在信息家電設(shè)備中的應(yīng)用 - 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域分析

　　在信息家電設(shè)備中的應(yīng)用

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及，促進(jìn)了信息家電、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備已由單一機(jī)向多種家電設(shè)備擴(kuò)展，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點為家庭內(nèi)、外部網(wǎng)絡(luò)的連接及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間信息家電和設(shè)備的連接提供了一個基礎(chǔ)平臺。

　　在家電中嵌入傳感器結(jié)點，通過無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，將為人們提供更加舒適、方便和更人性化的智能家居環(huán)境。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對家電的遠(yuǎn)程遙控，也可以通過圖像傳感設(shè)備隨時監(jiān)控家庭安全情況。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可以建立智能幼兒園，監(jiān)測兒童的早期教育環(huán)境，以及跟蹤兒童的活動軌跡。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)利用現(xiàn)有的因特網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和電話網(wǎng)將室內(nèi)環(huán)境參數(shù)、家電設(shè)備運行狀態(tài)等信息告知住戶，使住戶能夠及時了解家居內(nèi)部情況，并對家電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實現(xiàn)家庭內(nèi)部和外界的信息傳遞，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使住戶不但可以在任何可以上網(wǎng)的地方通過瀏覽器監(jiān)控家中的水表、電表、煤氣表、電器熱水器、空調(diào)、電飯煲等，安防系統(tǒng)煤氣泄露報警系統(tǒng)、外人侵入預(yù)警系統(tǒng)等，而且可通過瀏覽器設(shè)置命令，對家電設(shè)備遠(yuǎn)程控制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成每個節(jié)點，對一種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，從而形成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)接入因特網(wǎng)系統(tǒng)，采用一種基于星形結(jié)構(gòu)的混合星形無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型。傳感器節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)節(jié)點的數(shù)據(jù)采集，模塊采集戶內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度、濕度等，由通信路由協(xié)議直接或間接地將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)方的網(wǎng)關(guān)節(jié)點。

　　目前，國內(nèi)外主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的低功耗硬件平臺設(shè)計和拓?fù)淇刂?、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、定位技術(shù)等。以檢測光線強(qiáng)度的傳感器為例，實現(xiàn)了一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)傳感器所檢測的光線強(qiáng)弱來關(guān)閉或開啟指示燈。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，普通節(jié)點將它采集的光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將含有控制變量的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給帶有指示燈接點的同時，還可以通過串口將光強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳送給計算機(jī)。通過安裝存計算機(jī)上的后臺軟件，可以看出光強(qiáng)度信號的變化。通過遮蓋光強(qiáng)傳感器可以改變采集到的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，當(dāng)光強(qiáng)度比較低時曲線下降，反之曲線上升。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、短程無線通信技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)不需要對現(xiàn)場結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動，不需要原先任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，能夠快速布置，方便調(diào)整，并且具有很好的可維護(hù)性和拓展性。

　　在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

　　農(nóng)業(yè)是無線傳感器網(wǎng)路使用的另一個重要領(lǐng)域。為了研究這種可能性，英特爾率先在俄勒岡州建立了第一個無線葡糖園。傳感器被分布在葡萄園的每個角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度，以確保葡萄可以健康生長，進(jìn)而獲得大豐收。以后，研究人員將實施一種系統(tǒng)，用于監(jiān)視每一傳感器區(qū)域的溫度，或該地區(qū)有害物的數(shù)量。他們甚至計劃在家畜（如狗）上使用傳感器，以便可以在巡邏時搜集必要信息。這些信息將有助于開展有效的灌溉和噴灑農(nóng)藥，進(jìn)而降低成本和確保農(nóng)場獲得高效益。

　　據(jù)媒體報道，國家科技支撐計劃項目“西北優(yōu)勢農(nóng)作物生產(chǎn)精準(zhǔn)管理系統(tǒng)”實施以來，主要針對西部地區(qū)優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品蘋果、獼猴桃、丹參和甜瓜、番茄等主要農(nóng)作物，以及西部干旱少雨的生態(tài)環(huán)境特點開展專項技術(shù)研究、系統(tǒng)集成與典型應(yīng)用示范，成功將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成功應(yīng)用于精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。這個實時采集作物生長環(huán)境的傳感網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了新的技術(shù)支撐。在項目實施中，承擔(dān)單位之一的西北工業(yè)大學(xué)利用在傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)出可實時采集大氣溫濕度、CO2濃度、土壤溫濕度的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

