在信息家电设备中的应用 - 无线传感器网络的应用领域分析

　　在信息家电设备中的应用

　　无线传感器网络的逐渐普及，促进了信息家电、网络技术的快速发展，家庭网络的主要设备已由单一机向多种家电设备扩展，基于无线传感器网络的智能家居网络控制节点为家庭内、外部网络的连接及内部网络之间信息家电和设备的连接提供了一个基础平台。

　　在家电中嵌入传感器结点，通过无线网络与互联网连接在一起，将为人们提供更加舒适、方便和更人性化的智能家居环境。利用远程监控系统可实现对家电的远程遥控，也可以通过图像传感设备随时监控家庭安全情况。利用传感器网络可以建立智能幼儿园，监测儿童的早期教育环境，以及跟踪儿童的活动轨迹。

　　无线传感器网络利用现有的因特网、移动通信网和电话网将室内环境参数、家电设备运行状态等信息告知住户，使住户能够及时了解家居内部情况，并对家电设备进行远程监控，实现家庭内部和外界的信息传递，无线传感器网络使住户不但可以在任何可以上网的地方通过浏览器监控家中的水表、电表、煤气表、电器热水器、空调、电饭煲等，安防系统煤气泄露报警系统、外人侵入预警系统等，而且可通过浏览器设置命令，对家电设备远程控制。无线传感器网络由多个功能相同或不同的无线传感器节点组成每个节点，对一种设备进行监控，从而形成一个无线传感器网络，通过网关接入因特网系统，采用一种基于星形结构的混合星形无线传感器网络结构系统模型。传感器节点在网络中负责数据采集和数据中转节点的数据采集，模块采集户内的环境数据，如温度、湿度等，由通信路由协议直接或间接地将数据传输给远方的网关节点。

　　目前，国内外主要研究无线传感器网络节点的低功耗硬件平台设计和拓扑控制、网络协议、定位技术等。以检测光线强度的传感器为例，实现了一个无线传感器网络，根据传感器所检测的光线强弱来关闭或开启指示灯。在无线传感器网络中，普通节点将它采集的光强数据发送给网络协调器，网络协调器将含有控制变量的数据帧发送给带有指示灯接点的同时，还可以通过串口将光强度数据传送给计算机。通过安装存计算机上的后台软件，可以看出光强度信号的变化。通过遮盖光强传感器可以改变采集到的光强数据，当光强度比较低时曲线下降，反之曲线上升。这种传感器网络综合了嵌入式技术、传感器技术、短程无线通信技术，有着广泛的应用。该系统不需要对现场结构进行改动，不需要原先任何固定网络的支持，能够快速布置，方便调整，并且具有很好的可维护性和拓展性。

　　在农业领域的应用

　　农业是无线传感器网路使用的另一个重要领域。为了研究这种可能性，英特尔率先在俄勒冈州建立了第一个无线葡糖园。传感器被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度，以确保葡萄可以健康生长，进而获得大丰收。以后，研究人员将实施一种系统，用于监视每一传感器区域的温度，或该地区有害物的数量。他们甚至计划在家畜（如狗）上使用传感器，以便可以在巡逻时搜集必要信息。这些信息将有助于开展有效的灌溉和喷洒农药，进而降低成本和确保农场获得高效益。

　　据媒体报道，国家科技支撑计划项目“西北优势农作物生产精准管理系统”实施以来，主要针对西部地区优势农产品苹果、猕猴桃、丹参和甜瓜、番茄等主要农作物，以及西部干旱少雨的生态环境特点开展专项技术研究、系统集成与典型应用示范，成功将无线传感器网络技术成功应用于精细农业生产中。这个实时采集作物生长环境的传感网先进技术应用农业生产，为发展现代农业提供了新的技术支撑。在项目实施中，承担单位之一的西北工业大学利用在传感器网络技术，开发出可实时采集大气温湿度、CO2浓度、土壤温湿度的传感器网络节点。

　　系统由感知节点、汇聚节点、通信服务器、基于WEB 的监控中心、农业专家系统、交互式农户生产指导平台组成。系统已应用于安塞、杨凌、阎良日光温室的番茄、甜瓜等设施作物，洛川苹果、周至猕猴桃、商洛丹参。众多的感知节点实时采集作物生长环境信息，以自组织网络形式将信息发送到汇聚节点，由汇聚节点通过GPRS上传到互联网上的实时数据库中。农业专家系统分析处理相关数据，产生生产指导建议，并以短消息方式通知农户。系统还可远程控制温室的滴灌、通风等设备，按照专家系统的建议实行温度、水分等自动化管理操作。西北农林科技大学面向西部优势农产品精准化生产需求和西北地区主要农业设施环境特点，研究以苹果、猕猴桃、甜瓜、番茄、丹参为代表的西部优势农作物的生长发育模拟模型及精准的量化管理指标，已建立了以上各作物的生长发育、产量及品质数据库。

