工业用高温无线传感器节点的设计
工业无线传感器网络的设计与实现
工业无线传感器网络的设计与实现随着工业自动化程度不断提高，工业无线传感器网络（Industrial Wireless Sensor Network，简称IWSN）在实际应用中得到了广泛的推广和应用。
对于工业环境中的大规模数据采集和处理来说，IWSN具有成本低、可靠性高、易于部署等优点。
本文将介绍IWSN的设计与实现，包括系统架构、网络拓扑结构、协议栈、节点设计等。
一、系统架构IWSN的系统架构分为三层：应用层、传输层和物理层。
其中，应用层负责数据采集、存储和处理；传输层负责网络的通信；物理层负责无线信号的传输和接收。
这三层之间的接口和协议需要进行详细的设计和规划，以确保整个系统的稳定性和可靠性。
二、网络拓扑结构IWSN的网络拓扑结构通常分为星形、树形和网状三种结构。
其中，星形网络结构是最简单的结构，每个传感器节点都直接连接到一个中心节点。
树形网络结构是一种组合型拓扑结构，以单个节点为根，实现向下架构的无线传输。
网状网络结构是一种比较复杂的结构，节点之间不仅可以相互通信，还可以通过多条路径进行数据传输。
针对不同的应用场景，可以根据实际需求选取相应的网络拓扑结构。
三、协议栈IWSN的协议栈通常分为应用层协议、传输层协议、网络层协议、数据链路层协议和物理层协议五层。
应用层协议负责数据采集、存储和处理；传输层协议实现全网络数据传输和路由选择；网络层协议负责节点的管理和组网；数据链路层协议实现同步传输、差错检测和纠错；物理层协议负责传输和接收无线信号等。
在协议栈中，各层之间需要进行协议协商和参数配置，以保证整个系统的运转。
四、节点设计IWSN的节点设计涉及到硬件和软件两个方面。
硬件方面，需要选择适合的传感器和通信模块，保证数据采集和无线传输的功能。
软件方面，需要选择相应的嵌入式操作系统和驱动程序，实现系统稳定运行和数据的管理与处理。
同时，节点的电源管理和自愈能力也是设计过程中需要考虑的问题。
总而言之，工业无线传感器网络的设计与实现涉及到多个方面，需要全面考虑系统的可靠性、稳定性和成本效益等因素。
无线传感器节点的设计与实现
无线传感器节点的设计与实现随着科技的日新月异，人们的生活离不开电子设备。
其中，无线传感器网络技术的应用越来越广泛，比如环境监测、智能物流、健康监护等领域。
在传感器网络中，传感器节点是其中最基本的构建单元，因此，对传感器节点的设计与实现显得尤为重要。
无线传感器节点的需求用不同的传感器进行监测的信息需要被传送到相应的接收器或者基站上，而传感器网络就是一些由传感器节点组成，能够完成信息采集、处理、传输功能的系统。
因此，在设计传感器节点时需要考虑多方面的因素。
首先，节点的设计应该兼顾小型化和高稳定度。
由于传感器的应用领域很多，节点需要具备小尺寸的优势，才能在不同的环境中进行布置。
同时，由于往往这些传感器会用于长时间的运作，节点也需要有较高的稳定度，不易发生设备故障。
其次，设计节点时需要考虑到能耗和网络拓扑。
由于无线传感器网络中很多节点都是安装在较为原始的环境下，因此节点需要有长时间的电池寿命。
同时，节点通常被设计成分布式的树状网络拓扑结构，需要在此基础上构建通信系统，实现高效的数据传输。
最后，节点的设计还需要兼顾安全性和通信效率。
为了保证传输的信息能够达到预期的效果，需要考虑网络的加密和传输协议，避免信息泄露和任意性干扰。
同时，传感器的数据收集和传输应该具备一定的效率和速率，以方便用户及时了解所监测的数据。
节点的硬件设计传感器节点的硬件设计需要包括处理器、传感器、电源模块、通信模块等部分。
其中，有一些关键的部分需要进行重点关注，如集成度、功耗和延迟等。
集成度：传感器节点的集成度越高，节点的整体体积将越小，但是在传感器网络中也存在相应的缺点。
在传感器网络中，通信和计算的能力需要一定的处理器性能，而在小型结构中会缺乏高性能处理器。
因此，集成度应该在保持设备小型化的情况下适度控制。
功耗：对于传感器节点来说，能耗管理是一大考验。
在低功耗模式下，节点是处于睡眠状态的，会依靠定时唤醒实现采集和传输数据的目的。
因此，节点的功耗需在保证采集和传输性能的同时，降低其功耗。
简述无线传感器硬件节点的设计特点及要求
简述无线传感器硬件节点的设计特点及要求无线传感器硬件节点是用于采集和传输环境信息的设备，具有以下设计特点和要求：1. 小型化：无线传感器硬件节点需要具备小型化设计，以便于灵活部署在各种环境中。
小型化设计有助于降低节点的体积和重量，提高其移动性和便携性。
2. 低功耗：无线传感器硬件节点通常是由电池供电，因此需要具备低功耗设计，以延长节点的使用寿命。
低功耗设计涉及到优化电路结构、选择低功耗组件和算法优化等方面。
