基于无线传感器网络的室内环境监测系统
摘要 - 本文提出了一种基于无线传感器网络（WSN）的室内环境监测系统的设计新方法，该系统能够实时按需定期分析数据。 该系统的目标是通过安卓应用程序远程监控室内环境。 该系统由Crossbow Iris微尘，MTS 400传感器板，UC Berkley和Intel设计的MIB 520数据控制板以及监测环境参数（如光照，压力湿度和温度）的基站组成。 该系统利用mote视图软件从无线传感器网络获取数据。在后端，开发了一个数据库，用于从mote视图加载数据，系统将数据从数据库推送到为系统设计的安卓应用程序。 该系统使用户能够在他们的android智能手机上监控室内环境参数。
索引术语 - 室内环境监测；无线传感器网络；Android。
- 简介
无线传感器网络（WSN）通常包含大量的传感器节点。每个传感器节点都连接到一个或多个节点，以感知现象的属性。传感器节点具有多个组件电子电路，其连接电池电源，无线电收发器和微控制器。传感器节点的大小可能会有所不同，具体取决于其使用的应用程序。无线传感器网络可以大规模地部署，用于监视环境，在军事侦察和监视的战场上，在开放环境中用于救援和搜索操作，用于状况在工厂进行维护，在建筑物内进行基础设施监测，在医疗中心进行健康监测。为了部署传感器节点，可以从传感器节点的统一定期部署到节点的不规则随机部署中选择多个方案。节点的移动性可以是固定的，或者节点可以是移动的或两者的组合。假设传感器节点本质上是自配置的，这使得传感器节点能够最大化网络生命周期。在标准设置中，用户可以通过从基站插入查询和收集结果来获取来自无线传感器网络的信息，这些信息用作用户与网络之间的接口。无线传感器网络是一个新兴领域，研究正在世界范围内进行几乎在每个人的生活中扩展和实施这样的网络。已经对有限资源的无线传感器网络的限制进行了广泛的研究。该研究旨在提出一种基于无线传感器网络的室内环境监测系统。
- 相关工作
环境监测通常采用有限数量的昂贵且精确的感测单元进行。这些系统的结果直接从感测单元中取回。无线传感器网络提供了一种备用解决方案，其中部署了大量传感器节点。 虽然单个节点的精确度较低，但整体而言，网络具有更好的空间分辨率和可立即访问的数据。传感器网络由传感器节点组成，密集部署或者非常接近现象或者在其内部。无线传感器网络的低成本，灵活性，容错性，高感测保真度和快速部署特性为遥感提供了多个应用领域。
迄今为止已完成大量环境监测项目。已经开展了使用无线传感器网络观察通古拉瓦火山非常危险和危险的环境的研究。研究人员在火山内部定位了一个传感器网络，以观察采用低频声传感器的火山爆发，收集了54小时的数据。LOFAR项目利用无线传感器网络进行精准农业。无线传感器网络在环境监测领域的大规模应用的初步研究是美国加利福尼亚伯克利大学的大鸭岛项目。
- 室外环境监测
室外监测应用通常包括栖息地监测，危险化学品检测，地震检测，交通监测，火山喷发，天气预报和洪水探测。 传感器网络现在正在精密农业中大量使用。 监测土壤的温度和湿度是无线传感器网络在农业中最重要的应用之一。 对滑坡进行环境监测，预测和警报是一项重要功能，可以挽救生命和资产免遭破坏。 监测滑坡，视觉，测量和仪器有三种基本方法。
2）室内环境监测
室内监测应用通常包括监测办公室和建筑物。 这种应用涉及感测光线，温度，湿度和空气质量。 由于Zigbee的功耗较低，因此大多数Zigbee协议都用于室内网络连接微尘和发送数据。
- 系统设计
工作场所和建筑物使居民受到各种环境因素的影响，包括热量，压力湿度，需要密切监测，因为这些因素可能构成严重威胁。 现有系统基于网络，性质复杂且不可扩展。 移动平台正在以巨大的速度发展，许多制造商都选择大部分产品的移动应用程序。 MUETSenses旨在提供一种经济，可扩展的系统，可以轻松部署。 该系统采用编程的微尘，基站，服务器和Android设备。
- 系统架构
MUETSenses的系统架构如图1所示。该系统由传感器节点，基站和服务器组成。 传感器节点通过NesC语言进行编程，网格拓扑用于磁道之间共享和发送数据。 由于Zigbee协议具有高效的处理能力，因此可以在两个微型设备之间使用。 基站从所有的微尘中获取数据。 基站负责将数据转发到处理数据的服务器。 最终用户可以通过手持设备上的android应用程序访问服务器上可用的处理数据。
- 硬件设计