　　针对优质果业和中草药精准管理，建立了生产地气候数据生成模拟模型、以温度、光照为主要驱动因子的发育进程模拟模型，丹参主茎叶龄动态发育模型、丹参光合生产与干物质积累模型。通过技术组装配套，开发出6套主要作物精准化管理技术规范，建立蔬菜、苹果、猕猴桃、丹参等6个示范基地。通过精准化育苗和水肥管理，生产效益提高11%，苹果精准化示范园较常规果园产量提高12%，优质果率提高8%，降低投资17%，每亩合计增加效益1215元;猕猴桃精准化示范园产量提高15%，优质果率提高 10%，降低投资16%，每亩合计增效1500元。相关技术已辐射2万余亩，已累计增加效益7000多万元。

　　我国是一个农业大国，农作物的优质高产对国家的经济发展意义重大。在目前农业自然资源不断减少，生态环境恶化趋势没有扭转的情况下，农业想要进一步发展，就必须要求农业转变增长方式，推动农业发展的现代化、信息化。传感器网络的出现为农业各领域的信息采集与处理提供了新的思路和有力手段。借助这种技术手段，能够实时提供土壤温湿度、空气变更、酸碱度、二氧化碳浓度，动植物病虫害信息、生长信息，农作物灌溉情况等，这些信息帮助人们及时发现农业生产中的问题，便农业有可能渐渐地从以人为中心，转向以信息和软件为中心的生产模式。随着无线传感器网络的不断发展，国内外在该领域已经初步推出相关产品并得到示范应用。

　　在建筑物状态监控中的应用

　　建筑物状态监控是指利用传感器网络来监控建筑物的安全状态。由于建筑物不断进行修补，可能会存在一些安全隐患。虽然地壳偶尔的小震动可能不会带来看得见的损坏，但是也许会在支柱上产生潜在的裂缝，这个裂缝可能会在下一次地震中导致建筑物倒塌。用传统方法检查往往需要将大楼关闭数月，而安装传感器网络的智能建筑可以告诉管理部门它们的状态信息，并自动按照优先级进行一系列自我修复工作。

　　未来的各种摩天大楼可能都会装备这类装置，从而建筑物可自动告诉人们当前是否安全、稳固程度如何等信息。随着社会的不断进步，安全生产的概念已经深入人心，人们对安全生产的要求也越来越高。在事故多发的建筑行业，如何保证施工人员的人身安全，以及工地的建筑材料、设备等财产的保全是施工单位关心的头等大事。任何一个建筑工地都有大量的脚手架，电缆等设施和建筑材料，这些东西由于价值不菲，运输方便，成了被偷盗的对象。

　　在没有视频监控的工地，由于管理者不能24小时监督工地，导致在深夜和凌晨的偷盗现象非常严重。建筑工地最让人担心的就是安全问题。由于大部分的建筑工人都是农民工，他们文化水平有限，安全意识缺乏，很容易在施工时因违规操作造成人身伤害和工程损失。为了避免这些危险，视频监控系统显得尤为重要。

　　城市污染一直是建筑工地带来的负面影响之一，由于过多的沙石，水泥材料，使工地附近的空气质量非常的差，为市民带来很多不变。冲洗水泥车会使工地附近的路面非常泥泞，水分蒸发后，又会使路面凹凸不平。这些不文明的行为都是投资者需要注意的。由于施工环境的限制，设备、材料的安全管理不完善及部分员工的自我防护意识的薄弱，为犯罪分子提供了可乘之机。如何通过技术手段引入施工现场，打造数码建筑工地成了许多建筑单位重点考量因素。地基基础阶段的监控：深基坑支护、基槽开挖和人工挖孔桩施工等已被列入专项治理内容。这个阶段的施工已被作为监控的重点。转入地面、楼面施工阶段，建筑物四周敞开，作业面宽，施工人员多，各个分项工程往往交叉作业，要求各项安全防范和质量要求都要考虑周到。如重点监控对象有，验槽、砼的输送、浇捣、养护、模板安装、钢筋安装及绑扎、混凝土浇捣、施工人员安全帽和安全带配戴、建筑物的安全网设置，以及楼梯口、电梯口、井口防护、预留洞口、坑井口防护、阳台、楼板、屋面等临边防护和作业面临边防护等。针对高层作业的特点，可以设置多项监控重点，如建筑物的安全网设置、施工人员作业面临边防护、施工人员安全帽佩带、外脚手架及落地竹脚手架的架设、缆风绳固定及使用、吊篮安装及使用、吊盘进料口和楼层卸料平台防护、塔吊和卷扬机安装及操作等。