　　系統(tǒng)由感知節(jié)點、匯聚節(jié)點、通信服務(wù)器、基于WEB 的監(jiān)控中心、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、交互式農(nóng)戶生產(chǎn)指導(dǎo)平臺組成。系統(tǒng)已應(yīng)用于安塞、楊凌、閻良日光溫室的番茄、甜瓜等設(shè)施作物，洛川蘋果、周至獼猴桃、商洛丹參。眾多的感知節(jié)點實時采集作物生長環(huán)境信息，以自組織網(wǎng)絡(luò)形式將信息發(fā)送到匯聚節(jié)點，由匯聚節(jié)點通過GPRS上傳到互聯(lián)網(wǎng)上的實時數(shù)據(jù)庫中。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)分析處理相關(guān)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生生產(chǎn)指導(dǎo)建議，并以短消息方式通知農(nóng)戶。系統(tǒng)還可遠(yuǎn)程控制溫室的滴灌、通風(fēng)等設(shè)備，按照專家系統(tǒng)的建議實行溫度、水分等自動化管理操作。西北農(nóng)林科技大學(xué)面向西部優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品精準(zhǔn)化生產(chǎn)需求和西北地區(qū)主要農(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境特點，研究以蘋果、獼猴桃、甜瓜、番茄、丹參為代表的西部優(yōu)勢農(nóng)作物的生長發(fā)育模擬模型及精準(zhǔn)的量化管理指標(biāo)，已建立了以上各作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)數(shù)據(jù)庫。

　　針對優(yōu)質(zhì)果業(yè)和中草藥精準(zhǔn)管理，建立了生產(chǎn)地氣候數(shù)據(jù)生成模擬模型、以溫度、光照為主要驅(qū)動因子的發(fā)育進(jìn)程模擬模型，丹參主莖葉齡動態(tài)發(fā)育模型、丹參光合生產(chǎn)與干物質(zhì)積累模型。通過技術(shù)組裝配套，開發(fā)出6套主要作物精準(zhǔn)化管理技術(shù)規(guī)范，建立蔬菜、蘋果、獼猴桃、丹參等6個示范基地。通過精準(zhǔn)化育苗和水肥管理，生產(chǎn)效益提高11%，蘋果精準(zhǔn)化示范園較常規(guī)果園產(chǎn)量提高12%，優(yōu)質(zhì)果率提高8%，降低投資17%，每畝合計增加效益1215元;獼猴桃精準(zhǔn)化示范園產(chǎn)量提高15%，優(yōu)質(zhì)果率提高 10%，降低投資16%，每畝合計增效1500元。相關(guān)技術(shù)已輻射2萬余畝，已累計增加效益7000多萬元。

　　我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)對國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。在目前農(nóng)業(yè)自然資源不斷減少，生態(tài)環(huán)境惡化趨勢沒有扭轉(zhuǎn)的情況下，農(nóng)業(yè)想要進(jìn)一步發(fā)展，就必須要求農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變增長方式，推動農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)代化、信息化。傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域的信息采集與處理提供了新的思路和有力手段。借助這種技術(shù)手段，能夠?qū)崟r提供土壤溫濕度、空氣變更、酸堿度、二氧化碳濃度，動植物病蟲害信息、生長信息，農(nóng)作物灌溉情況等，這些信息幫助人們及時發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的問題，便農(nóng)業(yè)有可能漸漸地從以人為中心，轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外在該領(lǐng)域已經(jīng)初步推出相關(guān)產(chǎn)品并得到示范應(yīng)用。

　　在建筑物狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用

　　建筑物狀態(tài)監(jiān)控是指利用傳感器網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控建筑物的安全狀態(tài)。由于建筑物不斷進(jìn)行修補(bǔ)，可能會存在一些安全隱患。雖然地殼偶爾的小震動可能不會帶來看得見的損壞，但是也許會在支柱上產(chǎn)生潛在的裂縫，這個裂縫可能會在下一次地震中導(dǎo)致建筑物倒塌。用傳統(tǒng)方法檢查往往需要將大樓關(guān)閉數(shù)月，而安裝傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能建筑可以告訴管理部門它們的狀態(tài)信息，并自動按照優(yōu)先級進(jìn)行一系列自我修復(fù)工作。