本项目中用于监测环境的硬件包括Iris MTS 400，感测板和Mib520数据采集板。 从传感器板用于收集虹膜色块的数据。用安装了不同传感器的MTS 400感测板来感测环境参数，使用MIB 520数据指控板作为基站，其中所有传感器发送数据并且MIB 520负责将数据发送到数据库。
- 软件设计
整个项目基于软件平台和编程语言。 平台和编程语言包括：
bull; Mote Config
bull; Mote view
bull; Eclipse
bull; NesC
bull; Java
bull; Php MyAdmin
Mote配置被用来加载motes中的程序。 NesC语言被用于编程传感器并可视化来自不同类型传感器的数据。 Mote视图软件用于将信息传输到服务器。 Eclipse应用程序的设计和实现在Eclipse IDE上完成。 Java用于编码，PHP MyAdmin管理存储在数据库中的数据。
- 界面
传感器是用于检测和测量非物理元素的复杂设备。不同类型的传感器用于测量一系列参数，这些参数被转换成电信号用于进一步处理。要求传感器具有高精度，因为边际误差可能会产生极端影响。传感器可以根据其性质和功能分为不同的组。许多传感器可以安装在一块电路板上。
这个项目使用IRIS mote。IRIS mote是一款2.4 GHz模块，用于部署低功耗无线传感器网络。motes具有许多新功能，可以增强无线传感器网络的功能。 这些微尘需要进行编程操作。 有两种方法可以对motes.wireless传感器网络进行编程。
本地编程
远程编程
在这个项目中，motes使用本地编程技术进行编程。 MTS400传感器与IRIS微尘集成，并通过连接到主机PC的基站观察读数。 接口如图2所示，显示了基站和传感器节点，usb端口显示了与服务器的连接。
- 结果与讨论
传感器节点部署在巴基斯坦Mehran大学计算机系的不同地点，以感知一系列环境因素。采用MUETSenses监测环境因素，包括温度，压力和湿度。在图3中显示了放置在实验室中的传感器节点的网络拓扑。在图4（A），图4（B）和图4（C）中，从传感器获得的数据以直方图的形式显示。直方图总结了传感器数据的分布。 x轴显示数据，y轴显示每个传感器值的实例百分比。在图4（a）中，在x轴上存在不同的温度值，在节点展开的给定时间间隔期间感测到的传感器和y轴显示出现在时间间隔中的特定值的百分比。由于温度的连续变化，柱状图中会出现变化。直方图显示特定实例中的值，并且可以观察到环境中的不规则性。峰值显示在大部分的部署时间内观察到特定的温度值。类似地，在图4（b）和4（c）中，显示了压力和湿度图，显示了环境的压力和湿度的变化。颜色的变化代表了各个地方部署的传感器的价值。图5显示了android应用程序的用户界面，图6显示了android应用程序获得的数据，这是系统的新颖性。应用程序显示传感器节点所在位置的环境条件。
- 结论
MUETSence：基于无线传感器网络的室内环境监测系统已经使用Crossbow传感器套件成功开发。 传感器节点部署在计算机系统部门的实验室中，用于检测一系列环境参数，如光线，湿度，压力和温度。 在部署之前，对传感器节点进行编程和配置。 Mote View软件用于直观显示传感器节点的直方图，图表，散点图和拓扑结构。 通过android应用程序，可以远程监控环境，只要提供互联网连接即可。 该应用程序能够显示不同的环境参数并满足最终用户的需求。
- 展望
我们可以向应用程序添加一系列功能，例如智能警报，达到设定阈值时出现的通知以及触发反馈。 传感器节点可以被编程来控制环境并监视它。
通过对传感器节点进行编程以使传感器节点保持在睡眠模式并仅在需要时才感测数据，也可以使该系统具有能量效率。 此功能的引入可以增加传感器节点的网络寿命。
基于AT89C51单片机的温度监测系统
摘要
本文针对电缆接口在线实时温度检测问题，设计了基于AT89C51单片机的检测报警系统。 该系统的硬件电路由采集器，主机控制器和PC组成。 通过采集，存储，转换和传输的关键过程，将电缆接口的温度数据发送到实时显示和报警，实现对电缆接口的检测和报警，有效避免火灾发生。
- 简介
在输电的实际过程中，长距离电缆线路每隔100米左右设置一个电缆接口。由于内部和外部故障导致的电缆火灾很容易发生在多个电缆接口占电缆事故总数的50％以上。事实上，电缆接口故障的发展是一个渐进的过程。为了有效避免电气危害的发生，为了准确，全面地了解各个接口的工作状态，确定服务计划，可以保证电力传输的安全，对电缆接口的实时温度进行监控。温度检测报警系统以电缆连接器为核心，采用AT89C51单片机作为监控计划。构成整个系统的三大部分分别是：温度参数的采集和转换，温度的数据传输以及数据的中央显示和处理。
