学文网无线环境监测第1篇
一、系统方案设计
（一）设计任务
设计并制作一套无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测与采集。该装置由 1 个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。每个装置由无线收发信机，耦合线圈（天线），传感器，信息处理器，显示器等多个模 块构成，实现监测终端对不同探测节点周边环境信息的探测与采集。命题所要求系统具体的性能与术指标：实现无线数据通信；探测节点可预置编码，并不多于255个；温度测量范围0℃～100℃，绝对误差小于2℃；探测有无光照；探测时延小于5s；监测终端与探测节点通信距离不小于10cm，增加节点转发功能，通信距离不小于50cm；尽量降低整套装置的功耗。
（二）方案论证与选择
1.调制解调方式
数字通信中常用的调制方式有ASK，FSK，PSK等。由于探测节点由电池供电，而FSK或PSK调制解调方式需要的供电电压和功耗较高，所以我们选用功耗低且易于实现ASK调制解调方式。
2.载波频率
对耦合线圈作为天线传递信息进行计算与分析，在发射功率一定的情况下，载频越高，天线指向性越强，则接收信号质量越好。受限于命题载波频率小于30MHz 的要求，最终将载波频率定为12MHz，由晶体振荡器产生。
3.功放的选择
由于探测节点的低电压供电要求使得功率放大在使用普通元件时变得相对困难，经测试，非门振荡器所产生的信号，经模拟电路处理，接50Ω负载最低幅值达1.65V（6.4mW），可以直接接到天线发射，无需再加功放电路。
4.单片机选型
监测终端：监测终端可以采用5v电源供电，因此可以选用5V电源的单片机，我们采用了AT89S52单片机，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。AT89S52单片机具有编程容易，兼容性强等优点，出于AT89S52单片机是我们了解的比较深入，同时也是我们使用的比较多的单片机，所以我们选择AT89S52做我们监测终端的处理器。
探测节点：探测节点是由两节电池3V供电，单片机必须选择更低电压的。在作品中，我们选择了STC12LE5A16S2。STC12LE5A16S2是一种更低功耗，与51系列单片机兼容的微处理器。
（三）系统方案框***
对每一个探测节点和检测终端都制作同样的收发信机，其结构示意***如***1所示。
数据发射：单片机串口发数据，经晶体ASK调制发射机将数据进行调制，再通过天线匹配网络，最终将信号经耦合线圈发送出。
数据接收：耦合线圈接收射频信号，经选频进入接收机混频，然后差频出一个5M的中频信号，再通过接收机内的ASK解调电路将信号解调出来。输出基带信号，再经模拟信号处理获得数字信息。
二、理论分析计算与电路设计
（一）发射部分
1. 耦合天线
天线线圈等效电路如***2所示，其中LANT表示线圈电感量，RANT表示线圈的等效电阻，CANT表示线圈的分布电容。
根据要求实际制作的线圈，用LCR电桥测量的结果为：LANT=1.5UH，RANT=25mΩ，CANT=7.5pF。天线的品质因数是天线正确调谐和所获得性能的一个重要特性，所制线圈的品质因数Q=ωR*LANT/RANT=10178.8。而根据线圈的几何形状，Q的值通常在50到100之间。要进行正确的数据传输这个值还要减少，由于带宽B=Fr/Q，以及时间与带宽乘积规定B*T≥1，得出Q≤fR*T。由于元件的容差和对温度的依靠，Q通常取35，所以要降低原始Q因数。须串入一个外部电阻REXT=ωRLANT/35-RANT=7.24Ω。采用***2所示的电路***将天线匹配到50Ω。
2.发射机
系统发射采用ASK调制方式。系统采用非门振荡器产生27MHz载频信号，运用或非门数字器件实现符合逻辑要求的ASK已调信号。发射功率大于等于6.5mW（50Ω假负载）。发射机硬件实现电路如***4所示。考虑到功耗问题以及逻辑电路稳定工作，发射机在发送数据之前10ms启动晶体振荡，然后调制基带信号。
1. 3839a接收机
3839A接收机电路如***5所示。3839A是一款低电压供电，带有高速接收信号强度指示（RSSI）输出的 FM 接收机芯片，分析其内部结构框***。射频信号进入3839A与本振混频得到中频，然后经中频滤波器，进入中频放大器，再次对中频滤波，然后经中频限幅放大器输出，而3839A芯片内部的快速 RSSI（100kHz）根据中频放大器和中频限幅放大器获取RSSI信号。由于该套通信系统所建立的信道是ASK信道，则可以根据该芯片的RSSI轻松实现ASK信号的解调。RSSI的转换速率可轻松满足系统的最高通信速率。
2.解调信号处理
接收机解调信号处理电路如***6所示。信号解调后经过一级同相放大，放大后经过一级电压比较器输出到单片机处理。解调后的信号很微弱不足以直接送给单片机处理，同相放大是为了满足我们对信号电压的要求。信号在放大后，经过一级比较器，将解调信号转换为数字信号。
（三）传感器
1.光电传感器
***7光照判断
有光照时，光电二极管导通，26脚为低电平，没光照时，光电二极管截止，26脚为高电平，设置合适的门限电压，单片机通过判断26脚的电平高低判别有无光照信息。
2.温度传感器
采用低电压供电SPI总线的数字温度传感器DS18B20，该温度传感器最大绝对误差小于2℃，满足命题要求。
（四）信号处理
1.终端