3. 多传感器集成：无线传感器硬件节点通常集成多种传感器，用于采集多种环境信息。
因此，节点的设计要考虑传感器的选择和集成，以适应不同环境的监测需求。
4. 数据处理和存储：无线传感器硬件节点需要具备一定的数据处理和存储能力，以便于对采集到的数据进行分析和存储。
节点的设计应考虑合适的处理器和存储器，并采用适当的数据处理算法。
5. 通信能力：无线传感器硬件节点需要具备无线通信能力，将采集到的数据传输到数据中心或其他节点。
节点的设计应考虑合适的无线通信模块和协议，以实现可靠的数据传输。
6. 高可靠性：无线传感器硬件节点通常部署在复杂和恶劣的环境中，因此需要具备高可靠性，以确保数据的准确性和稳定性。
节点的设计应考虑防水、抗干扰和耐高温等能力。
7. 易部署和维护：无线传感器硬件节点的设计应简单易用，方便部署和维护。
节点的安装和维护应尽可能简单，并提供远程监控和管理功能，以减少人工成本和工作量。
综上所述，无线传感器硬件节点的设计特点和要求包括小型化、低功耗、多传感器集成、数据处理和存储、通信能力、高可靠性以及易部署和维护。
这些特点和要求的实现可以提高无线传感器系统的性能和可靠性，进而促进其在各个领域的应用和推广。
无线温度传感器设计探析
无线温度传感器设计探析摘要：所谓的无线传感器网络，实际就是在特定的检测区域当中进行海量微型传感器节点的设置，并利用无线通信的方式构建一个自组织网络，对这种网络进行应用，能够对相关领域的发展产生巨大的促进作用，对无线温度传感器网络进行设计，不仅能够提升该网络的稳定性，还能使测温精度得到显著的提升，这对于无线温度传感器网络综合效用的发挥具有非常重要的意义，因此，有必要对相关内容进行深入的研究。
关键词：温度；传感器；设计随着计算机技术、电子技术、无线网络技术的发展，工业控制的智能化、网络化成为了目前工业发展的焦点，工业无线技术已经成为工业领域的研究热点。
温度是和人类生活环境密切相关的物理量，是工业过程三大参量流量、压力、温度之一，温度测量是一个经典的话题，长久以来，在这方面已有多种测温元件和传感器得到普及，但是对于一些特殊行业或特定环境应用，传统的测量方式已不能满足其需求。
因此，我们针对电力部门配电柜测温监控系统，从传统的温度传感器入手，通过结合无线收发技术，研制开发了无线温度传感器。
一、相关技术介绍1、无线技术。
工业无线技术是一种能够在恶劣的工业现场环境下使用的特殊无线传感网络。
此技术采用了扩频技术、多跳通信、Mesh-star 双层结构网络等关键技术，并具有很强的抗干扰能力、高可靠、超低能耗、实时安全通信等技术特点，基本能保证在恶劣的工业现场环境中可靠地通信。
与传统的有线工业测控系统相比，工业无线测控系统具有以下优势:( 1) 成本低。
不需要复杂的现场布线，直接通过无线网络将传感器获取的信息状态发送到上位机控制室，降低了布线的成本和线缆出现破损、老化需要检修的费用。
( 2) 易使用、灵活性高。
没有线缆的约束，工厂可以更好地配置生产设备，并使现场设备的移动和安装更为灵活，方便现场设备的布设。
用户可根据工业应用需求的变化，快速、灵活、方便、低成本地重构工业测控系统。
( 3) 高可靠、易维护。
在有线系统中，电缆间的连接器易损坏，并且线缆容易被误操作所破坏，检修起来非常不方便，增加了维护的难度和维护成本。
基于ZigBee技术的无线温度传感器网络节点的设计的开题报告
基于ZigBee技术的无线温度传感器网络节点的设计的开题报告一、课题来源随着物联网技术的发展，传感器网络在各个领域的应用也越来越广泛。
无线传感器网络是其中的重要组成部分。
其中，基于ZigBee技术的无线传感器网络因其低功耗、自组织、自修复等特点，逐渐受到人们的关注和应用。
本课题旨在设计一种基于ZigBee技术的无线温度传感器网络节点，用于监测温度变化，广泛应用于农业、医疗、工业自动化等领域。
二、研究目的本研究的主要目的是设计一种基于ZigBee技术的无线温度传感器网络节点，用于实时监测温度变化，并将数据通过无线传输到基站或云端服务器中。
具体研究内容如下:1. 设计和实现温度传感器节点硬件电路。
2. 编写ZigBee协议栈和驱动程序，实现无线通信。
3. 通过集成开发环境编写嵌入式代码，实现温度数据的采集和传输。
4. 实现与基站或云端服务器的数据交互。
5. 测试和优化设计的无线温度传感器网络节点。
三、研究方法1. 硬件设计：使用Altium Designer或Eagle软件，设计节点的硬件电路图和PCB布局图。
2. ZigBee协议栈和驱动程序：使用ZigBee协议栈开发工具（如Z-Stack），编写ZigBee协议栈和驱动程序。
3. 嵌入式代码编写：采用Keil或IAR等集成开发环境，编写嵌入式代码实现数据采集和传输。