- 系统设计
该系统由上位PC机，主控机和温度采集器组成[2]。 在结构上，整个系统可以分为三层：用微机系统构成的上位机用户监控系统，由AT89C51组成的主控机一个控制级，集热器一个测量级。 高级PC通过GPRS与主机控制器交换数据。 该系统是由一台PC机和多台收集器组成的一种主从结构，通过RS-485通讯网络，可传输长距离数据。 该系统的结构如图1所示。在这个系统中，高级PC机定期向主机控制器发送读取温度数据的命令。 在收到这些命令后，主机将发回从收集器读取并保存在SRAM中的上述数据。 传送结束后，主机控制器也向每个收集器发出读取温度的命令。 一旦收集器收到它们，保存在收集器SRAM中的数据将被发送回主机控制器，主机控制器将在相关位置接收和更新原始数据。 在此通信间隙中，收集器不断读取最新的温度值以准备主机的实时读取命令。 数据的所有命令和传输都制定了严格的通信协议，并采用了不同的校验方式，大大提高了传输过程中的可靠性。
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- 温度采集
收集器主要由六个部分组成，包括微控制器AT89C51，温度测量端口选择电路，通信电路，DS18B20传感器的注册和预约电路，存储器电路和温度传感器。 收集器的结构图如图2所示。通过选择温度测量端口的电路，微控制器可以控制温度传感器DS18B20采集温度。首先在外部存储器SRAM中保存的温度数据将在需要时随时发送回主机控制器。温度传感器使用数字DS18B20温度采集器。 DS18B20可提供9至12级温度值，并具有用户可编程温度范围的无警告功能。 信息可以通过单总线连接从DS18B20发送或输出，因此只有连接线路才能满足需要。 写入和读取过程中的电源以及温度变化的完成可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。 由于每个DS18B20都有唯一的序列号，因此单条总线上可能存在许多DS18B20。在设计过程中，每根电缆并行数十个温度采样点，构成串行线路的工作形式。由微控制器发出的温度信号是数字信号，简化了A / D转换，提高了测量的效率和精度。
测温端口选择电路采用双向模拟开关CMOS组件CD4051作为多通道采集切换开关。 CD4051共有8组，其中一组负责控制一条单总线，而3-8解码器由微控制器的地址线协调负责选择CD4051的通道。 在设计中，每个收集器使用2个可以控制16组单总线的CD4051。 另外，每个采集器都有通道扩展插座，可将通道扩展到64组，充分满足实际需要。
DS18B20注册端口电路完成新的温度传感器的注册和预订。 在开启系统和工作之前，每个DS18B20必须先注册或预订，使微控制器记录其64位系列代码，以便在测量温度时进行识别。 因此，DS 18B20温度传感器首先打开的登记簿端口设计在每个收集器中，以便与微控制器进行会面。 通过键盘建立逻辑地址，微控制器可以读出其串行代码，然后将它们存储在相关的SRAM单元中，以备在传感器读取或写入时使用。
同时在收集器中还扩展了一块32K非易失性SRAM DCM0256作为用于存储DS18B20的64位串行代码和采集多点温度数据的数据存储器。 该存储器具有快速的访问速度，在断电情况下不丢失数据，实现了系统的实际需求。通信模块是系统实现多机间远程传输和通信的关键。 由于电缆连接器温度测量所需的数据传输距离一般都在几公里以上，因此通信模块通常采用具有抑制干扰能力的RS-485通信接口，利用平衡传输和差分接收。 另外接收机具有高灵敏度，它可以检测200MV的电压，因此传输信号可以在几公里外获得恢复。
2.2主控制器
图3是主控机主要包括通信电路，存储器电路和显示电路的结构图。主机控制机的主要任务是读取并保存收集器的温度数据，然后发送给上位机，以方便分析，演示和用户查询。 因此，主机控制机实际上是一个具有存储和通信功能的处理器。 由于主控制器既可与集电器又可与上位计算机交换数据，通信选择电路可用于在主控制器的微控制器中改变串行工作。主机控制器和收集器之间的数据传输选择RS-485通信方式。 一台主控机最多可
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