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傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

   2012年04月17日 16:07  
  摘要:隨著網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信、嵌入式計算和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展,出現(xiàn)了具有感知能力、數(shù)據(jù)處理能力和網(wǎng)絡(luò)通信能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的許多*優(yōu)點使得它在各種領(lǐng)域的應(yīng)用受到人們的極大關(guān)注。
  
  1、傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
  
  傳感器網(wǎng)絡(luò)(SensorNetwork)是由一組傳感器以AdHoc方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò),其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息,并發(fā)布給觀察者,從而實現(xiàn)觀察者與傳感器之間的數(shù)據(jù)通信。
  
  圖1給出了一個典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。這個網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點、接收發(fā)送器、計算機網(wǎng)絡(luò)或通信衛(wèi)星、觀察者等部分構(gòu)成。傳感器節(jié)點散布在的感知區(qū)域內(nèi),每個節(jié)點都可以感知信息,感知信息通過多跳的方式傳輸給接收發(fā)送器,接收發(fā)送器再將感知信息送到計算機網(wǎng)絡(luò)或通信衛(wèi)星,通過計算機網(wǎng)絡(luò)或通信衛(wèi)星實現(xiàn)觀察者與傳感器之間的數(shù)據(jù)通信。
  
  傳感器、感知對象和觀察者是傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個基本要素。網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(或稱為傳感器子系統(tǒng))由電源、數(shù)據(jù)獲取單元、信息存儲與處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元構(gòu)成,如圖2所示。電源為傳感器提供正常工作所必需的能源。數(shù)據(jù)獲取單元用于感知、獲取外界的信息,并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信息存儲與處理單元對數(shù)據(jù)獲取單元傳來的信息進行必要的處理、保存,數(shù)據(jù)傳輸單元負責與其他傳感器或接收發(fā)送器之間的通信。觀察者是傳感器網(wǎng)絡(luò)的用戶,是感知信息的接受者或任務(wù)管理者,觀察者可以是人,也可以是計算機或其他設(shè)備。
  
  2、傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用
  
  我們工作、生活、娛樂等場所都需要一個安全的環(huán)境。家庭中對煤氣泄漏的及時發(fā)現(xiàn),公共場所對火災(zāi)初期情況的及時掌握,對人員疏散、zui大限度減少生命及財產(chǎn)損失至關(guān)重要;計算機網(wǎng)絡(luò)機房、儲備重要物資的倉庫等許多場所對環(huán)境條件要求很高,如機房和倉庫對溫度、濕度都有嚴格的要求。
  
  現(xiàn)在雖然有一些應(yīng)對辦法,如公共場所安裝煙感器,家庭中安裝煤氣報警器、煙感器,機房、倉庫溫濕度有專人負責定時監(jiān)測,但這種點狀的模式效率不高。例如,以家庭為例,即使家里安裝了煤氣報警器、煙感器(這是安全意識較強的家庭,事實上大多數(shù)家庭都沒有安裝煤氣報警器和煙感器),但在家中無人的情況下,一旦發(fā)生煤氣泄漏(或火災(zāi)),煤氣報警器(或煙感器)啟動報警,但由于無人在家,依然會造成嚴重的財產(chǎn)損失。而且,這種點狀的模式不能做到實時性。因為,通常對環(huán)境狀況的監(jiān)測主要是通過人工方式,即值班人員定時進行巡視,觀察設(shè)置在環(huán)境中的儀表,并將情況進行手工記錄。但是這樣的定時巡視,因有一定的時間間隔,不能做到實時性,而且需要的人力較多。
  
  如果能夠利用傳感器網(wǎng)絡(luò),進行網(wǎng)狀的集中監(jiān)控,就會大大地提高工作效率,實時掌握環(huán)境情況。當環(huán)境出現(xiàn)異常情況時,報警啟動,監(jiān)控室的值班人員會*時間掌握情況,及時進行處理,從而zui大限度減少災(zāi)害帶來的損失。
  
  運用傳感器網(wǎng)絡(luò)進行環(huán)境監(jiān)測的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示,系統(tǒng)硬件設(shè)備由傳感器子系統(tǒng)、服務(wù)器、客戶機和報警器組成。
  
  系統(tǒng)流程如圖4所示。針對不同的環(huán)境,根據(jù)需要采集的參數(shù)類型(溫濕度數(shù)據(jù)、煙感數(shù)據(jù)、煤氣感應(yīng)數(shù)據(jù)等)選擇相應(yīng)的傳感器,構(gòu)成相應(yīng)的傳感器子系統(tǒng),傳感器子系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后發(fā)送到服務(wù)器,服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)自動存入數(shù)據(jù)庫,當數(shù)據(jù)超出規(guī)定的范圍時啟動報警器進行報警,提醒值班人員及時進行處理。值班人員也可以隨時通過客戶端軟件訪問服務(wù)器,對環(huán)境參數(shù)進行查詢、統(tǒng)計、生成報表,隨時掌握環(huán)境狀態(tài)。

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