无线传感器综合实验报告.doc

无线测试系统综合实验实验报告学号姓名学院机械工程学院实验日期2010/10/28一、 实验目的图1：无线传感器网络无线传感器网络（Wireless Sensor Network）（见图1），当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。这种传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作地实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽、准确的信息,传送到需要这些信息的用户。它由部署在检测区域内大量的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。它分为如下三种网络形式：星形网络，网状网络节点有三种拓扑结构，如图2中所示。星状网拓扑结构中所有节点都与基站和网关进行双向通信（图 2中A 图）。基站可以是一台PC、PDA、专用控制设备、嵌入式网络服务器，或其它与高数据率设备通信的网关，网络中各节点基本相同。除了向各节点传输数据和命令外，基站还与互联网等更高层系统之间传输数据。各节点将基站作为一个中间网络点，相互之间并不传输数据或命令。网状拓扑结构所有节点都相同，而且直接互相通信，与基站进行数据传输和命令传输（图2中B 图），网状网的每个节点都有多条路径到达网关或其它节点，因此它的容错能力较强。混合网力求兼具星状网的简洁和低功耗以及网状网的长传输距离和自愈性等优点（图2中C 图）。在混合网中，路由节点和中继节点组成网状结构，图2：无线传感器网络结构无线传感网络技术是典型的具有交叉学科性质的军民两用战略高技术，可以广泛应用于GF军事、国家安全、环境科学、交通管理、灾害预测、医疗卫生、制造业、城市信息化建设等领域。国际上比较有代表性和影响力的无线传感网络实用和研发项目有遥控战场传感器系统（Remote Battlefield Sensor System，简称REMBASS -伦巴斯）、网络中心战（NCW）及灵巧传感器网络（SSW）、智能尘（smart dust）、Intel?Mote、Smart-Its项目、SensIT、SeaWeb、行为习性监控（Habitat Monitoring）项目、英国国家网格等。民用方面，美日等发达国家在对该技术不断研发的基础上在多领域进行了应用。我国现代意义的无线传感网及其应用研究几乎与发达国家同步启动，1999年首次正式出现于中国科学院知识创新工程试点领域方向研究的信息与自动化领域研究报告中，作为该领域提出的五个重大项目之一。随着知识创新工程试点工作的深入，2001年中科院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心，引领院内的相关工作，并通过该中心在无线传感网的方向上陆续部署了若干重大研究项目和方向性项目，参加单位包括上海微系统所、声学所、微电子所、半导体所、电子所、软件所、中科大等十余个校所，初步建立传感网络系统研究平台，在无线智能传感网络通信技术、微型传感器、传感器节点、簇点和应用系统等方面取得很大的进展，2004年9月相关成果在北京进行了大规模外场演示，部分成果已在实际工程系统中使用国内的许多高校也掀起了无线传感器网络的研究热潮。清华大学、中国科技大学、浙江大学、华中科技大学、天津大学、南开大学、北京邮电大学、东北大学、西北工业大学、西南交通大学、沈阳理工大学和上海交通大学等单位纷纷开展了有关无线传感器网络方面的基础研究工作。一些企业如中兴通讯公司等单位也加入无线传感器网络研究的行列。二、实验原理无线传感器特点：1、传输距离。由于采用专用高频电路板材，合理的阻抗匹配，在相同的电池供电及功率消耗下， 节点的通信距离编程可调0100m，有效距离达50M 以上，适合大部分短距离无线传感器网络应用要求。2、功耗低。元器件采用低功耗器件，在使用低功耗通信协议栈时，在睡眠状态，电流仅为5mA ，在掉电节能模式下，电流更是只有110A 左右。节点使用2 节AA 电池即可正常工作。3、使用方便。节点每个都有串口和JTAG 口，都可以对每个节点方便地进行编程，不需要复杂的编程环境；另外每个节点都可以直接接到计算机上，充当SINK 节点，同样不需要专门定制的接口板，十分方便。4、软件资源。为了扩展产品的适用范围，有兼容目前WSN 领域最主流的802.15.4 规范的协议栈，开发语言是C，易于开发与相互共享交流，完全可以成为我们公共的平台。总体架构见图3，它由传感器模块、处理模块、无线通信模块和能量供应模块四个部分组成。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换，在一个节点提供了可扩展不同传感器的接口，所以可能包括多种传感器器件；处理模块负责控制整个传感器节点的处理操作、存储和处理本身采集的数据和其它节点发来的数据，包括了数据安全、通信协议、同步定位、功耗管理、任务管理等等；无线通信模块负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源供应模块为传感器节点提供运行所需的所有电源。图3：无线传感器总体框架图4：软件结构图5 机械参数遥测测试系统框图在无线网络传感器一般集成一个低功耗的微控制器(MCU)以及若干存储器、无线电/光通信装置、传感器等组件，通过传感器、动臂机构、以及通信装置和它们所处的外界物理环境交互。一般说来，单个传感器的功能是非常有限的，但是当它们被大量地分布到物理环境中，并组织成一个传感器网络，支持上千个测点同时进行大型结构试验，再配置以性能良好的系统软件平台，就可以完成强大的实时跟踪、环境监测、状态监测等功能。无线数字信号传输方式消除了长电缆传输带来的噪声干扰，整个测量系统具有极高的测量精度和抗干扰能力。以应变测量为例，首先，被测物在传感器的测量下，通过简单的系统单芯片SOC，得到物体的应变变化，然后，数据经过基于CMOS技术的放大元件，将经过处理的低功耗数据转给无线传输模块，该模块将数据进行A/D转换后，无线传输给接收模块，并通过终端对数据分析处理，实现远距离就可以完成强大的实时跟踪、环境监测、状态监测等功能，在资源受限的条件下完成感知、通信和控制功能。无线数字信号传输方式消除了长电缆传输带来的噪声干扰，整个测量系统具有极高的测量精度和抗干扰能力。无线传输接收模块体积小巧，由电源模块、采集处理模块、无线收发模块组成，。节点每个通道内置有独立的高精度120-1000桥路电阻和放大调理电路，可以方便地由软件自动切换选择1/4桥，半桥，全桥测量方式，兼容各种类型的桥路传感器。采集的数据既可以实时无线传输至计算机，也可以存储在节点内置的2M 数据存储器，保证了采集数据的准确性。节点的空中传输速率可以达到250K BPS，有效室外通讯距离可达100m等优点。三、实验设备CSY2000系列传感器与检测技术实验台、SG802 无线应变节点、SG402无线应变节点、A302无线加速度节点、网关S903、戴尔计算机，活塞式压力计，压力传感器BHR-2型，荷重传感器BHR4型。四、实验框图五、实验标定曲线和表SG802无线应变节点标定曲线如下：标定表格如下：无线应变节点标定曲线及表格如下：半桥全桥六、实验数据曲线和表体重测量试验曲线及表格悬臂梁受冲击应变测量试验曲线及表格七、实验结论与收获实验结论：无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。基于MEMS的微传感技术和无线联网技术为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景。这些潜在的应用领域可以归纳为:军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。 无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。感想与收获：通过这次的实验，我学习到了很多有用的东西。在自动亲自实验前，老师向我们讲解了zigbee的基础知识。了解到Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠 这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种 设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无 线组网通讯技术。我想将来这个技术的前景是非常不错的。在家里可以用到空调的温度自动控制，照明的自动控制