　　未來的各種摩天大樓可能都會裝備這類裝置，從而建筑物可自動告訴人們當(dāng)前是否安全、穩(wěn)固程度如何等信息。隨著社會的不斷進(jìn)步，安全生產(chǎn)的概念已經(jīng)深入人心，人們對安全生產(chǎn)的要求也越來越高。在事故多發(fā)的建筑行業(yè)，如何保證施工人員的人身安全，以及工地的建筑材料、設(shè)備等財產(chǎn)的保全是施工單位關(guān)心的頭等大事。任何一個建筑工地都有大量的腳手架，電纜等設(shè)施和建筑材料，這些東西由于價值不菲，運輸方便，成了被偷盜的對象。

　　在沒有視頻監(jiān)控的工地，由于管理者不能24小時監(jiān)督工地，導(dǎo)致在深夜和凌晨的偷盜現(xiàn)象非常嚴(yán)重。建筑工地最讓人擔(dān)心的就是安全問題。由于大部分的建筑工人都是農(nóng)民工，他們文化水平有限，安全意識缺乏，很容易在施工時因違規(guī)操作造成人身傷害和工程損失。為了避免這些危險，視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為重要。

　　城市污染一直是建筑工地帶來的負(fù)面影響之一，由于過多的沙石，水泥材料，使工地附近的空氣質(zhì)量非常的差，為市民帶來很多不變。沖洗水泥車會使工地附近的路面非常泥濘，水分蒸發(fā)后，又會使路面凹凸不平。這些不文明的行為都是投資者需要注意的。由于施工環(huán)境的限制，設(shè)備、材料的安全管理不完善及部分員工的自我防護(hù)意識的薄弱，為犯罪分子提供了可乘之機(jī)。如何通過技術(shù)手段引入施工現(xiàn)場，打造數(shù)碼建筑工地成了許多建筑單位重點考量因素。地基基礎(chǔ)階段的監(jiān)控：深基坑支護(hù)、基槽開挖和人工挖孔樁施工等已被列入專項治理內(nèi)容。這個階段的施工已被作為監(jiān)控的重點。轉(zhuǎn)入地面、樓面施工階段，建筑物四周敞開，作業(yè)面寬，施工人員多，各個分項工程往往交叉作業(yè)，要求各項安全防范和質(zhì)量要求都要考慮周到。如重點監(jiān)控對象有，驗槽、砼的輸送、澆搗、養(yǎng)護(hù)、模板安裝、鋼筋安裝及綁扎、混凝土澆搗、施工人員安全帽和安全帶配戴、建筑物的安全網(wǎng)設(shè)置，以及樓梯口、電梯口、井口防護(hù)、預(yù)留洞口、坑井口防護(hù)、陽臺、樓板、屋面等臨邊防護(hù)和作業(yè)面臨邊防護(hù)等。針對高層作業(yè)的特點，可以設(shè)置多項監(jiān)控重點，如建筑物的安全網(wǎng)設(shè)置、施工人員作業(yè)面臨邊防護(hù)、施工人員安全帽佩帶、外腳手架及落地竹腳手架的架設(shè)、纜風(fēng)繩固定及使用、吊籃安裝及使用、吊盤進(jìn)料口和樓層卸料平臺防護(hù)、塔吊和卷揚機(jī)安裝及操作等。