终端电路包括一个单片机最小系统、显示电路、LED指示电路。单片机首先发出搜索信号去搜索探测节点，探测节点接收到信号后，发回一个应答信号给终端，然后再发数据。终端通过串口接收把数据接收进来进行处理，处理的信息包括光照信息和温度信息，温度信息通过1602LCD显示出来，光照信息通过LED2、LED3的亮灭来指示。LED2亮表示探测节点A有光照信息，LED2不亮表示探测节点A没有光照信息。LED3亮表示探测节点B有光照信息，LED3不亮表示探测节点B没有光照信息。
2.探测节点
探测节点信号处理电路就是一个单片机最小系统电路，光电传感器电路和温度传感器电路得到光照信息和温度信息后送到单片机处理，光照信号和温度信号在数字编码后通过串行口进行发送。
三、系统软件设计
系统软件设计包括两个部分，一个是软件编解码的码型设计，一个是无线通信协议的设计。
1.码型设计
方案一，采用高低电平的占空比不同表示“1”与“0”。设置传输一位码元的周期为固定值，即传输波特率固定。定义“1”为800us高电平与200us低电平，占空比为4/5。定义“0”为200us低电平与800us高电平，占空比为1/5。一帧数据以“引导码+数据”的方式发送。此方案在大多数有线通信中被采用，但考虑到无线通信过程中噪声干扰的不确定性。长时间的高电平或低电平都很容易产生毛刺导致误码。而且编码中有长时间的低电平或高电平，硬件电路的不易实现整形和解调。所以编码不采用此设计方案。
方案二，采用占空比相同而周期不同的形式表示“1”与“0”。一个码元用占空比为1、2的形式表示。定义数据“1”表示为周期等于1ms，数据“0”表示为周期等于2ms。引导码为2个字节的AAH。种编码方式和数据帧的定义，可以避免长“1”或长“0”时出现长时间的高电平或低电平，增加了码元通信的可靠性。同时，这种编码方式可以获得有效的同步信号，即使在传输40Bit（本装置设计发送一帧数为5个字节，即40Bit）的长串数据的情况下，仍能有效的控制通信过程的同步要求。
从软件编程的思路和降低编解码的误码率的角度考虑，我们采用了方案二，即以1KHz的频率表示数据“1”，周期为1ms。以500Hz的频率表示数据“0”，周期为2ms。占空比均为1/2。在码型确定下来之后，又确定以两个字节的AAH作为一帧数据的同步头。这种编码方式和数据帧的定义，可以避免长“1”或长“0”时出现长时间的高电平或低电平，增加了码元通信的可靠性。同时，这种编码方式可以获得有效的同步信号，即使在传输40Bit（本装置设计发送一帧数为5个字节，即40Bit）的长串数据的情况下，仍能有效的控制通信过程的同步要求。
2.通信协议
根据本无线环境监测系统的功能，设计通信协议为：发送一帧数据包括“引导码+ID码+数据+命令”，共5个字节。其中引导码占用两个字节，地址码1个字节，数据码和命令码两个字节。8BitID码可以识别256个不同的探测节点，能够满足系统需要。数据码用来传输8Bit的数据，其中b0-b6用来表示温度信息，b7用来表示光照的有无。命令码用于实现组网通信的协议要求。规定：
无线环境监测第2篇
【摘要】伴随着社会的不断发展，科学技术水平不断提升，无线电技术的应用也越来越广泛，并且随着科技的发展，无线电技术也取得了长足的发展，涉及到无线电的业务也变得越来越广泛，台站的数量也在不断增加，但是出现的问题就是无线电频谱资源变得越来越紧张，所以无线电电磁环境变得也越来越复杂，为了更好的掌握无线电电磁环境的变化，促进无线电更好的为人们的发展服务，因此需要做好无线电电磁环境的监测工作。本研究针对无线电电磁环境的监测系统问题展开了一系列的阐述，首先分析了无线电电磁环境监测系统的主要组成，然后分析了在开展无线电电磁环境的监测过程中需要注意的问题有哪些，对于掌握无线电电磁环境的变化有一定的指导意义。
【关键词】无线电 电磁环境 监测系统
一、前言
正如平时所熟知的地形条件，水文条件及气象环境一样，无线电电磁环境本身也存在于空间中，无线电电磁环境指的是在某一时间段，某一空间范围内人为的电磁现象和自然界本身存在的电磁现象的总和。鉴于电磁环境与无线电设备的工作状态有直接关系，因此需要做好无线电电磁环境监测，一旦无线电电磁不正常也就是平时所讲的电磁干扰。由于电磁环境的稳定性受到众多影响因素的影响，因此需要就无线电电磁环境监测系统展开细致的研究，才能控制好电磁环境更好的为社会发展服务。
二、无线电电磁环境监测系统的主要组成分析
（一）监测控制中心
监测控制中心是无线电电磁环境监测系统的主要组成，整个监测网络需要对来自于不同地区，频域监测数据进行采集，然后分析数据，促进自动监测工作的完成。监测控制中心主要利用无线电管理内部的网络实现对下级控制中心的控制，监测控制中心是整体监测数据的聚集点，正是由于其具有非常强大的数据处理功能，因此是整个监测系统的中心组成。
（二）大型固定监测站系统
大型固定监测站系统也是无线电电磁环境监测系统的组成之一，想要促进无线电信号良好，一般需要将监测系统安装在较高的建筑物上，大型固定的监测站系统能够实现对无线电发射基本参数的测量、带宽测定、调至测定、频段及频道的测定，能够实现较强的数据监测与存储处理功能。
（三）移动监测站系统
移动监测站主要是将整体监测设备设置在一些传输性能较好的交通工具上，然后移动监测站系统能够实现固定站监测系统覆盖不全面的缺点进行弥补，所以在这个层面上将移动监测站系统同样也具有大型固定站监测功能的。
（四）可移动站