　　通过ADSL或无线接入互联网，在物料存放和施工面等重点安装网络摄像机或无线网络摄像机，在保安室的普通电脑上安装客户端软件或IE浏览器方式即可通过联网进行多画面监控，而且可以直接进行录像文件的保存，以便在有其他情况发生后进行取证。在办公室或家里，只要能上网，使用IE浏览器就可以看到各个监控点的实时图像，实现远程监控在车上或在外出差，配备笔记本电脑和无线上网卡，就可以上网随时随地进行监控或巡视，还可以设置大屏幕电视墙，进行集中监看。监控现场可实现对画面的任意切换、定时切换、顺序切换及对前端设备的控制，作为管理部门的建筑公司，能通过INTERNET实时看到现场的情况，而且已经在某个工地安装的无线监控的前端和中间的传输部分，都可以在其他新工地直接使用，方便灵活，而且降低投入，是管理的好助手。

　　在特殊环境中的应用

　　无线传感器网络是当前信息领域中研究的热点之一，可用于特殊环境实现信号的采集、处理和发送;无线温湿度传感器网络以PIC单片机为核心，利用集成湿度传感器和数字温度传感器设计出温湿度传感器网络节点的硬件电路，并通过无线收发模块与控制中心通信，使之系统传感器节点的功耗低，数据通信可靠，稳定性好，通信效率高，可广泛应用于环境检测。

　　随着计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的相互渗透、结合，产生了基于无线技术的网络化智能传感器的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器，使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。无线通讯技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。还有一些传感器网络的重要应用领域，例如石油管道通常要经过大片荒无人烟的地区，对管道监控一直是个难题，传统的人力巡查几乎是不可能的事情。而现有的监控产品往往复杂且昂贵。将无线传感器网络布置在管道上可以实时监控管道情况，一有破损或恶意破坏都能在控制中心实时了解。加州大学伯克利分校的研究员认为，如果美国加州将这种技术应用于电力使用状况监控，电力调控中心每年将可以节省7～8亿美元。

　　在运送某些特殊物品时，对货柜的环境参数有较高的要求。无线传感器网络可以很好地监测参数变化。接收信号强度指示（RSSI）是基于节点间距离的定位算法，采用多点定位算法可以实现无线传感器网络节点精确定位。对算法进行了仿真，并进行了网络节点实验环境测试，实验结果表明：该算法达到了RSSI多点定位的要求。仓储作业需要配备先进的仓储监控管理系统。在传统仓储作业管理信息系统中附加基于无线传感器网络的仓储环境监测和仓储作业设备运行状态监控功能，可以构建基于无线传感器网络的仓储监控管理系统，从而实现对仓储信息、仓储环境监测、仓储设备监控、仓储作业调度的统一计算机管理。由于无线传感器网络固有的技术特性，将无线传感器网络应用于仓储监控管理，需要针对仓储对象的特殊性，解决三个方面的关键技术问题，即研制开发具有单节点多参数检测与传送能力的无线传感器网络节点设备，建立混合武无线传感器网络;重点研究无线传感器网络节点的三维空间部署，满足网络覆盖度和连通度的要求，其中一种有效的节点部署方案，就是将确定的仓储空间进行基于立方体或球体的有限元划分;研究几类信息的综合处理与信息融合，满足对仓储信息与仓储作业调度进行统一计算机管理的需要。

　　结束语

　　无线网络是利用无线电波而非线缆来实现与计算机设备位置无关的网络数据传输系统，是现代数据通信系统发展的一个重要方向。无线传感器网络是当前信息领域中研究的热点之一，可用于特殊环境实现信号的采集、处理和发送。无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，在现实生活中得到了越来越广泛的应用。目前，无线传感器网络作为一种获得和处理信息的新技术，正在被广泛的研究。随着通信技术、嵌入式技术、传感器技术的发展，传感器正逐渐向智能化、微型化、无线网络化发展。