基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的傳感器實(shí)驗平臺設計

摘要：通過(guò)分析傳統傳感器實(shí)驗平臺的技術(shù)構成，以及其相關(guān)的實(shí)驗模式存在的移動(dòng)性不足的缺限，結合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，對傳統傳感器實(shí)驗平臺進(jìn)行改進(jìn)設計和實(shí)現，可同時(shí)滿(mǎn)足傳統傳感器實(shí)驗和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)實(shí)驗教學(xué)的需要。相關(guān)教學(xué)實(shí)踐表明，該改造成果使學(xué)生更好地加強了對傳感器與檢測系統的整體概念的理解和相關(guān)技能的訓練。
關(guān)鍵詞：傳感器；實(shí)驗平臺；ZigBee；改進(jìn)

0 引言
傳感器種類(lèi)繁多，且不同類(lèi)型傳感器的工作原理、測量目標和測量環(huán)境差異很大，并且相應的檢測系統構成也不盡相同，往往在傳感器實(shí)驗室中要準備多套實(shí)驗裝置。在傳統的學(xué)校傳感器教學(xué)環(huán)境中，裝置復雜性比工程應用環(huán)境下的設備要簡(jiǎn)單許多，且實(shí)驗僅能在固定工位進(jìn)行，無(wú)法進(jìn)行遠距離測量或移動(dòng)性強的實(shí)驗，使得開(kāi)展的實(shí)驗中驗證性實(shí)驗占多數。除此之外，更存在傳統傳感器實(shí)驗室開(kāi)展的實(shí)驗中，學(xué)生的工程應用能力難以得到有效培養的問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是傳感器領(lǐng)域與信息技術(shù)深度結合的技術(shù)產(chǎn)物，其具有移動(dòng)性強、通信可靠、網(wǎng)絡(luò )容量大，時(shí)延短的特點(diǎn)，并且其應用目標本就是針對傳感器領(lǐng)域的，將它應用于傳感器實(shí)驗平臺的改進(jìn)設計中是順理成章的，從而彌補傳統傳感器實(shí)驗室的移動(dòng)性不強的不足。

1 傳感器實(shí)驗平臺的設計思路
在確保不降低傳統傳感器實(shí)驗平臺的實(shí)驗方便性和效果的前提下，發(fā)揮無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢，增加實(shí)驗的移動(dòng)性，使其適應可變環(huán)境的實(shí)驗開(kāi)展，從而改善學(xué)生的工程應用體驗，并提高實(shí)驗室使用和管理的便利性。
1．1 傳統傳感器實(shí)驗平臺的基本結構和特點(diǎn)
傳統傳感器實(shí)驗平臺通常由一套多種傳感器、數據采集卡及上位機界面顯示軟件組成，結構如圖1所示。其中，各種類(lèi)型傳感器的輸出的電信號，經(jīng)A／D轉換后，由數據采集卡通過(guò)USB接口將其輸入到上位機顯示或處理。學(xué)生在做實(shí)驗時(shí)，可根據需要調用不同的界面程序，顯示或處理不同類(lèi)型的傳感器檢測數據，或者直接用萬(wàn)用表或示波器觀(guān)察傳感器輸出的電信號即可。其基本構成特點(diǎn)是系統組成結構層次清楚，但整套設備圍繞實(shí)驗工位布置，約束了實(shí)驗空間僅局限于實(shí)驗臺附近，一些遠距離測量和移動(dòng)性要求高的測量場(chǎng)合難以得到滿(mǎn)足。

1．2 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的傳感器實(shí)驗平臺
采用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的傳感器實(shí)驗平臺，各種類(lèi)型的傳感器仍通過(guò)原有方式接入采集儀，各工位的采集儀作為ZigBee終端節點(diǎn)，而配置一臺電腦作為協(xié)調器，構成星型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的無(wú)線(xiàn)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(guò)該協(xié)調器接入局域網(wǎng)，這樣所有實(shí)驗工位的顯示和處理終端則可在該局域網(wǎng)內訪(fǎng)問(wèn)所有的采集儀終端。