4. 数据交互：使用串口、TCP/IP协议等方式，实现节点和基站或云端服务器的数据交互。
5. 测试和优化：对设计的节点进行测试和优化，确保其稳定可靠，并满足应用需求。
四、研究意义本研究的成果有以下几个方面的意义：1. 实现了基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的设计，为该领域的应用提供了有力的支持。
2. 通过监测温度变化，为农业、医疗、工业自动化等领域提供了一种实时、可靠的数据采集方法。
3. 该传感器节点具有低功耗、自组织、自修复等特点，具有较高的可靠性和稳定性。
4. 为未来基于ZigBee技术的传感器网络的发展和应用提供了有益的经验和思路。
无线温度传感器的设计
无线温度传感器的设计摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，一种数字式温度计以数字温度传感器作感温元件，它以单总线的连接方式，使电路大大的简化；传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，这类传感器可靠性差，测量温度准确率低且电路复杂。
因此，本温度计摆脱了传统的温度测量方法，利用单片机对传感器进行控制。
这样易于智能化控制。
无线温度测量与有线温度测量相比具有可靠性高安装容易可以重复使用和系统维护方便等优点关键词：单片机温度传感器无线通信引言温度监测是目前成熟的技术，工业中广泛应用的温度监测系统大多数还是采用有线方式传输信号的，然而对于工作环境恶劣、供电布线复杂且今后维护困难的场合，有线方式则带有相当的局限性。
采用无线方式传输数据，可以有效避免这些问题。
由于采集端靠近被测对象，布线和维护困难，因此在系统设计上要解决供电和信号传输有效性的问题。
布线上的局限使得采集端只能采用电池供电模式，而在线监测又需要24小时不间断工作，因此采集端的功耗必须非常低，在器件的选择上必须满足低电压支持和低功耗要求。
工业现场环境复杂，干扰大，则必须对原始信号进行编码和译码，以保证信！基于单片机A T 8 9 C5 1、数字温度传感器DS18B20、无线收发芯片nRF403的数字化无线温度传感器，测温范围-55℃～+125℃，分辨率为0.0625 ℃，工作频率2 400 ～ 2 524 MHz，接收灵敏度- 90 dBm，最大发射功率0dBm，电池供电。
1.1系统结构图如下：图1 系统结构图第一章温度采集1.2温度传感器概述1.1.1 温度传感器的分类根据温度传感器的使用方式，通常分为接触法与非接触法两类。
(A) 接触法由热平衡原理可知，两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡，则它们的温度必然相等。
如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式称为接触法。
其特点是，温度计要与被测物体有良好的热接触，使两者达到热平衡。
无线传感器网络节点设计技术手册
无线传感器网络节点设计技术手册无线传感器网络是一种新兴的技术，它将传统的传感器网络与无线网络融合在一起，具有广阔的应用前景。
无线传感器节点是网络的核心组成部分，是收集数据并将其传递给服务器的设备。
在本手册中，我们将介绍无线传感器网络节点的设计技术，帮助您更好地了解节点设计的关键点和要点。
1.节点的功耗无线传感器节点是由电池供电的，因此设计时要考虑到功耗的问题。
节点的功耗主要有两个方面，一是通信功耗，二是静态功耗。
在设计节点时，应该优化节点的功耗，减少节点消耗的电量。
可以采用低功率的通信方式，如Zigbee协议，降低通信功耗；在静态状态下，可以采用睡眠模式，降低节点的静态功耗，从而延长节点的使用寿命。
2.节点的硬件设计无线传感器节点的硬件设计要根据具体的应用需求进行。
通常一个节点包括传感器、微处理器、无线通信模块等。
而由于无线传感器节点应用的复杂性，一个节点还需要具备防水、防尘、抗干扰等功能。
因此，在节点的硬件设计中，需要考虑所有的这些要求，确保节点设计恰当，功能稳定可靠。
3.节点的软件设计无线传感器网络是一种分布式系统，节点的软件设计同样很重要。
节点软件的功能主要包括采集、处理、存储、通信等。
在设计软件时，需要综合考虑性能、功耗、实时性等因素。
同时，为了方便用户使用，节点软件必须具备可配置性，让用户可以根据自己的需求进行设置。
在节点软件的设计中，还需要考虑传输安全和数据加密等问题，保证数据传输不受攻击，确保数据安全。
4.节点的拓扑结构无线传感器网络通常采用星型、网状、树形等拓扑结构。
在确定节点拓扑结构时，需要根据应用场景进行选择。
