大连无线风速传感器型号

军事领域的应用


在军事领域，由于WSN具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境。利用WSN能够实现监测敌军区域内的兵力和装备、实时监视战场状况、定位目标、监测核攻击或者生物化学攻击等。
辅助农业生产


WSN特别适用于以下方面的生产和科学研究。例如，大棚种植室内及土壤的温度、湿度、光照监测、珍贵经济作物生长规律分析与测量、葡萄优质育种和生产等，可为农村发展与农民增收带来较大的帮助。采用WSN建设农业环境自动监测系统，用一套网络设备完成风、光、水、电、热和农药等的数据采集和环境控制，可有效提高农业集约化生产程度，提高农业生产种植的科学性。


生态监测与灾害预警


WSN可以广泛地应用于生态环境监测、生物种群研究、气象和地理研究、洪水、火灾监测。环境监测为环境保护提供科学的决策依据，是生态保护的基础。在野外地区或者不宜人工监测的区域布置WSN可以进行长期无人值守的不间断监测，为生态环境的保护和研究提供实时的数据资料。


具体的应用包括：通过跟踪**鸟类等动物的栖息、觅食习惯进行濒危种群的研究;在河流沿线区域布置传感器节点，随时监测水位及水资源被污染的情况;在泥石流、滑坡等自然灾害容易发生的地区布置节点，可提前发出灾害预警，及时采取相应抗灾措施;可在重点保护林区布置大量节点随时监控内部火险情况，一旦发现火情，可立刻发出警报，并给出具体位置及当前火势的大小;可将节点布置在发生地震、水灾等灾害的地区、边远山区或偏僻野外地区，用于临时应急通信。
基础设施状态监测系统


