因違規(guī)操作造成人身傷害和工程損失。為了避免這些危險(xiǎn)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為重要。

　　城市污染一直是建筑工地帶來的負(fù)面影響之一，由于過多的沙石，水泥材料，使工地附近的空氣質(zhì)量非常的差，為市民帶來很多不變。沖洗水泥車會(huì)使工地附近的路面非常泥濘，水分蒸發(fā)后，又會(huì)使路面凹凸不平。這些不文明的行為都是投資者需要注意的。由于施工環(huán)境的限制，設(shè)備、材料的安全管理不完善及部分員工的自我防護(hù)意識(shí)的薄弱，為犯罪分子提供了可乘之機(jī)。如何通過技術(shù)手段引入施工現(xiàn)場(chǎng)，打造數(shù)碼建筑工地成了許多建筑單位重點(diǎn)考量因素。地基基礎(chǔ)階段的監(jiān)控：深基坑支護(hù)、基槽開挖和人工挖孔樁施工等已被列入專項(xiàng)治理內(nèi)容。這個(gè)階段的施工已被作為監(jiān)控的重點(diǎn)。轉(zhuǎn)入地面、樓面施工階段，建筑物四周敞開，作業(yè)面寬，施工人員多，各個(gè)分項(xiàng)工程往往交叉作業(yè)，要求各項(xiàng)安全防范和質(zhì)量要求都要考慮周到。如重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象有，驗(yàn)槽、砼的輸送、澆搗、養(yǎng)護(hù)、模板安裝、鋼筋安裝及綁扎、混凝土澆搗、施工人員安全帽和安全帶配戴、建筑物的安全網(wǎng)設(shè)置，以及樓梯口、電梯口、井口防護(hù)、預(yù)留洞口、坑井口防護(hù)、陽臺(tái)、樓板、屋面等臨邊防護(hù)和作業(yè)面臨邊防護(hù)等。針對(duì)高層作業(yè)的特點(diǎn)，可以設(shè)置多項(xiàng)監(jiān)控重點(diǎn)，如建筑物的安全網(wǎng)設(shè)置、施工人員作業(yè)面臨邊防護(hù)、施工人員安全帽佩帶、外腳手架及落地竹腳手架的架設(shè)、纜風(fēng)繩固定及使用、吊籃安裝及使用、吊盤進(jìn)料口和樓層卸料平臺(tái)防護(hù)、塔吊和卷揚(yáng)機(jī)安裝及操作等。

　　通過ADSL或無線接入互聯(lián)網(wǎng)，在物料存放和施工面等重點(diǎn)安裝網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或無線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在保安室的普通電腦上安裝客戶端軟件或IE瀏覽器方式即可通過聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行多畫面監(jiān)控，而且可以直接進(jìn)行錄像文件的保存，以便在有其他情況發(fā)生后進(jìn)行取證。在辦公室或家里，只要能上網(wǎng)，使用IE瀏覽器就可以看到各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)圖像，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控在車上或在外出差，配備筆記本電腦和無線上網(wǎng)卡，就可以上網(wǎng)隨時(shí)隨地進(jìn)行監(jiān)控或巡視，還可以設(shè)置大屏幕電視墻，進(jìn)行集中監(jiān)看。監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)畫面的任意切換、定時(shí)切換、順序切換及對(duì)前端設(shè)備的控制，作為管理部門的建筑公司，能通過INTERNET實(shí)時(shí)看到現(xiàn)場(chǎng)的情況，而且已經(jīng)在某個(gè)工地安裝的無線監(jiān)控的前端和中間的傳輸部分，都可以在其他新工地直接使用，方便靈活，而且降低投入，是管理的好助手。

　　在特殊環(huán)境中的應(yīng)用

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前信息領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)之一，可用于特殊環(huán)境實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、處理和發(fā)送;無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)以PIC單片機(jī)為核心，利用集成濕度傳感器和數(shù)字溫度傳感器設(shè)計(jì)出溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件電路，并通過無線收發(fā)模塊與控制中心通信，使之系統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗低，數(shù)據(jù)通信可靠，穩(wěn)定性好，通信效率高，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)。

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的相互滲透、結(jié)合，產(chǎn)生了基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的全新概念。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器，使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無線通訊技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人以及各種自動(dòng)化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補(bǔ)了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。還有一些傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，例如石油管道通常要經(jīng)過大片荒無人煙的地區(qū)，對(duì)管道監(jiān)控一直是個(gè)難題，傳統(tǒng)的人力巡查幾乎是不可能的事情。而現(xiàn)有的監(jiān)控產(chǎn)品往往復(fù)雜且昂貴。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)布置在管道上可以實(shí)時(shí)監(jiān)控管道情況，一有破損或惡意破壞都能在控制中心實(shí)時(shí)了解。加州大學(xué)伯克利分校的研究員認(rèn)為，如果美國(guó)加州將這種技術(shù)應(yīng)用于電力使用狀況監(jiān)控，電力調(diào)控中心每年將可以節(jié)省7～8億美元。

　　在運(yùn)送某些特殊物品時(shí)，對(duì)貨柜的環(huán)境參數(shù)有較高的要求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以很好地監(jiān)測(cè)參數(shù)變化。接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）是基于節(jié)點(diǎn)間距離的定位算法，采用多點(diǎn)定位算法可以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)精確定位。對(duì)算法進(jìn)行了仿真，并進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該算法達(dá)到了RSSI多點(diǎn)定位的要求。倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)需要配備先進(jìn)的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控管理系統(tǒng)。在傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)管理信息系統(tǒng)中附加基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)和倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控功能，可以構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)信息、倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備監(jiān)控、倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度的統(tǒng)一計(jì)算機(jī)管理。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的技術(shù)特性，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控管理，需要針對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)對(duì)象的特殊性，解決三個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)問題，即研制開發(fā)具有單節(jié)點(diǎn)多參數(shù)檢測(cè)與傳送能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，建立混合武無線傳感器網(wǎng)絡(luò);重點(diǎn)研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的三維空間部署，滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋度和連通度的要求，其中一種有效的節(jié)點(diǎn)部署方案，就是將確定的倉(cāng)儲(chǔ)空間進(jìn)行基于立方體或球體的有限元?jiǎng)澐?研究幾類信息的綜合處理與信息融合，滿足對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)信息與倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算機(jī)管理的需要。

　　最后要說：

　　無線網(wǎng)絡(luò)是利用無線電波而非線纜來實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)設(shè)備位置無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前信息領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)之一，可用于特殊環(huán)境實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、處理和發(fā)送。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種獲得和處理信息的新技術(shù)，正在被廣泛的研究。隨著通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器正逐漸向智能化、微型化、無線網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。