如在智能家居应用中，可以采用星型拓扑结构，将所有的节点都连接到一个中心节点上；在工业制造中，可以采用网状拓扑结构，使所有节点之间都能互相通信，从而提高工作效率。
因此，在设计节点拓扑结构时，需要根据实际应用需求进行选择。
5.节点的测试和维护测试和维护是保证节点工作稳定的关键，也是确保网络正常运行的重要手段。
无线传感器网络高温监测节点的设计与开发
Ｋ 型热 电偶 高温传感探头、 Ｘ ６ ５ 大与 数字转 换器 ， ＭＡ ６ ７ 放 设计一种 无线 传感器 网络高温监测节点 。 过 Ｓ Ｉ 口将 ＭＡ ６ ７ 与 通 Ｐ接 Ｘ ６５
性 和移植性 。
相连 ，对 数据进 行移位和进制转换处理 。在不 同环境下对高温 节点进 行测试 ，结果表明节点测量结果正确、功能正常 ，并具有较好的扩展 关健词 ：无线传感器 网络 ；Ｊ ５ ３ 节 点；Ｋ型热 电偶 ；ＭＡ ６ ７ 放大与数字转换器 ；冷端补偿 ；Ｓ Ｉ 口 Ｎ １９ Ｘ ６５ Ｐ接
中 田分类号： Ｐ９ Ｔ ３３
无 线传 感 器 网络 高 温监 测 节，陈祖 爵
（ 江苏大学计 算机科 学与通 信工程学院 ，江苏 镇江 ２ ２ １） １０ ３
摘
要 ：现有无线传感器 网络节点 配备 的传感器可测量温度范 围有 限。为满 足煤 田火区监测需要 ，针对应用较普遍 的 Ｊ ５ ３ Ｎ １９节点 ，采用 Ｊ ５３ Ｎ １９
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｖｅｏ ｓｇ ｎｄ Ｄｅ ｌ ｐｍ ｅ ｆＷ ｉ ｅｅ ｓＳｅ ｏ ｔ ｏ ｋ ｎｔｏ ｒ ｌ ｓ ｎｓ ｒＮｅ ｗ ｒ Ｈｉ ｈ Ｔｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｏ ｔ ｒ ｎ ｄｅ ｇ ｍ ｒ ｔ ｅＭ ｎｉｏ ｉ ｇ Ｎｏ
Ｌ ｈ ｎｒ ｎ ， Ａ ｈ ， ＡＯ Ｑｉｇｈ ａ ＣＨＥ ｕｉｅ Ｉ ａ －ｏ ｇ Ｙ Ｎ Ｓ ｕ Ｃ ｎ －ｕ ， Ｓ ＮＺ — ｕ
（ ｓｔｔ ｆ ｏ ｕｅ ｃ ｎ ｅ ｎ ｏ Ｉ ｔｕｅ Ｃ ｍｐｔｒ ｉ ｃ ｄＣ ｍｍｕ ｉａｉｎＥ ｇｎ ｅｉｇ ＪａｇｕＵｎｖ ｒｉ ， ｅｊａｇ２ ２ １， ｉａ ｎ ｉ ｏ Ｓ ｅ ａ ｎｃｔ ｎ ｉｅｒ ，ｉｎ ｓ ｉｅｓｙＺｈｎｉ １０ ３ Ｃｈｎ ） ｏ ｎ ｔ ｎ
工业物联网中的无线传感器网络设计与部署
工业物联网中的无线传感器网络设计与部署随着工业物联网的快速发展，企业对于无线传感器网络在工业自动化中的重要性越来越认可。
无线传感器网络是一种由大量低成本的传感器节点组成的分布式网络，能够实时采集、处理和传输物理环境中的信号和数据。
在工业物联网中，无线传感器网络扮演着连接物理环境和网络的重要桥梁，为企业提供实时数据支持和决策依据。
本文将详细介绍工业物联网中无线传感器网络的设计与部署。
无线传感器网络的设计首先需要考虑网络拓扑结构。
在工业物联网中，网络规模一般较大，节点数量众多，因此常采用分层结构的网络拓扑。
分层结构包括边缘节点、中间节点和集中节点。
边缘节点位于物理环境的前沿，负责采集和处理实时数据；中间节点负责汇集和传输数据；集中节点作为网络的中枢，负责数据的存储、处理和分发。
合理的网络拓扑结构能够提高网络的可靠性、灵活性和扩展性。
其次，无线传感器网络的设计还需要考虑节点的部署策略。
节点的部署位置需要根据实际应用场景和需求进行选择。
首先，要考虑节点的覆盖范围和采样间隔。
节点之间应该具有较好的覆盖能力，能够实时捕捉到目标区域的变化信息。
同时，采样间隔也需要根据应用需求进行调整，既要保证实时性，又要降低能耗。
其次，要考虑网络的连通性。
节点之间应该保持充分的通信能力，可以通过增加节点密度或者调整信号传输的路径来优化网络连通性。
最后，要考虑节点的能耗和生命周期。
在无线传感器网络中，能耗是一个比较关键的问题。
因此，在节点的部署过程中，需要考虑节点的能源供应和能源消耗情况，合理调整节点的工作模式和能耗控制策略，以延长节点的使用寿命。
在无线传感器网络的部署过程中，还需要考虑网络的安全性和可靠性。
工业物联网中的数据通常具有较高的机密性和私密性，因此需要采取相应的安全措施保护数据的传输过程。
其次，网络的可靠性也是一个重要的考虑因素。
工业生产中的数据传输都是实时的，丢失甚至延迟可能导致生产过程的中断和损失。
因此，需要在网络设计中引入冗余机制、故障检测和恢复策略，以提高网络的可靠性和鲁棒性。
工业无线传感器网络的设计与优化
工业无线传感器网络的设计与优化随着物联网和工业4.0的兴起，工业无线传感器网络在工业自动化领域中起着越来越重要的作用。