可移动站与移动监测站系统有所不同，它与交通工具实现了完全分离，所以使用起来相对比较灵活，一旦有需要能够利用任何交通工具将监测设备送达到指定的监测点。当然如果监测有需要可以将监测设备临时固定的某处从而实现了固定监测站的监测功能。
（五）小型固定监测站
采用小型固定监测站系统开展监测功能主要是为了减少不必要的投资，最大限度的将覆盖区域的监测加强，结合实际的监测需要建立起有针对性的监测系统，该种监测站主要是对无线电电磁环境的监测数据加以收集。
（六）便携式监测设备
该种监测设备，小巧便捷，便于在较近距离查找排除无线电干扰信号。上述所讲的无线电监测站系统的具体使用情况需要结合国家对地区无线电电磁环境监测的具体要求来选择。
三、在无线电电磁系统监测过程中需要重点注意的问题
由于无线电电磁系统监测对无线电设备的使用有着至关重要的影响，但是无线电电磁系统监测系统的监测过程是一项非常复杂的过程，其监测结果的准确性和全面性将直接影响无线电设备的具体使用情况，因此在监测过程中需要有一些问题要注意。首先，在无线电电磁环境的监测过程中，出现不同宽带信号的现象是非常正常的，因此在进行监测结果接受的使用需要有较为严格的要求，为了最大限度的使用不同调制形式信号的测定需要，可以接受脉冲干扰信号。在监测过程中需要注意峰值和准峰值的检波功能，结合不同的测量对象，选择合适的检波方式。在监测过程中会有很多外界因素影响监测结构，随机干扰的来源不仅有热噪声还有雷达目标反射以及自然界所存的噪声，因此在进行平稳随机过程的干扰信号的测定时需要使用监测有效值以及检测平均值等实现测定。在使用波检器的时候，可以充分利用波检器的性质，然后分析不通信号在不同的波检方式下的不同反应，来判断带测定信号的类型，然后确定信号的性质，但是在监测的时候需要注意的问题是防止输入端过载，检波方式的选择需要慎重，在监测之前需要进行设备的校准，预选器的选择需要结合具体的测定过程。只有在测定过程中注意到一些小的细节才能促进检测结果的有效性。
四、结语
综上所述，无线电电磁环境的整体监测系统的组成非常复杂，只有就每一个组成的功能及工作原理分析到位，然后注意到在无线电电磁系统监测过程中所需要重点注意的问题才能做好无线电电磁环境的监测工作，最大限度的促进无线电业务的健康稳定发展。
参考文献：
[1]司广莉. 浅谈无线电电磁环境监测系统及监测数据[J]. 科技资讯， 2009，（24）.
无线环境监测第3篇
关键词：无线传输；环境监测；Zigbee
1 研究背景及意义
近年来新兴了一种性能稳定、传输效果较好的无线数传网络，主要用于传感器间近距离无线通信连接。基于这种无线的传输技术而开发的硬件模块，具有低成本，低功耗，协议简单，安全可靠，自动组网等特点。目前，此项技术已经日趋成熟，并被应用于多种行业。
传统的环境监测的过程一般为接受任务，现场调查和收集资料，监测计划设计，优化布点，样品采集，样品运输和保存，样品的预处理，分析测试，数据处理，综合评价等。同时监测地域的分散性，环境变化过程的缓慢性，监测的时间跨度也很大，所以目前常采取的是周期性的间断监测。传统的监测方法，对突发状态现象调查无法完成，而应用这种无线传输技术的监测平台可以随时不间断的进行监测。
2 基于无线传输的环境监测系统
本文将无线传输技术用于环境监测，搭建环境监测平台，该平台将具备连续性、追踪性的特点，对突发环境事件的研究提供帮助。将来随着该平台研究更加成熟，还将具备综合性特点，非常符合环境监测的要求。首先将开发的微传感器节点模块按照一定要求布置在监测环境中，实时采集各类环境数据，然后通过中心节点（具有协调器和路由的功能）将数据传递给网关，最后网关将收集到的整个子网络的信息通过系统内网传给基站。基站与一个数据库和 Internet 网联接，将收集到的数据进行相应的处理。最后，终端用户可以通过 Internet 网访问数据库得到自己感兴趣的信息，并且能够根据需要作出下达指令，控制节点运行。实现对环境的实时监测以及下达控制操作的目的。
1）无线技术综述：Zigbee 技术是专门为了低功耗的无线传感器网络研发的通信协议，通过对比 Zigbee技术和其它无线通信技术的特点，总结出 Zigbee 技术是无线传感器网络的最优选择。本文重点从整个构架上阐述了基于 Zigbee 环境监测平台的系统研究。为了适合无线网络中传感和控制设备通信的特定的需求，传感和控制设备的通信并不需要高的带宽，但是他们要求快速的反应时间，非常低的能量消耗，以及大范围的设备分布。Zigbee 协议应运而生，它继承了以往协议的优势，为无线网络中传感和控制设备之间的通信提供了一个极好的解决标准。
2）系统建设：通过 Zigbee 协议采用自组网和多跳的通信方式将环境的变化量传送给了它的上一级网关，网关将收集到的所有子网络的信息，通过事先编译好的系统内网传给更上一级的中心服务器。中心服务器有一个数据库专门存放这些环境的变化量，将它和 Internet 网连接。这样，用户终端就可以通过手机或 PC 机通过相应的服务程序直接访问到 Internet 网数据库得到用户所需要的外界环境的信息。当然，随着这一技术的不断深入发展，用户终端只需按下键盘在千里之外的办公室就可以实现对智能节点的控制。
3 智能节点硬件设计
智能节点的硬件设计包括主控制器模块选择，通信模块选择，各种环境监测传感器选择等。通过比较选择了环境监测中用到的几种传感器，分析它们的型号、特点、输出模式以及外部接口电路。
