论文研究-低功耗的无线温湿度传感器监控网络 .pdf

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低功耗的无线温湿度传感器监控网络,苏忠城,尚斐,在影响无线传感器网络生命周期的众多因素中,节点的能量是其中最为重要的。而节点的功耗、拓扑结构、路由算法以及具体应用等因素
中国科技论又在统 http://www.paper.edu.cn 转发的能力。 Zigbee协议支持的网络结构有星状、树状和Mesh网络结构。 32 Enddevice和 Router节点应用程序 Enddevice和 Router节点的板载程序是一样的主要区别是编译时调用的库不一样。编译 Fnd时使用的是 JZ EndDevicclib库,编译 Router是使用的是 IZ Routcrlib库。两个库都是 由 Jennic公司提供的。 Enddevice节点程序实现的主要功能是:①周期采集的温度和湿度数 据以及电池电量数据;②发送薮据;③接收温度湿度和电池电量的阈值,并进行相关设置 Router节点的程序基本功能和 Enddevice一样。 节点程序由BOS启动。BOS是一个任务表,控制 Zigbee栈和用户定义仼务的执行,如 图3。 ZigBee栈由二个任务快组成:网络层任务( Network layer)、应用层任务(APS)和 Zigbee设备任务(ZDO)。 Network layer) APS ZDo User Tasks Hardware Peripheral events MAC Sub-layer 图3 Zigbee栈和用户定义任务执行图 Jennic公司的 Zigbe协议栈为用户提供了多个应用程序接口。对栈的操作可以直接对 这些接程序修改 33C0 ordinator节点应用程序 Coordinator节点的板载程序实现的主要功能是:①发起网络,给各个节点分配地址; ②接收数据;③设置串口参数,完成串口的通信控制。与 Enddievice和 Router不同, Coordinator要调用 JZ CoordLib。这个库也是由 Jennic公司提供的 34用户软件 使用 Delphi廾发的用户软件的主要功能是:①获取串口薮据,解析数据;②显 示温湿度曲线;③显示报警;④保存数据。程序中调 MSCOOMM控键对串冂进行操作。 软件的主界面如图4。界面中左边的面板显示的是实际数据传输情况和节点的生命情况。绿 色表示存活,红色表示节点失去信息。右边面板提供报警信息。一旦节点失去消息或者电池 量不够时报警信号就会显示红色,同时软件发出报警声音提示用户。虚线表示节点之间正在 通信。温度控制、湿度搾制和节点能量是传输给 Enddevice和 Router的阈值。阈值可以通过 收集到的数据处理获得,或者由用户的根据具体实际要求进行设置。 35运行结果 我们在室内对组建好的无线温湿度监控网络进行了实验。图5给出了加阈值前和加阈值 后的温度曲线。b图中加的阈值是30℃。比较两幅图像可以看出,加阈值后可以明显降低通 信量。 3 中国科技论又在统 http://www.paper.edu.cn 测控半台 文件温度显示湿度显示数密保存数处 警报 节点位置4号点 显示绿色 温度控制20 显示红包湿废控制50 节点能量2700 b 设置串口 发送数据 ○7O809O 杆开串口 关闭 关闭中口 图4软件的主界面 4.结论 无线传感器网络中节点的能量大部分消耗在发送和接收数据中。因此减少数据传输是非 常必要。所以我们在 Enddevice和 Router中分别设置了温湿度和电池能量的阈值。当能量少 于阈值时,发送报警信号提示用户对节点进行电池更换。当温湿度超过阈值时发送温湿度数 据,这样可以大大减少通信时能量的消耗。 温度节点1 能1 温度节点1 50 30 45 45 ….J.4 30 40-1 -1-- 31 50g05m 3333333333 30 20-.-1.1-1-1 +-÷+-1-+ 15- 51-1-r-r-1---r---r 0246810121416182221 02468101214161820 (a)不加阈值 (b)加30℃阈值 图5实验混度显示 日前只对应用层能量消耗进行控制,下一步工作是在此基础上对传输层和网终层进行研 究,以进一步减少能量的消耗。 4 中国科技论又在统 http://www.paper.edu.cn 参考文献 1 Lci Wang, Eric Nocl, Chcung Fong, ct al. A Wirclcss Sensor Systcm for Bio-potcntial Rccording in the Treatment of Sleep Apnea Disorder [j]. proceedings of the 2006 IEEE International Conference on 23-25 April 2006Page(s):404409 2」郭世富,马树元,吴平东,等.基于gbe技术的无线传感器网丝在远程家庭监护系统中的应用研究刂计 算机网络.2006(6):28-31 [3]Lorincz, K, Malan, D.J., Fulford-Jones, T.R. F, et al. Sensor Networks for Emergency Response: Challenges and Opportunities [J IEEE Pervasive Computing, Special Issue on Pervasive Computing for First Resp 3(4) October 2004. 16-23 4 Donghui Yun, Jihoon Kang, Jae-eon Kim, et al. a Body Sensor Network Platform with Two Level Communications [J] IEEE International Symposium on 20-23 June 2007 Page(s): 1-6 L5」孙利民,李建中陈渝等无线传感器网络(M北京:清华大学出版社,2006:1-26 LoW Energy Consuming Temperature humidity Monitoring Wireless Sensor Networks Su Zhongcheng, Shang Fei, Zhang Daojing Biomedical Engineering, Beijing Institute of Science and Technology, Beijing( 100081) abstract There are many factors which affect the life of wireless sensor networks. But the power of sensor nodes is the nost important. The cost of energy, topology management, routing protocol and other practical application condition all contribute to the power supplying of nodes. after analyzing energy cost of wireless sensor networks, the optimizing data transfer based data mining is provided Then a low energy consuming, real-time temperature and humidity monitoring system is designed based JN5121-Z01-MOI which is developed by jennic. The result shows that this system reduces traffic Key words: wireless sensor networks; temperature; humidity; monitor 作者简介:苏忠城(1984-),男,硕土研究生。研究方向为无线传感器网络。

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