WSN技术对于大型工程的安全施工以及建筑物安全状况的监测有积极的帮助作用。通过布置传感器节点，可以及时准确地观察大楼、桥梁和其他建筑物的状况，及时发现险情，及时进行维修，避免造成严重后果。
基于无线传感器网络的海洋水环境监测系统的设计
近几年来，随着海洋事业的迅速发展，海洋环保已经提上议事日程。因此，海洋水环境监测成为人们越来越关注的焦点。
无线传感器网络广泛应用于军事侦察、环境监测、目标定位等领域，能够实时地感知、采集和处理网络覆盖范围内的对象信息，并发送给观察者。它具有覆盖区域广，可远程监控，监测精度高，布网快速和成本低等优点。把无线传感器网络技术应用到海洋水环境监测系统中，是人们近几年来研究的焦点。
Zigbee与其他的无线通信标准相比，适用于吞吐量较小，网络建设投资小，网络安全性高，不便于频繁更换电源的场合。在工业控制领域利用传感器基于Zigbee技术组成传感器网络，可以使得数据采集和分析变得方便和容易。Zigbee网络用于传感网络的组建很重要的一点在于它的低功耗，其发射功率仅为0～3．6dBm；它的通信距离可达30～70m，具有能量检测和链路质量指示能力，可以自动地对自身的发射功率进行调整，可以在**通信链路质量的前提下较小地消耗能量。网络功能是Zigbee较重要的特点，也是与其它无线局域网标准不同的地方。在网络层方面，Zigbee的主要工作在于负责网络机制的建立与管理，并具有自我组态与自我修复功能。
1 传感网络的构成
本文设计的无线传感器网络的组成包括传感器节点、汇聚节点和网关节点，主要负责探测海洋区域内的各种情况，包括油污检测、浊度测量、化学需氧量测量、海藻测量等等。
传感器节点主要负责网络的形成，海洋各项参数的采集，并将数据通过多跳的形式传输到汇聚节点。
汇聚节点是无线传感器网络的中心节点，负责网络的发起，拓扑的形成与维护，网路数据的汇聚与处理，与监控系统的通信与信息交互。汇聚节点是传感器节点终端节点中能力较强的一种。
网关节点接收来自其他节点的数据，并对数据进行校正、融合等处理，然后发送给监测中心。对于监测中心所发指令进行相应处理，用来确定各个节点的工作状态。
后台监测中心负责对发送回来的海洋参数数据进行汇总与处理，网络拓扑的控制，网络的监护等工作。
整个海洋监测系统由一定数量的传感器网络终端节点、少量汇聚节点、一个网关节点以及后台监测系统组成。为了探测一定区域，需要在该区域内布置一定数量的传感器节点，以达到对整个区域的覆盖，并且需要一个网关节点完成对来自传感器终端的数据的融合，上传给后台监测系统，完成数据的分析与处理。从网关节点到监控中心距离一般都比较远，可采用现有的GPRS网络进行远程数据传输。GPRS网络连接费用相对低廉，传输速率较高，性价比较高，而且能够永远在线。
传感器终端节点与汇聚节点能够自动形成一个自组织、多跳的网络。传感器终端节点按指令采集数据，并将数据及时地通过自适应的路由、多跳中继后传输给网关节点，网关节点将汇集的数据打包后，转发给后台监控系统。
2 硬件设计
本海洋监测系统中的传感器节点是传感网络中较重要的部分，其硬件包括微处理器单元、一个zigbee通信模块及电源管理模块；汇聚节点硬件包括微处理器单元、两个Zigbee通信模块及电源管理模块；网关节点硬件包括微处理器单元、一个Zigbee通信模块、一个GPRS模块及电源管理模块。
2．1 节点微处理器MSP430F149单片机
由于无线传感器网络节点需要将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，可选择一款集成有AD转换功能的微控制器。另外，无线传感器网络节点除完成数据采集功能外，还要完成数据转发和路由功能，因而要有足够的处理能力、程序空间及数据空间。本设计MCU采用的是MSP-430F149单片机，它是TI公司生产的一种16位**低功耗混合信号处理器，称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。其**优点是低电源电压、**低功耗。由于为FLASH型，所以可以在线对单片机进行调试和下载程序。
MSP430F149低频辅助时钟采用32kHz时钟晶振直接驱动，可作为后台实时时钟实现自唤醒功能。集成的高速数字控制振荡器(DCO)频率为8MHz，可作为CPU的主系统时钟(MSLK)源，也可以作为CPU的子系统时钟(SMCLK)源。
如何测量风速和风向，其实在古代很早就已经出现，*的诸葛亮借东风火烧壁，就是因为有效的掌握了风向和风速方面的知识，从而取得了军事的重大胜利。
作为一种对天气测量的设备，用来测量风的方向在大小的的风速传感器和风向传感器在各行各业也得到了广泛的应用，下面我们就看看这两种设备。





风向传感器





风向传感器是以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的一种物理装置。



通常风向传感器主体都采用*的机械结构，当风吹向*的尾部的尾翼的时候，*的箭头就会指风吹过来的方向。为了保持对于方向的敏感性，同时还采用不同的内部机构来给风速传感器辨别方向。通常有以下三类：





电磁式风向传感器：利用电磁原理设计，由于原理种类较多，所以结构与有所不同，目前部分此类传感器已经开始利用陀螺仪芯片或者电子罗盘作为基本元件，其测量精度得到了进一步的提高。





光电式风向传感器：这种风向传感器采用**式格雷码盘作为基本元件，并且使用了特殊定制的编码编码，以光电信号转换原理，可以准确的输出相对应的风向信息。
电阻式风向传感器：这种风向传感器采用类似滑动变阻器的结构，将产生的电阻值的较大值与较小值分别标成360°与0°，当*产生转动的时候，滑动变阻器的滑杆会随着**部的*一起转动，而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了。