1）智能节点的设计：智能节点的设计是整个系统硬件设计最核心的部分，它直接放置在监测环境内部，负责数据的采集、处理和传输等功能。节点的设计必须满足具体应用的特殊要求，例如小型化、低成本、低功耗，并为节点配备合适的传感器、必要的计算功能、内存资源以及适当的通信设备。传统的无线传感器网络节点由四个模块组成：传感器模块（A/D 转换、传感器）、处理器模块（微处理器、存储器）、无线通信模块（无线网络、MAC、收发器）、电源供应模块（电池、AD-DC）。本设计在原有基础上添加标准化的接口平台和控制平台，实现更多应用的传感器的添加，以及用户可以下达命令对开关量，模拟量和数字量执行控制。
2）微控制器选择：微控制器模块是环境监测平台节点的核心部分，在微控制器的选择上，需要综合考虑其存储、处理、接口和功耗等多方面因素对硬件平台实现功能的支持。我们选用了 Texas Insterument MSP 430 微控制器芯片，它是专门为嵌入式应用而设计的超低功耗控制器。采用 16 位 RISC 核，时钟频率较低（4MHz），可以适用于不同类型设备的指令集。它以可变的片上 RAM（存储范围为 2～10KB）、几个 12 位模/数转换器和一个实时时钟为特征。它的功能很强大，可以执行一个标准无线传感器节点的基本计算任务
3）通信模块选择：通信模块是传感器组网的必备条件，使得***的传感器节点之间可以互相连接，并能借助多跳将数据回传到节点，即数据汇聚节点。在环境监测中，大量的节点被放置在被监测领域内，能量消耗以及外部对信号的干扰，选择芯片时要充分考虑通信模块抗干扰能力以及能量消耗问题，即在满足信号处理要求的同时尽可能地抵抗干扰和降低系统能耗，延长平台工作时间。
4）传感器模块：传感器是环境监测平台中负责采集监测对象相关信息的组件，与应用紧密相关，不同的应用对涉及的检测量也不相同，有可能是一个模拟量（温度、湿度、光强、气体含量等），也有可能是一个数字量（信号链路质量）或者是一个布尔值（阈门开关、电闸的开合和继电器的位置等）。在环境监测中，传感器模块主要添加的常用传感器有全光谱光强度传感器、可见光谱光强度传感器、有毒气体监测传感器、温湿度传感器等。
5）控制平台：大多数的环境监测，数据采集和传输是系统的主要工作，尽量避免对环境监测对象造成影响，以保证数据采集精度。但是，对于诸如农业环境监控之类，用户希望不仅可以了解农田的各种环境参数变化，而且可以根据采集信息的变化情况对农田环境进行相应调整。例如，在蔬菜大棚内，温湿度是影响蔬菜生长的一些重要因素，当监测平台监测到温湿度高于或低于适合蔬菜生长的范围时需要采取一定的措施来改变大棚内环境温湿度，比如控制喷淋开或关，这就需要引入执行器进行控制。在不同应用中，执行器的功能与作用各不相同，可能是一个继电器开关，也可能是一组运动装置或数控设备，具体需要由系统应用所针对的对象决定。
6）电源模块：电源模块是环境监测平台的能量来源，电源技术的好坏决定了网络工作时间的长短和系统运行成本。目前还没有找到更高效使用时间更长的高能量电池，我们使用的是两节AA 电池，实验效果显示可以维持一个节点工作半个月时间。
7）其他硬件设计：节点模块采用 USB 口作为其程序调试***端口。使用FTDI USB控制器芯片控制器和主机通讯，为了和节点通讯，必须在FTDI设备上安装FTDI驱动。节点模块将会在windows设备管理器中以串行口出现。并行的无线传感器可以同时连接到一台电脑的USB口，每个点，将会接收到不同的串行通信口标识符。天线节点模块的内置天线是一个倒F型的微波传输带，它从电路板底部伸出，远离电池组。倒F型天线是有线单极子，它顶部的截面被折叠下来与地线平行。在读出或写入闪存中数据的时候必须要谨慎，因为它是和无线电通信交叉存取的。这是总线在微控制器上的典型软件应用。
4 平台软件设计
该环境监测平台的软件设计主要通过操作系统 TinyOS 和编程语言 NesC 来完成。本章通过典型应用分析了模块化、基于组件的编程案例。将模块化的程序设计移植于环境监测领域，列出了该平台的软件流程***。最后通过网络数据库的应用开发了一套可视化数据监测平台，实现了远程监测。该平台的软件开发通过开源式 TinyOS 操作系统和基于组件的 NesC 编程语言来实现环境监测数据的发送和接收功能，程序开发周期短，便于修改，对于各种环境监测传感器的添加也很方便。网络数据库的应用开发使人们在办公室就可以直观的看到各种传感器采集的环境监测数据，足不出户就可以对数据进行提炼分析，观测环境变化的一举一动，实现了 24 小时不间断监测，对突发环境情况变化的研究提供了可能。
5 总结与展望
本文设计并实现了一种基于无线传输技术的环境监测系统，它通过使用由大量微型传感器节点组成的环境监测网络，可以对所监测的环境进行不间断的高精度信息采集。本文在以下一些方面做了基础性研究和探讨。搭建了基于无线传输技术的环境监测平台，这个平台具有数据采集和上传、网络可视化、远程控制等功能。在过去智能节点的硬件设计上存在接口不容易扩展问题，主要是由于环境监测中需要添加的传感器类型不同导致输出信号格式不同，另外还有主控芯片输入接口不够用等问题。针对这些展开研究，设计了标准化接口电路，实现了接口扩展。最后需要利用该平台进行了一系列的试验和调试，对采集的数据进行了分析，将该平台应用于环境监测是具有一定科研意义的。
参考文献
[1] 于宏毅， 李鸥等，无线传感器网络理论、技术与实现，国防工业出版社，2008.09
[2] 谢庆剑，杨再雍，李明玉.生态监测及其在我国的发展[J]广西轻工业.2008（8）：77―79.