工业无线传感器网络是将传感器、通信和计算技术相结合的系统，能够实时采集、传输和处理工业环境中的数据，为企业决策和生产管理提供有力的支持。
本文将探讨工业无线传感器网络的设计和优化问题。
一、工业无线传感器网络的设计1. 网络拓扑结构:工业无线传感器网络的设计需要考虑网络拓扑结构，在实际应用中常见的拓扑结构包括星形、树形和网状结构。
根据实际需要选择最合适的拓扑结构，确保网络的可靠性、稳定性和灵活性。
2. 信号传输与干扰抑制:工业无线传感器网络通常在工业环境中部署，存在大量的干扰源，如电磁干扰、多径传播等。
因此，在设计过程中需要选择合适的无线传输技术，如Wi-Fi、ZigBee等，并采取干扰抑制措施，如频率调谐、功率控制等，确保信号的可靠传输。
3. 能量管理:工业无线传感器节点通常由电池供电，因此能量管理是设计中的重要问题。
在设计中应该考虑节点的能耗和寿命，采取节能策略，如合理的睡眠和唤醒机制，优化路由算法等，延长节点的使用时间。
二、工业无线传感器网络的优化1. 数据质量优化:工业无线传感器网络中的数据质量对于决策和生产管理至关重要。
优化数据质量可以通过以下几方面进行：提高传感器的精度和稳定性，优化数据采集的时间间隔和频率，采取数据校验和纠错技术，以及采用数据融合算法来消除噪声和异常值。
2. 网络性能优化:工业无线传感器网络的性能优化包括传输效率、延迟和网络容量等方面。
可采取以下措施进行：优化网络拓扑结构和路由算法，减少数据传输的延迟；采用合适的通信协议和调度策略，提高网络的传输效率；根据网络负载情况进行容量规划，确保网络的稳定运行。
3. 安全与隐私保护:工业无线传感器网络面临着安全和隐私泄露的风险。
设计中应该采取以下措施来保护网络的安全和隐私：采用加密算法和身份认证机制来保护数据的传输安全；限制物理访问和远程访问的权限；定期更新安全策略和软件补丁，及时发现和修复漏洞。
无线传感器节点优化设计及应用探讨
无线传感器节点优化设计及应用探讨随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）在各个领域得到越来越广泛的应用，如智能家居、智能交通、环境监测、医疗健康、工业安全等。
由于无线传感器节点的功耗和计算能力有限，传感器网络的设计和应用具有很高的挑战性。
因此，本文将围绕着无线传感器节点优化设计及应用进行探讨。
1. 无线传感器节点优化设计无线传感器节点是无线传感器网络的基本组成部分，它负责采集、处理和传输传感器数据。
因此，低功耗、高精度、可靠性和扩展性是无线传感器节点设计的重要考虑因素。
1.1 低功耗设计无线传感器节点的能耗主要来自以下几个方面：传感器采集、信号处理、数据传输和节点控制。
为了最大限度地延长传感器网络的寿命，需要采用低功耗设计。
首先，选择低功耗传感器模块，如压力传感器、温度传感器等。
其次，采用功耗较低的信号处理器，如ARM Cortex-M0+，能够最大限度地减少计算和通信功耗。
再次，设计功耗控制策略和睡眠唤醒机制，使节点在实际应用中能够实现长期稳定运行。
1.2 高精度设计无线传感器节点需要保证数据采集和传送的高精度性，以提高检测和控制的可靠性。
为了实现高精度数据采集，可以选择高灵敏度、高分辨率的传感器。
同时，需要考虑传感器的放大器设计、滤波器设计等，以提高传感器输出信号的精度和准确性。
对于无线传输过程中的数据传送，采用先进的编码和解码算法，能够有效地防止数据传输中的误码和数据丢失量，提高数据传输的精度和准确性。
1.3 可靠性设计无线传感器网络在应用领域中，如医疗健康、智能家居、工业安全，保持可靠性和稳定性是非常重要的。
为了提高无线传感器节点的可靠性，需要在节点硬件以及软件设计上详细考虑以下方面：硬件可靠性：采用高可靠性的电子元器件，设计物理防护装置、防水、防震等，以适应复杂的室外环境。
软件可靠性：采用先进的代码编写工具，合理地进行错误处理和排除，避免系统故障造成的不必要的失误和浪费。
面向工业电机温度监测的LoRa无线传感网络设计
这样能够降低系统的整体功耗.终端节点在开机之
４.２ 系统丢包率测试
后就会执行一个发射功率适配进程ꎬ终端节点内部
测试距离为终端节点至网关节点的直线距离ꎬ
集成了 ３ 套发射功率配置方案ꎬ发射功率按照编号
无线传感网络ꎬ系统采用星型网络拓扑结构ꎬ终端
内ꎬ却不在当前作信道检测的终端节点的可视范围
节点和网关节点之间形成多对一的映射关系.星型
之内ꎬ如果此时隐蔽终端在发生数据ꎬ将会导致当
网络拓扑结果相对网格型网络拓扑结构没有复杂
前终端节点发送数据失败. 所以在图 ４ 算法中ꎬ增
的路由开销ꎬ系统的功耗更低.由于 ＬｏＲａ 调制技术
上传的温度数据总是能够被存放在一个固定的存
兰 州 工 业 学 院 学 报 第 ２８ 卷