　　通過ADSL或無線接入互聯(lián)網(wǎng)，在物料存放和施工面等重點安裝網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或無線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在保安室的普通電腦上安裝客戶端軟件或IE瀏覽器方式即可通過聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行多畫面監(jiān)控，而且可以直接進(jìn)行錄像文件的保存，以便在有其他情況發(fā)生后進(jìn)行取證。在辦公室或家里，只要能上網(wǎng)，使用IE瀏覽器就可以看到各個監(jiān)控點的實時圖像，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控在車上或在外出差，配備筆記本電腦和無線上網(wǎng)卡，就可以上網(wǎng)隨時隨地進(jìn)行監(jiān)控或巡視，還可以設(shè)置大屏幕電視墻，進(jìn)行集中監(jiān)看。監(jiān)控現(xiàn)場可實現(xiàn)對畫面的任意切換、定時切換、順序切換及對前端設(shè)備的控制，作為管理部門的建筑公司，能通過INTERNET實時看到現(xiàn)場的情況，而且已經(jīng)在某個工地安裝的無線監(jiān)控的前端和中間的傳輸部分，都可以在其他新工地直接使用，方便靈活，而且降低投入，是管理的好助手。

　　在特殊環(huán)境中的應(yīng)用

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前信息領(lǐng)域中研究的熱點之一，可用于特殊環(huán)境實現(xiàn)信號的采集、處理和發(fā)送;無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)以PIC單片機(jī)為核心，利用集成濕度傳感器和數(shù)字溫度傳感器設(shè)計出溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件電路，并通過無線收發(fā)模塊與控制中心通信，使之系統(tǒng)傳感器節(jié)點的功耗低，數(shù)據(jù)通信可靠，穩(wěn)定性好，通信效率高，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境檢測。

　　隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的相互滲透、結(jié)合，產(chǎn)生了基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的全新概念。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器，使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無線通訊技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、移動機(jī)器人以及各種自動化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補(bǔ)了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。還有一些傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，例如石油管道通常要經(jīng)過大片荒無人煙的地區(qū)，對管道監(jiān)控一直是個難題，傳統(tǒng)的人力巡查幾乎是不可能的事情。而現(xiàn)有的監(jiān)控產(chǎn)品往往復(fù)雜且昂貴。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)布置在管道上可以實時監(jiān)控管道情況，一有破損或惡意破壞都能在控制中心實時了解。加州大學(xué)伯克利分校的研究員認(rèn)為，如果美國加州將這種技術(shù)應(yīng)用于電力使用狀況監(jiān)控，電力調(diào)控中心每年將可以節(jié)省7～8億美元。

　　在運送某些特殊物品時，對貨柜的環(huán)境參數(shù)有較高的要求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以很好地監(jiān)測參數(shù)變化。接收信號強(qiáng)度指示（RSSI）是基于節(jié)點間距離的定位算法，采用多點定位算法可以實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點精確定位。對算法進(jìn)行了仿真，并進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實驗環(huán)境測試，實驗結(jié)果表明：該算法達(dá)到了RSSI多點定位的要求。倉儲作業(yè)需要配備先進(jìn)的倉儲監(jiān)控管理系統(tǒng)。在傳統(tǒng)倉儲作業(yè)管理信息系統(tǒng)中附加基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉儲環(huán)境監(jiān)測和倉儲作業(yè)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控功能，可以構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉儲監(jiān)控管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對倉儲信息、倉儲環(huán)境監(jiān)測、倉儲設(shè)備監(jiān)控、倉儲作業(yè)調(diào)度的統(tǒng)一計算機(jī)管理。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的技術(shù)特性，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于倉儲監(jiān)控管理，需要針對倉儲對象的特殊性，解決三個方面的關(guān)鍵技術(shù)問題，即研制開發(fā)具有單節(jié)點多參數(shù)檢測與傳送能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，建立混合武無線傳感器網(wǎng)絡(luò);重點研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的三維空間部署，滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋度和連通度的要求，其中一種有效的節(jié)點部署方案，就是將確定的倉儲空間進(jìn)行基于立方體或球體的有限元劃分;研究幾類信息的綜合處理與信息融合，滿足對倉儲信息與倉儲作業(yè)調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一計算機(jī)管理的需要。

　　結(jié)束語

　　無線網(wǎng)絡(luò)是利用無線電波而非線纜來實現(xiàn)與計算機(jī)設(shè)備位置無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前信息領(lǐng)域中研究的熱點之一，可用于特殊環(huán)境實現(xiàn)信號的采集、處理和發(fā)送。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，在現(xiàn)實生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種獲得和處理信息的新技術(shù)，正在被廣泛的研究。隨著通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器正逐漸向智能化、微型化、無線網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。