[3] 蒋挺，赵成。紫蜂技术及其应用[M]。北京：北京邮电大学出版社，2006.
[4] 王殊等著，无线传感器网络的理论及应用，北京航空航天大学出版社，2007.07
[5] 陈玲，环境监测，化学工业出版社，2011.1.17
[6] 姜必亮.生态监测 I***.福建环境，2003，20（1）：4-6.
[7] 李文峻.浅谈生态环境监测[J].农业环境与发展，2011 年第 1 期
[8] 宫国栋.关于“生态监测”之思考[J].干旱环境监测，2002，16（1）：47_49.
[9] 李文仲，段朝玉。Zigbee 无线网络入门与实战[M]。北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[10] 李文仲，段朝玉.ZigBee 2006 无线网络与无线定位实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
[11] 郝吉明，程真，王书肖. 我国大气环境污染现状及防治措施研究[J]. 环境保护. 2012（09）
[12] 陈健鹏，李佐***. 中国大气污染治理形势与存在问题及若干***策建议[J]. 发展研究. 2013（10）
[13] 李佳，谢琦，王庆华. 基于网关的ZigBee网络与Internet互联框架[J]. 计算机工程与设计. 2012（09）
无线环境监测第4篇
关键词：环境监测；实时监控；无线通信；接力传输
无人值守综合监控系统可在比较复杂环境中实现无人值守检测，集中式管理与分布式监控远程设备。对于无线远程实施监控系统来讲，在系统内充分运用了诸多先进技术，如无线通信技术、现代传感技术及环境测试技术等，可将其大致划分为三部分，即以Web为基础的数据与分析模块、服务器端接收存储模块及终端采集发送模块。本文基于MSP430探讨环境监测系统的设计路径。
1.系统分析与模块介绍
1.1系统总体设计
无线环境监测系统设计中，选用节点寻址技术，实施多节点通信。手机无线通信距离外的各节点数据，乃是无线实时检测系统所需解决的关键问题，也就是监控终端采用切实办法对无线通信距离之外的探测节点数据进行实时收集，有别于其它类型的预设路由的接力数据传输方式，对于覆盖区域相应拓展问题给予了有效解决，在运行中，监控终端始终均为主控，能够收集制定区域框架内各探测节点的实时数据，而对于特殊情况，针对所接收到的远端请求，能以被动的方式来接受，若在节点发生紧急情况，能够及时作出处理。而对于探测节点，其处从属地位，监控终端对其实施控制，在紧急状况下，可调整至主动发送，保证能够及时上报可能出现的环境污染因子。
1.2系统硬件设计
1.2.1硬件设计思路
无论是探测模块还是监控模块，均需由MCU实现，本文均选用MSP430F1611单片机（TI公司），将其当作控制器，对于MSP系列单片机来讲，其实际就是功耗超低、拥有精简指令集且为16位的混合型单片机，其具有比较底的功耗消耗，此点对于本系统设计，对于本次设计尤为重要。对于环境监测模块而言，可监测二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、VOCs等信息，而对于其它类环境信息的测量，在本系统中快速植入。定点采集及轮询等方式，各节点实现有序通信，而通过运用预设路由的接力数据传输方式，能够较好的且系统化的解决覆盖范围拓展问题，对于监控终端，还有屏显与键盘功能，本文选用128×64液晶屏显及4×4按钮键盘。
1.2.2无线通信模块
对于环境监测数据，其实为静态信息，具有相对不高的数据传输速度要求，在对无线通信模块进行设计时，则可将nkF24L01数字无线收发器作为优选。此接收器其实为一款低成本无线收发器，即为工业级内置硬件链路层协议。此器件于2.4GHz工作，在I***频段全球开放，内部设置有多种功能模块，如调制器、晶体振荡器、功率放大器及频率合成器等，并且其中还内置有ShockBurst技术（增强型），另外，可通过程度配置方式，确定通信频道与输出功率。可直接连接于单片机I/O，具有较少的外界元件。nRY24L01在功耗方面比较低，若将发生功率{整至-6dBm，则工作电流便会维持在8mA：若处于接收状态，电流则维持在12.2mA，通过各种低功率工作模式的运用，可更好的开展节能设计。
1.2.3监控模块
对于监控模块，对于其核心处理器的选用，通常以MSP430F1611单片机为基础，实际就是功耗超低、拥有精简指令集且为16位的混合型单片机。监控模块当中的液晶显示与键盘，能够操作各种菜单功能，另外，还可进行数据与信息的实时查询。在内容上，还包含有基于本地环境的监测模块，类似一节点。
1.2.4环境监测模块
环境监测模块的核心处理器也采用的是MSP430F1611单片机，能够测量二氧化硫、二氧化氮和臭氧等。在检测二氧化硫、二氧化氮和臭氧时，分别选用紫外荧光传感器、化学发光传感器和紫外吸收传感器，测量范围为0-500ppb，通过与SPI形成兼容效应，用微型SOT23-6来封装。通常情况下，化学发光法传感器测量范围为0-500ppb。
2.系统功能设计
2.1轮询模式
先选择“数据采集”，从中找出“轮询模式”，然后进至此模式，对于其中各个节点，需逐个访问，针对各节点的执行，需要做到与定点采集模式相同，首先从节点1进行定点采集之后以自动的方式在，在需要访问的后续地址上加一，也就是节点2，以此方式类推，直至最后节点。最后屏显所测数据，以便清晰观察分析。探测时，如若在等待时间上超出终端，便会向下节点自动跳转，并继续进行访问，在终端数据上予以显示，从中便可查知此节点所存在的故障，所以，此模式能够对各及诶单正常工作与否进行检测。