７８
表 １ 数据包格式
低的功耗ꎬ终端节点获得了更长的生命周期.
３.１ 组网通信协议
系统的组网通讯协议定义了数据包的格式以
及功能码的类型ꎬ功能码数据包的功能解析及功能
得以实现. 这里借鉴了 Ｍｏｄｂｕｓ 通信协议的设计思
想ꎬ根据 ＬｏＲａ 无线传感网络的具体应用要求及特
点作出了改进和设计 [９] .表 １ 给出了组网通信协议
无线通信模块、存储器 Ｗ２５Ｑ３２、ＲＳ￣４８５ 通信模块、
电源管理模块、串口组成. 网关节点的硬件结构如
图 １ 系统总体结构
图 ３ 所示.
２ 系统硬件设计
２.１ 终端节点
终端节点由数字温度传感器 ＤＳ１８Ｂ２０、微控制
器 ＳＴＭ３２Ｌ５１Ｃ８Ｔ６、ＬｏＲａ 无线通信模块( 基于射频
芯片 ＳＸ１２７８) 、 ３. ６Ｖ 锂 电 池 组 成. ＳＴＭ３２Ｌ５１Ｃ８Ｔ６
工业物联网中的无线传感器网络设计与优化
工业物联网中的无线传感器网络设计与优化一、引言随着信息技术的不断发展，工业物联网的概念越来越受到重视。
工业物联网通过将传感器和互联网技术相结合，实现了对工业生产过程中各类信息的实时监测、采集和传输，极大地提高了工业生产的效率和质量。
而在工业物联网中，无线传感器网络扮演着至关重要的角色。
本文将探讨工业物联网中无线传感器网络的设计与优化问题。
二、无线传感器网络的功能与要求无线传感器网络一般由大量的分布式传感器节点组成，这些节点可以自组织成一个较大的网络。
在工业物联网中，无线传感器网络的功能主要包括环境监测、数据采集、设备状态监测等。
对于无线传感器网络的设计来说，需要考虑以下几个要求：1. 能耗低：传感器节点的能耗一般较低，以延长其电池寿命，降低维护成本。
2. 通信可靠：工业生产过程中对数据的传输要求较严格，无线传感器网络需要能够可靠地传输数据。
3. 网络覆盖范围广：工业场景中通常需要覆盖较大范围，因此无线传感器网络的通信距离应足够远。
4. 网络安全性高: 针对工业生产中的数据安全保障，需要确保无线传感器网络的安全性。
三、无线传感器网络的设计原则在设计无线传感器网络时，需要遵循以下原则：1. 预先规划：在设计之前，需要对工业场景进行调研和规划，包括网络覆盖范围、通信需求等。
2. 合理布局：根据实际需要和通信距离要求，合理地布置传感器节点，保证网络的完整性和稳定性。
3. 路由优化：通过选择合适的路由算法来优化网络传输效率和能耗。
4. 信号干扰管理：由于无线传感器网络中的无线信号容易受到干扰，因此需要合理管理信号干扰，包括信道选择、信号强度控制等。
5. 安全保障：在设计中考虑网络的安全性，采用加密算法、身份验证等手段确保数据的安全传输。
四、无线传感器网络的优化方法为了进一步提高无线传感器网络的性能，可以采用以下优化方法：1. 能耗优化：通过优化传感器节点的能耗，延长其电池寿命，可以采用休眠策略、能量平衡算法等手段来实现。
工业物联网中的无线传感器网络设计与优化
工业物联网中的无线传感器网络设计与优化随着科学技术的不断发展和社会经济的不断进步，工业物联网已成为产业升级和智能制造的重要手段，而无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN) 作为工业物联网中的重要组成部分，在信息采集和数据传输方面发挥着重要作用。
本文主要探讨工业物联网中的无线传感器网络设计与优化，重点介绍无线传感器网络中的三个关键问题：功率消耗、数据可靠性和网络安全，以及针对这些问题的技术手段与优化策略。
一、功率消耗的优化在工业物联网中，无线传感器网络的节点需要进行长时间的数据采集和传输，并要求在复杂环境中稳定运行，因此功率消耗成为了设计中的重要问题。
在节约功率的前提下，保证网络能够长期工作，需要采取以下措施：1. 节点的冗余机制通常情况下，节点间需要进行频繁的通信，但是这也会带来频繁的功耗。
为了平衡功耗与通信质量之间的关系，可以采用冗余传输机制，即对同一信息进行多次传输，确保其可靠性，并根据传输的重要性灵活制定传输次数。
2. 能耗自适应机制根据不同通信要求和场景的差异，需要对节点的功率进行动态调整。
在一些低要求的场景下，可以降低节点功率；在一些高要求的场景下，可以增加节点功率，保证通信质量和功耗的平衡。
3. 睡眠机制在节点无需通信或者信息不需要立即传输时，可以通过睡眠机制来降低功耗。
在某些情况下，可以根据节点工作状态的变化自动调整节点的睡眠时间，例如，当环境亮度上升时，光敏节点可以自动休眠，以节省功耗。
二、数据可靠性的保障由于无线传感器网络存在着信道丢包、信噪比降低、节点失效等多方面因素，需要通过以下手段来提高数据传输的可靠性：1. 信号差错编码在数据传输的过程中，通过加入差错编码等技术，可以增加网络传输的可靠性。