风速传感器





风速传感器是一种可以连续测量风速和风量（风量=风速x横截面积）大小的常见传感器。



风速传感器大体上分为机械式（主要有螺旋桨式、风杯式）风速传感器、热风式风速传感器、皮托管风速传感器和基于声学原理的超声波风速传感器。

基于无线传感器网络的海洋水环境监测系统的设计


本系统中无线传感器网络硬件中的Zigbee通信模块采用低功耗高性能的无线网络模块CC2420来实现，它工作在**通用的2．4GHz频段。CC2420是一款符合IEEE802．15．4标准的射频收发器，性能稳定且功耗较低。CC2420的选择性和灵敏度指数**过IEEE802．15．4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性，利用此芯片开发的无线通信设备支持数传速率高达250kb／s，可实现多点对多点的快速组网。 CC2420发送数据时，使用直接正交上变频。基带信号的同相分量和正交分量直接被DAC转换为模拟信号，通过低频滤波器，直接变频到设定的信道上，再由天线发射出去。
CC2420只需要较少的外围电路，包括时钟电路、射频I／O匹配电路和微控制器接口电路三部分。芯片本振信号既可由外部有源晶体提供，也可以由内部电路提供。由内部电路提供时需要外加晶体振荡器和两个负载电容，电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。例如当采用16MHz晶振时，其电容约为22pF。射频I／O匹配电路主要用来匹配芯片的输入／输出阻抗。CC2420与微处理器的连接非常方便，它使用SFD、FIFO、FIFOP、和CCA四个引脚表示收发数据的状态；微处理器通过SPI接口与CC2420交换数据、发送命令等。
CC2420收到物理帧的SFD字段后，会在SFD引脚输出高电平，直到接收完该帧。如果启动了地址辨识，在地址辨识失败后，SFD引脚立即转为输出低电平。FIFO和FIFOP引脚表示接收FIFO的缓存区状态，如果接收FIFO缓存区有数据，FIFO引脚输出高电平；当接收FIFO缓存区为空，FIFO引脚输出低电平；当FIFO引脚在接收FIFO缓存区的数据**过某个临界值时，或在CC2420接收到一个完整的帧以后输出高电平临界值时，可以通过CC2420的寄存器设置。CCA引脚在信道上有信号时输出高电平，它只在接收状态下有效，在CC2420进入接收状态至少8个符号周期后，才会在CCA引脚上输出有效的信道状态信息。
SPI接口由CSn、SI、SO和SCLK引脚组成，微处理器通过SPI接口访问CC2420内部寄存器和存储器。在访问过程中，CC2420是SPI接口的从设备，接收来自微处理器的时钟信号和片选信号并在微处理器的控制下执行输入／输出操作。SPI接口接收或者发送数据时，都与时钟下降沿对齐，CC2420与MSP430F149是通过SPI连接的，其中MSP430F149处于主模式，CC2420处于从模式。MSP430F149还有4个I／O口与CC2420相连，主要起查询CC2420状态的作用。
电源管理模块为传感器单元、处理器单元、无线通信模块提供能源，并对电源进行管理，以提高能量的利用率。

促进信息家电设备更加智能


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节点，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互联网、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、电热水器、空调、电饭煲等及安防系统、煤气泄漏报警系统、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，对一种设备进行监控，从而形成一个无线传感器网络，通过网关接入互联网系统，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度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节点的同时，还可以通过串口将光强度数据传送给计算机。通过安装在计算机上的后台软件，可以看出光强度信号的变化。通过遮盖光强度传感器可以改变采集到的光强度数据，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。
数据通信帧格式设置
同步头包括前导序列和开始帧分隔符，在CC2420中前导序列长度和开始帧分隔符是能设置的，默认值4字节和1字节，是符合IEEE．80 2．15．4协议的；物理头位为1字节，帧控制和序列号分别为2字节和1字节：地址和源地址共6字节，待发数据段长度为帧长度减去地址和帧校验序列。当MODEMCTRL0．AUTOCRC控制位置位时，这个帧校验序列自动产生2字节，并由CC2420硬件自动插入。
软件设计
本设计中，无线传感器网络是一个多路的自组织无线网络，可以实现自动组网，自动路由查询，自动数据采集与传输，软件设计上必须能够实现多跳自组织的功能。另外，传感器节点必须要求较低的功耗，而低功耗除了硬件设计上的低功耗外，更重要的是软件设计的低功耗。
此无线传感器网络终端在开机后首**行自检，如果自检失败了，则进行硬件故障提示，而且自动关机。在自检通过后，进一步判断工作模式。传感器节点在自检通过后进入接入状态，如果接入失败则进入等待状态。处于等待状态的节点关闭射频收发器以节省功耗，当等待定时器溢出时，节点再次回到接入状态进行新的介入尝试。如果节点接入成功便转入业务状态。处于业务状态的节点，完成数据的采集与传输，对近节点数据的中继转发，新节点入网的介入确认等操作。节点为了实现低功耗，必须在业务状态(活动状态)与休眠状态之间轮换。
软件开发以IAR Embedded Workbench V2．10为平台，采用C语言编写。节点的MSP430系列单片机支持C语言程序设计。适用于MSP430系列的C语言与标准C语言兼容程度高，大大提高了软件开发的工作效率，增强了程序代码的可靠性、可读性和可移植性。软件编程的基本思想是：先对SPI、CC2420控制端口初始化，使能SPI、UART端口，使能ADC，开机后，就可以运行任务程序，实现接收或发送数据及命令了。
工业领域的应用