2.2自动接收
对于自动接收模式而言，其能够将监控模块，时刻控制在等待接收状态，各探测节点依据实现设定好的顺序，将环境数据信息定时发送。为不出现冲突，即大于2个节点同时进行数据发送，当进至自动接收模式时，监控模块会将一个启动时钟发送至全部探测节点，将其为基准，各个探测点延时后，会将环境数据信息自动发送。
3.环境监测系统覆盖范围扩展
本文所设计的无线传输模块，主要将nRY24L01芯片作为其核心，其工作状态，满足于各种低功率要求，能够有效开展节能设计。但低功耗也存有些许问题，比如在传输距离方面相对有限，通常情况下，维持在～100m，针对此监测系统来讲，其覆盖范围为100m，因此，此状况会对环境监测系统的效用，产生某种趋向范畴内的严重制约。而在接力数据传输方式方面，如若选用预设路由，便能将覆盖不足的缺陷给予有效解决。对于此种传输方式，能够为把处于远端，并且不在监控范围之内的各节点，结合上级节点相应指定，与监控模块间形成数据传输。由于环境监测系统，在环境数据量方面比较少，因此，也就具有比较小的无线通信数据量，而运用此方式，不会由于节点的增加，而造成通信阻塞状况。
无线环境监测第5篇
针对贵重易损装备器材存储环境监测的需求，利用无线传感技术，搭建装备器材存储环境实施监测系统，实时监测环境和器材状态
随着武器装备的更新换代，大量高新技术装备不断列装部队。因此，精度高、技术复杂、价格昂贵的装备维修器材在存储和运输过程中，由于不当操作或处置，受到过度冲击、振动以及存储环境不达标等情况影响，有可能造成部分装备器材的非预期失效，造成较大经济损失，影响装备保障能力。
针对贵重易损装备器材存储环境监测的需求，利用无线传感技术，搭建装备器材存储环境实施监测系统，实时监测环境和器材状态，提供监测装备器材的温度、湿度和振动等重要存储环境参数，并对这些参数超限进行实时报警，为部队实施装备器材存储环境实时监测提供重要技术手段和数据论据支撑。
器材封存环境无线监测系统总体结构
器材封存环境无线监测系统由无线数据采集节点、数据网关、监控软件构成。数据采集前端具有不同的功能和参数。数据通讯网关是中心监测平台计算机与无线数据网络通讯的桥梁，具有标准串行通讯口与计算机通讯，同时具有无线网络接入功能，充当无线网络的管理者角色，实现平台计算机与无线数据采集终端的双向数据传输和无线网络管理功能。中心监测平台为安装有应用软件的微机，用以对整个系统构成和参数配置，并能够实时显示采集数据及其趋势***，具有对数据进行存储、报警等功能。
器材封存环境无线监测系统运行在监测中心平台PC终端上，通过网络与数据通讯网关连接，实现对无线传感器节点的参数配置，并接收无线传感器节点上传的实时监测数据。系统配置实时监测中心平台计算机，安装实时监测系统应用软件，用于显示和记录前端无线采集节点所采样的数据；系统支持通过该中心平台下发指令，让采集前端发出声、光提示；系统配置数据通讯网关设备实现中心平台与无线数据采集网络之间连接；系统配置集成温度、湿度、气压、振动等传感器为一体的采集节点若干，模拟实现存储环境参数的采集任务。
器材封存环境无线监测系统的主要功能
器材封存环境无线监测系统主要实现以下功能：配置无线传感器节点的数据采集周期和各项数据的报警上下限；远程定位无线传感器节点；显示无线传感器节点的实时数据及报警信息，当数据发生变化达到报警阈值时，需要立刻在节点发出声光报警；提供对历史数据及历史报警信息的查询；根据之前一段时间的历史数据，预测设备是否可能出现故障。
系统配置模块主要完成对网关、传感器节点等相关硬件运行参数的配置和检验功能。系统通过局域网与网关进行通信，发送网关和节点参数到网关寄存器，或从网关寄存器获取参数；网关与节点之间通过无线网络基于Zigbee协议进行通信，节点按照预设周期到网关寄存器中获取用户设置的节点参数。系统可同时与若干个网关进行通信，接收监测数据，选择某个网关，即以表格形式显示与其通信的所有监测节点的信息。
实时监测模块主要完成对节点监测数据和报警状态的实时获取、存储、显示。采集节点按照采集周期实时向网关发送最新监测数据和报警状态。系统按照设置的网关上传周期实时到网关查询各采集节点的监测数据和报警状态。系统接收到节点监测数据后，在显示的同时，将数据存人数据库；系统接收到节点报警状态后，进行判断，如果报警状态与上一个状态相比发生变化，记录各节点的报警状态的变化，将报警记录显示并存人数据库，并由系统向用户发出报警提示音及某种形式的可视化提示。系统根据监测数据的监测时间判断节点离线时，同样进行报警提示、记录、存储。
查询统计模块主要完成设定条件下历史监测数据和报警记录进行查询和统计，以及可视化形式显示功能。系统根据用户输入的条件查询历史监测数据，将查询结果以曲线***的形式可视化显示，并以表格形式提供详细数据，可显示温度、湿度、振动、气压中的某一种或所有数据的曲线***。选择某个网关和节点，可以查询该节点在某段时间的报警记录，系统提供报警记录的网关ID、节点ID、节点位置描述、报警时间、报警类型、报警值等信息。
数据管理模块主要完成数据备份、年度设置和年度转换的功能。数据备份、还原是保证数据安全性的重要方式。系统应提供对实时监测数据和历史监测数据的备份功能，并能在需要时对备份的数据进行查询和统计。因为监测数据量较大，长期存储占据空间大，系统只存储当前监测年度及上一年度的监测数据及报警记录，以进行查询和统计。年度转换时，清空上一年历史数据表，将当年数据保存至历史数据表，并清空实时数据表。