常见的编码方案有海明编码、卷积编码等。
2. 拥塞控制机制在网络拥塞时，通过限制传输速率或采用分布式的拥塞控制机制，可有效避免网络的过载和数据丢失。
3. 智能路径选取通过节约网络资源，减少数据的中转次数，提高路径的多样性度以及避免无效路径和拥塞节点，可以有效提高数据的传输效率和可靠性。
智能工业无线传感器网络的设计与优化
智能工业无线传感器网络的设计与优化随着信息技术的快速发展，智能工业无线传感器网络（Industrial Wireless Sensor Networks，IWSNs）正逐渐应用于工业领域。
作为现代工业自动化的重要组成部分，IWSNs具有准确、实时、可靠的数据传输和广泛的应用前景。
本文将围绕智能工业无线传感器网络的设计和优化展开讨论，从硬件设计、网络拓扑、信号优化等多个方面进行探究。
首先，智能工业无线传感器网络的设计需要关注硬件设备的选择和配置。
传感器节点是IWSNs的核心组件，它们负责采集工业环境中的各种数据并将其传输到网络中。
在选取传感器节点时，需要考虑到其适应工业环境的能力，如抗干扰能力、耐腐蚀能力等。
同时，合理配置传感器节点的数量和布局，确保整个网络能够覆盖到所需监测的区域，并保证网络中的传输质量。
其次，网络拓扑的设计对于智能工业无线传感器网络的性能具有重要影响。
网络拓扑包括节点之间的连接方式和组织结构。
常见的网络拓扑结构有星型、网状和环形等，选择合适的网络拓扑结构可以提高网络的可扩展性、容错性和传输效率。
在设计过程中，还需要考虑到节点之间的能量分配、通信协议的选择以及网络拓扑的动态调整等因素，以保证网络的稳定性和有效性。
此外，信号的优化也是智能工业无线传感器网络设计中不可忽视的一环。
由于工业环境的复杂性，网络中的信号可能会受到多种干扰，如多径传播、障碍物阻挡等。
为了提高信号的传输质量，可以采用合适的调制技术、智能中继器放置策略、自适应信道分配方法等，以降低信号丢失率和延迟，确保传感器节点能够及时准确地传输数据。
最后，为了进一步优化智能工业无线传感器网络的性能，可以采用一些先进的技术手段来改善网络的能耗、安全性和可靠性。
例如，引入能量管理机制，对无用数据进行过滤和压缩，以节约能源；建立安全防护措施，采用加密技术保护网络数据的隐私；采用容错技术和多路径传输策略，提高网络的可靠性和稳定性。
总之，智能工业无线传感器网络的设计与优化是实现现代工业自动化的重要一环。
无线传感器网络高温监测节点的设计与开发
无线传感器网络高温监测节点的设计与开发李善荣;闫述;曹清华;陈祖爵【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2012(038)008【摘要】现有无线传感器网络节点配备的传感器可测量温度范围有限.为满足煤田火区监测需要,针对应用较普遍的JN5139节点,采用K型热电偶高温传感探头、MAX6675放大与数字转换器,设计一种无线传感器网络高温监测节点.通过SPI接口将MAX6675与JN5139相连,对数据进行移位和进制转换处理.在不同环境下对高温节点进行测试,结果表明节点测量结果正确、功能正常,并具有较好的扩展性和移植性.%At present, the measurable temperature range of sensors which is standard configured by Wireless Sensor Network(WSN) nodes is limited. In order to fulfill the demand of coalfield fire area monitoring, a high temperature sensor node of WSN based on JN5139 node that is widely used is designed. Type-K thermocouple and MAX6675 amplification and digital converter are used in the high temperature gathering part.MAX6675 and JN5139 are connected through SPI interface and the shifting and data transmission processing are controlled by JN5139 through software. Results show that the temperatures are confirmed correct in different actual environment and it also has expansibility and portability.