在工业安全方面，传感器网络技术可用于危险的工作环境，例如在煤矿、石油钻井、核电厂和组装线布置传感器节点，可以随时监测工作环境的安全状况，为工作人员的安全提供**。另外，传感器节点还可以代替部分工作人员到危险的环境中执行任务，不仅降低了危险程度，还提高了对险情的反应精度和速度。


由于WSN部署方便、组网灵活，其在仓储物流管理和智能家居方面也逐渐发挥作用。


无线传感器网络使传感器形成局部物联网，实时地交换和获得信息，并较终汇聚到物联网，形成物联网重要的信息来源和基础应用。
在智能交通中保障安全畅通


智能交通系统（ITS）是在传统交通体系的基础上发展起来的新型交通系统，它将信息、通信、控制和计算机技术以及其他现代通信技术综合应用于交通领域，并将“人—车—路—环境”有机地结合在一起。在现有的交通设施中增加一种无线传感器网络技术，将能够从根本上缓解困扰现代交通的安全、通畅、节能和环保等问题，同时还可以提高交通工作效率。因此，将无线传感器网络技术应用于智能交通系统已经成为近几年的研究热点。


智能交通系统主要包括交通信息的采集、交通信息的传输、交通控制和诱导等几个方面。无线传感器网络可以为智能交通系统的信息采集和传输提供一种有效手段，用来监测路面与路口各个方向的车流量、车速等信息。


它主要由信息采集输入、策略控制、输出执行、各子系统间的数据传输与通信等子系统组成。信息采集子系统主要通过传感器采集车辆和路面信息，然后由策略控制子系统根据设定的目标，并运用计算方法计算出较佳方案，同时输出控制信号给执行子系统，以引导和控制车辆的通行，从而达到预设的目标。


无线传感器网络在智能交通中还可以用于交通信息发布、电子收费、车速测定、停车管理、综合信息服务平台、智能公交与轨道交通、交通诱导系统和综合信息平台等技术领域。
在医疗系统大有作为


近年来，无线传感器网络在医疗系统和健康护理方面已有很多应用，例如，监测人体的各种生理数据，跟踪和监控医院中医生和患者的行动，以及医院的药物管理等。如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，例如心率和血压监测设备，医生就可以随时了解被监护病人的病情，在发现异常情况时能够迅速抢救。


罗切斯特大学的一项研究表明，这些计算机甚至可以用于医疗研究。科学家使用无线传感器创建了一个“智能医疗之家”，即一个5间房的公寓住宅，在这里利用人类研究项目来测试概念和原型产品。


“智能医疗之家”使用微尘来测量居住者的重要特征（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。所搜集的数据将被用于开展以后的医疗研究。通过在鞋、家具和家用电器等设备中嵌入网络传感器，可以帮助老年人、重病患者以及残疾人的家庭生活。利用传感器网络可高效传递必要的信息从而方便接受护理，而且可以减轻护理人员的负担，提高护理质量。


利用传感器网络长时间收集人的生理数据，可以加快研制新药品的过程，而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来太多的不便。此外，在药物管理等诸多方面，它也有新颖而*特的应用。

-/gjjici/-