器材封存环境无线监测系统的技术方案
器材封存环境无线监测系统的主要设备包括无线传感器节点、数据收集器、数据网关和传感器接入设备。传感器节点是监测系统的核心部件，主要由可扩展传感器模块、处理器模块、无线通信模块、预警模块和电源组成。传感器节点将采集信息实时传输到基站，并且在所处环境超过所设限值可自主发出报警信息。传感器节点设计应尽可能小、便于布设、能耗低、具有一定的抗干扰能力和安全性，且根据实际需求方便接入不同的传感器，用于不同的监测需求。将传感器节点预置于器材的内包装，通过监测包装内的温湿度数据预测器材发生霉变的可能，对于一些气相封存的器材可通过监测封存包装内气体含量监测封存质量。同时，传感器节点还能实时监测器材收到的冲击振动情况，在遭遇过大冲击振动时及时发出警报。
系统网络结构由无线传感节点、数据收集器、数据网关组成。无线传感节点采集环境信息，并将信息数据汇聚到数据收集器，然后通过网络至数据网关，用户终端通过数据网关获取传感器信息。该结构的特点是各种无线传感器***，使用灵活方便；增加数据收集器设备，方便声光电报警的位置部署；多种网络拓扑，可适应复杂应用环境，如包装密封、监测位置不固定、环境监测周期短、采集周期要求不高。系统网络结构也可以由传感器接入设备、数据网关组成，传感器接入设备采集传感器信息，并将信息汇聚至数据网关，用户终端通过数据网关获取传感器采集的信息。该结构的特点是传感器节点的集成度更高；无线网络拓扑简单，更稳定；传感器扩展灵活度高。该结构适用于监测环境固定的场景。
系统软件结构包括实体层、数据访问层、通信协议层和用户界面层。用户界面有参数配置界面、节点控制界面、实时信息界面、历史信息界面和设备故障预测界面。软件系统通过无线传感器实时采集设备的环境信息，并对根据部分信息进行分析处理，预测设备在一段时期后的状态。根据使用需求的不同，传感器数据可分为两类：用于分析温湿度、封存气体含量的预测数据和用于实时报警的振动、压力数据。当分析预测的数据发生变化时，不需要立刻在节点显示声光报警，而是由管理人员或专家系统根据经验公式对节点数据的变化趋势进行分析，推测设备是否会出现发霉等情况，再对可能发霉的设备进行处理。当实时报警数据发生变化时，需要立刻在节点显示声光报警，并在用户终端上显示报警信息，提示管理人员设备在运输搬运过程中出现严重的物理冲击，可能受到致命损害。
无线环境监测第6篇
摘 要：根据无线通信技术低功耗、低成本和动态性的优点，研究基于无线传感网的井场环境监测系统，对井场环境进行监测，防止井下事故的发生。系统的硬件由终端、路由器、协调器、上位机四部分组成，主要针对井场环境监控困难、环境复杂、事故易发的情况。该系统软件的基本思想是：先初始化系统，然后启动A/D转换，将采集到的数据送给CC2530进行存储、数据处理，最后利用CC2530的RF收发器对数据进行发送。该系统采用无线ZigBee技术作为传输方式，同时结合了虚拟仪器技术，对上位机界面进行了设计。系统测试过程稳定，结果可靠，同时抗干扰能力较强且可以应用于多种户外环境参数的采集与监测。
关键词：井场环境监测；无线通信技术；ZigBee；数据采集
项目资助：本研究受油气消防四川省重点实验室开放基金项目（No. YQXF201602），2016部级级大学生创新创业训练计划项目 （项目号：201610615030）资助。
1引言
随着能源危机的到来，对石油资源的长期、安全、高效开采，已成为大家研究的话题。井场环境条件恶劣，危险性高，需要监控参数多。由于对相关参数的控制不及时而造成的一些或大或小的事故，造成这些事故的原因除了所处地质的本身条件外，很多时候都是由于对采油参数的控制不及时而造成的。进入21世纪，他们不仅使用无线通信技术来对井场环境进行监测，而且在钻井技术方面也实现了自动化。但是在井场环境中有线方式在一些应用中存在一定局限性，如需经过强腐蚀地段等。因此无线通信技术得到高度重视。无线通信技术具有低功耗、低成本和动态性等优点[1]。它们能够很好的应用到环境无线监测，因此，研究基于无线传感网的井场环境监测系统具有十分重要的作用和意义。
2 井场环境无线监测系统的硬件设计
2.1 系统硬件的设计框架
本系统采用固定端采集模式，分为终端、路由器、协调器、上位机四部分。在网络中，传感器节点分布在井场内的各个地方，根据网络的覆盖性以及实际井场的面积，计算出总共需要多少个传感器节点。[2]这些传感器节点对井场环境的温湿度、光照强度以及各种有害气体进行实时采集。当协调器上电时，开始对网络进行建立，然后通过ZigBee的方式与传感器节点进行无线连接。系统组成如***1所示：
2.2 网络节点的硬件设计
2.2.1 网络节点整体设计
该设计针对的是井场环境参数的监测，井场环境一般较恶劣，需要采集的环境参数包括可燃气体（甲烷）、温湿度、光强、有毒气体硫化氢以及烟雾等等。在该设计中，整个网络的主控芯片采用CC2530，它能很好地适应井场环境的监测。除此之外，网络还应具有传感器模块、射频模块、电源模块、通信串口以及天线等来满足整个网络数据的无线通信功能[3]。传感器模块主要包括MQ-2型气体传感器、温湿度传感器SHT11、光电传感器和硫化氢传感器。传感器与CC2530芯片都集成在同一块PCB板子上。通信串口使用RS232。
2.2.2 传感器电路设计
