WSN無(wú)線(xiàn)測量網(wǎng)絡(luò )設計

一.內容提要

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(Wireless Sensor Network, WSN)就是由部署在監測區域內大量的廉價(jià)微型傳感器節點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò )系統，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀(guān)察者。

　　WSN技術(shù)作為無(wú)線(xiàn)測量技術(shù)的一個(gè)重要分支，正越來(lái)越多地受到廣大應用工程師的青睞和關(guān)注，不僅在工業(yè)控制、環(huán)境監測等領(lǐng)域，而且在軍工、航空航天正被廣泛地應用。WSN引領(lǐng)下的無(wú)線(xiàn)測量技術(shù)的前景是無(wú)限的，其應用領(lǐng)域已經(jīng)延伸到軍事、航空、反恐、防爆、救災、環(huán)境、醫療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等多種領(lǐng)域，有些領(lǐng)域已經(jīng)上升到國家戰略的高度。

　　二.方案介紹

　　一個(gè)完整的無(wú)線(xiàn)測量網(wǎng)絡(luò )無(wú)非有三部份組成：傳感器部分(WSN)，數據處理部分，數據應用部分。見(jiàn)圖1所示。

　　傳感器部分就是WSN---無(wú)線(xiàn)傳感器，可以根據現場(chǎng)需求進(jìn)行選擇使用;而數據應用部分實(shí)際上就是軟件系統，可根據應用的需要進(jìn)行分類(lèi)設計;核心的部分是數據處理單元，可根據應用需要選擇單片機或ARM系統。

　　無(wú)線(xiàn)測量系統的支撐系統也是很重要的，對WSN部分，肯定由電池供電，而對數據應用部分，只需要一臺能夠上網(wǎng)的計算機，而數據處理部分可根據實(shí)際需要采用不同的供電系統。

　　從上圖中我們可以看到，無(wú)線(xiàn)測量系統的最大優(yōu)勢是三個(gè)部分互相沒(méi)有硬聯(lián)接，換句話(huà)說(shuō)它們之間除了數據交換之外，沒(méi)有任何物理的關(guān)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(wú)線(xiàn)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(wú)疑問(wèn)，無(wú)線(xiàn)測量系統中最關(guān)鍵的部分就是數據處理單元，而最最關(guān)建的當然就是兩個(gè)無(wú)線(xiàn)通訊模塊了，一個(gè)是短距離通訊模塊，一個(gè)是遠程通訊模塊。有關(guān)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(hù)可以根據需要選擇性?xún)r(jià)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(shù)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(luò )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(shí)現真正的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(shí)現主控計算機到WSN的無(wú)線(xiàn)連接。

　　四.具體應用

　　根據無(wú)線(xiàn)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(gè)系統中，它們分別是輸電線(xiàn)路綜合在線(xiàn)監測系統和道路交通信息在線(xiàn)監測系統。

　　輸電線(xiàn)路綜合在線(xiàn)監測系統實(shí)現電力系統輸電線(xiàn)路運行中的各種狀態(tài)參數，如輸電導線(xiàn)的各種狀態(tài)，包括導線(xiàn)振動(dòng)狀況、導線(xiàn)溫度狀況，如果采用傳統的有線(xiàn)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(xiàn)路去布線(xiàn)走模擬數據通道，所以使用WSN網(wǎng)絡(luò )可以很容易地實(shí)現，只需要把完全獨立的WSN傳感器掛在需要測量的輸電導線(xiàn)上，然后把數字化的數據發(fā)給數據集中器，再通過(guò)遠程傳輸功能把數據送到監控中心，這樣就可以坐在辦公室的計算機前實(shí)施線(xiàn)路監控了。

　　WSN無(wú)線(xiàn)測量的另一個(gè)實(shí)際應用是道路交通信息在線(xiàn)監測系統，如何實(shí)現對道路交通信息的監測，既簡(jiǎn)單又方便地監測各條道路的實(shí)際交通狀態(tài)以及相互之間的關(guān)聯(lián)一直是交通部門(mén)十分關(guān)心的，如道路車(chē)流量、車(chē)速、車(chē)型狀態(tài)，道路環(huán)境信息和車(chē)流量車(chē)速的關(guān)聯(lián)情況等等，傳統的辦法常常是開(kāi)挖馬路、布線(xiàn)，不僅非常復雜而且破壞馬路的原始狀態(tài)，而現在使用了WSN網(wǎng)絡(luò )，使得設計非常簡(jiǎn)單，只需要在你需要進(jìn)行監測的地方挖個(gè)小孔放置WSN傳感器就可以了。

　　五.結束語(yǔ)

　　WSN和無(wú)線(xiàn)測量技術(shù)的應用是廣泛的，它正顛覆了傳統的測試系統結構，希望本文起動(dòng)一個(gè)拋磚引玉的作用，為WSN技術(shù)在中國的蓬勃發(fā)展貢獻自己的力量。