无线传感器网络——放飞你的测量应用

牵涉到两个问题，一是信号的传输，二是设备的供电。信号传输问题可以通过选择无线网络解决；而针对设备供电问题，则必须考虑外部电源，例如电池或小型发电设备。由于电池所能供应的电量有限，为了满足设备长时间使用的要求，必须严格控制无线传感器网络节点的能耗。在无线传感器网络节点的硬件结构中，无线收发器以及微处理器是耗能大户。所以用户一方面应选用ZigBee技术保证无线收发器的低功耗，同时，在保证处理器性能的前提下，还应选择带有休眠功能并且工作能耗尽可能低的处理器。

NI 选用了TI MSP430 MCU作为无线传感器网络节点的处理器。它的工作能耗为8mW，而休眠期间能耗仅为0.2 µW，仅相当于一块普通ADC芯片的休眠功率。采用AA电池供电，就能够保证它持续工作三年之久，即使安放在人迹罕至的区域，仍然能够保证长时间坚守岗位。

兼容性

最后，我们还需要考虑的是系统的兼容性。无线传感器网络能够帮助工程师完成远程数据的采集，然而我们还需要考虑到数据的分析、显示以及通过互联网发布等功能。例如，将无线传感器网络连接到远程服务器，以实现对持续采集获得的海量数据的记录和分析；连接到HMI(人机交互界面)，以实现历史数据和实时数据的显示；此外，在一些工业应用中，更有可能将无线传感器网络连接到多样的工业现场设备，进行协同工作。在这些情况下，无线传感器网络必须具备良好的兼容性，实现与各种现场设备的快速连接。

常见的无线传感器网络采用的是TinyOS或者MANTIS等特殊操作系统，需要采用nesC (network embedded systems C)开发方式，系统开发工程师必须学习一种新的开发方式，才能在现有的系统中添加无线传感器网络。

为了帮助工程师减少开发时间，NI采用了统一的开发平台LabVIEW实现对于无线传感器网络，远程数据库以及人机交互界面的开发。在LabVIEW平台下，工程师不仅能够实现对于无线传感器网络的远程配置，并在节点上实现算法；同时，还能够支持所有的NI工业平台，例如：自动化控制器CompactRIO，人机交互界面(HMI)。此外，LabVIEW也支持通过OPC或者各种工业总线连接到第三方设备。为了满足日益增加的数据共享的需求，LabVIEW还支持数据的网络发布功能，利用Web Service，我们可以将数据快速发布到互联网络，来自全球各地的工程师都能够快速访问到网络数据库中的数据。工程师无需针对不同的设备和不同的技术一一学习开发方式，在一个统一的平台下就能够完成一个完整的远程监控系统。

图 4， NI无线传感器网络的兼容性

无线传感器网络应用分析

无线传感器网络在各个领域的应用潜力十分巨大：在大型建筑中，无线传感器网络能够被快速发布到各个楼面以及建筑的内外表面，无需考虑布线问题就能获得分项电量、温湿度、用水量等信息，并传递回控制室，实现建筑能耗的监测。在跨海大桥上，无线传感器网络能够被放置在桥梁两侧或者桥墩底部，捕获压电传感器、加速度传感器、湿度传感器中传来的数据，以推算出桥墩的腐蚀程度以及桥面的变形程度，保证桥梁的安全使用。在监护室，无线传感器网络能够被安置在卧室，卫生间，厨房以及客厅，通过对于光，温度，红外传感器的信号，分辨出老年人的行为以及健康状况。在煤矿、石油钻井、核电厂等危险工作环境中，无线传感器网络还能够代替工作人员对现场进行监控，及时排除险情，确保人员安全。

下面本文将就NI无线传感器网络在一些热点领域的应用进行具体的分析：

建筑楼宇内部监测：

一般而言，建筑内部的监测系统需要在建造的同时架设完成，在已经投入使用的建筑内添加此类系统则非常复杂，而无线传感器网络则能够帮助工程师简化架设的流程。加州大学洛杉机分校（UCLA）采用NI无线传感器网络在停车场内架设了一个使用率监控系统。监控系统能够在各个入口和出口处监测是否有车流经过，从而统计停车场不同位置的空车位情况。数据最终通过ZigBee网络传输到网关并汇总到NI CompactRIO处理器中，在处理完毕后，数据还能够被上传到UCLA的交通网数据库中，供授权用户查看信息。

图 5，被安置在停车场入口的NI无线传感器网络

绿色能源及环境监测：

Solix公司是一家知名的生物能源公司。在他们的水田里，设备日以继夜地工作，将藻类转化为乙醇或柴油燃料，为飞机，汽车以及工厂供热系统提供者洁净的能源。为了保证藻类在合适的环境下生长，他们将NI无线传感器网络部署在数十英亩的水田中，实时传回水田的PH值信息，以及时进行调整。

工厂过程监控：

在现有的工业生产线上，通常也需要实现多种信息的监测。例如，针对饮料生产线