本设计研究的井场环境无线监测系统，主要是对井场的环境参数进行采集、监测，需要对网络节点配置相应的传感器电路。传感器模块主要包括MQ-2型气体传感器、温湿度传感器SHT11、CH4传感器、光电传感器和硫化氢传感器。
2.2.3 串口通信电路
本设计的串口通信采用串行通信。这种通信方式可以节约通信成本，但是传输速度比并行慢。串口通信电路就是为了使协调器与上位机相连，通过上位机对数据进行显示。
2.2.4 其他电路
天线线路使通讯信号能从一节点通过无线方式发送至另一节点；电源转换电路使9V直流电压转换电路转换成5V直流电压与3.3V直流电压。
3 井场环境无线监测系统的软件设计
3.1 单片机端软件设计框架
单片机端软件的基本思想是：首先对整个系统上电复位初始化，然后启动A/D转换，该A/D转换器是利用CC2530的电路来实现的，利用相应的传感器对环境参数进行采集，将采集到的数据送给CC2530进行存储、数据处理，最后利用CC2530的RF收发器对数据进行发送，然后另外的CC2530进行接收。
3.2 上位机端软件设计框架
计算机端软件就是对数据进行无线接收，然后通过串口助手对其进行显示，再利用上位机对数据进行处理、保存、报警等功能。
3.3 上位机实现
在该设计中，利用的是LabVIEW来实现的，该界面包括用户登陆界面，串口配置界面，数据与波形显示界面，同时还具有数据保存功能。
4系统测试
4.1 模块测试
（1）数据采集模块测试
由于实验限制，本设计在测试的时候仅仅只选用了温湿度传感器SHT11和光电传感器。
（2）通信模块测试
利用两块CC2530模板，一个***终端节点程序，一个***协调器程序，并将协调器与上位机通过串口线连接。给协调器与终端节点上电，观察两个模块LED显示情况以及串口助手显示情况。通过模块测试，系统能够正常工作运行。
4.2 整体测试
此时点击文件路径处，选择文件保存的位置，当停止运行时，可以查看历史数据。该***显示每隔1秒采集一次参数，且节点1和节点2的参数能够很直观的显示，通^对历史参数的保存，就能对其进行数据分析，发现故障。
4.3环境实测
为了验证系统的可靠性，利用它在实验室外进行了测试。我们先完成终端、协调器与路由器的程序***。之后，我们布置各终端节点、协调器、路由器。再对各节点进行供电，上位机采用电脑进行代替。随即，我们进行环境参数的采集。
测试结果表明，该系统能够对户外环境进行实时监测，当环境参数超过设定的值时，LabVIEW界面相应的位置就会进行报警。
5结论
本文介绍的基于ZigBee技术的井场环境无线监测系统。采用无线ZigBee技术作为传输方式，同时结合了虚拟仪器技术，对上位机界面进行了设计。经过现场实验表明，该套系统测试过程稳定，结果可靠，同时抗干扰能力较强。不仅如此，本系统还可以应用于多种户外环境参数的采集与监测。
参考文献
[1]陈方华.基于ZigBee的煤矿井下无线传感器网络的研究[D].安徽理工大学，2009.6：6-8.
无线环境监测第7篇
关键词：无线传感器网络，关键技术，传感器节点
1 前言
环境保护越来越受到重视，环境监测是环境保护的基础，其目的是为环境保护提供科学的依据。目前无线传感器网络在环境监测中发挥着越来越重要的作用。与传统的环境监测手段相比，使用无线传感器网络进行环境监测有三个显著优势[1]：一是传感器节点的体积很小且整个网络只需要部署一次，因此部署传感器网络对被检测环境的人为影响很小。二是传感器节点数量大，分布密度高，每个节点可以采集到某个局部环境的详细信息并汇总融合后传到基站，因此传感器网络具有数据采集量大，探测精度高的特点。三是传感器节点本身具有一定得计算能力和存储能力，可以根据物理环境的变化进行较为复杂的检测，传感器节点还具有无线通信能力，可以在节点间进行协同监控。因为传感器网络节点对环境变化、传感器网络自身变化以及网络控制指令做出及时反应，所以无线传感器网络适用于多种环境监测应用中。
2 环境监测应用中无线传感器网络节点的硬件设计
***1节点硬件组成
微处理器采用TI公司的超低功耗的MSP430系列处理器，功能完善、集成度高，而且根据存储容量的多少提供多种引脚兼容。
无线通信采用CC2420ZigBee芯片，CC2420ZigBee芯片通过SPI接口与MSP430相连接。
电源用电池供电，使用AA电池。
传感器节点可以不在节点中包含模数转化器，而是使用数字换能器接口。
3 无线传感器网络用于环境监测中的关键技术
3.1 节点部署
好的无线传感器的节点部署必须同时考虑覆盖和连通两个问题。覆盖要求在感知中的每个地方都能至少被一个节点监视到，而连通要求在网络通信上不被分割。覆盖受节点的敏感度影响，而连通受到节点的通信距离影响。
因监测环境的复杂性和监测环境对于外来设备的敏感性、为了获得周围环境的确切参数和为了延长传感器网络部署的有效时间、增强传感器网络的实用性，所以用于环境监测的传感器节点需要满足体积小、精度高、生命周期长的要求。
选择可替换、高精度的传感器对于环境监测来说至关重要。一般来说，同类的传感器测得数据之间误差应不超过3%，这样通过一定得补偿机制可以将误差控制在1%之内。选择传感器的另一个重要因素是传感器的启动时间。在启动时间内传感器需要一个持续的电流作用，因此需要采用启动时间较短的传感器以节省能量。
3.2 能量管理
目前的传感器节点大多使用两节AA电池供电，这样的电力在3V情况下大约是2200mAh。如果需要持续工作9个月，每个节点平均每天只有8.148mAh的电量。表列出了传感器节点常用操作消耗的能量。实际应用中需要仔细地在本地计算、数据采集和通信之间分配能量