【总页数】3页(P207-209)【作者】李善荣;闫述;曹清华;陈祖爵【作者单位】江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013;江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013;江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013;江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TP393【相关文献】1.环境监测无线传感器网络测量节点的设计 [J], 杜永博;段欣宇;刘静;李萌;;;;2.环境监测无线传感器网络测量节点的设计 [J], 杜永博;段欣宇;刘静;李萌3.播种质量无线传感器网络监测系统设计——基于多跳多信道和高效中继节点 [J], 滕道明4.基于无线传感器网络的列车关键设备监测节点设计 [J], 吕晓颖5.基于校园环境监测的无线传感器网络节点设计 [J], 宋相慧; 郑莹莹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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传感器与微系统(Transducer and M icr osyste m Technol ogies) 2009年第28卷第4期工业用高温无线传感器节点的设计吴志诚,程昔恩(景德镇陶瓷学院信息工程学院,江西景德镇333403)摘 要:提出一种可用于工业中对高温环境下进行测温的的无线传感器网络(W S N s)节点的设计方案,该节点可通过补偿电路自由更换不同的温度探头,从而获得更准确的高温测量值。
阐述了节点系统的硬件和软件实现,并介绍了该节点方案在现代陶瓷工业中的应用,实验证明了设计方案的可行性。
关键词:无线传感器网络;传感器;工业环境;节点中图分类号:TP212.9 文献标识码:B 文章编号:1000-9787(2009)04-0096-03D esi gn of W SNs node for i n dustry’s h i ghte m pera ture m ea sure m en tWU Zhi2cheng,CHE NG Xi2en(College of I nfor ma ti on Engneer i n g,J i n gdezhen Ceram i c I n stitute,J i n gdezhen333403,Ch i n a)Abstract:A novel design sche me of wireless sens or net w orks node for high temperature measure ment in industryenvir on ment is p resented.The hard ware and s oft w are i m p lementati on of node is intr oduced in detail and theapp licati on of the sche me in modern cera m ic industry is intr oduced and the technical feasibility of the design isverified.Key words:wireless sens or net w orks(W S N s);sens or;industry envir on ment;node0 引 言无线传感器网络(wireless sens or net w orks,W S N s)是一种以自组织法构成的多跳中继的分级结构网络[1]。
在网络中随机分布的具有感知和路由功能的W S N s节点借助内置的多种多样的传感器测量所在周边环境中的各种信号,从而探测众多有意义的物理现象。
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术[2],主要适合于承载数据流量较小的业务。
在现代工业中,很多场合需要测量温度,并根据测量的温度对整个系统进行反馈控制,如测量各种工业窑炉温度,常用的温度传感器——热敏电阻器和热电偶。
在各种工业窑炉上,当前测温系统主要是直接观测读数;或者在工业窑炉表面布置线路实现自动控制。
在其工作环境中常常会因线路受损导致智能控制系统的测温失败。
本文设计了一种可对工业窑炉内温度监测的W S N s节点,并详细介绍了节点系统的硬件和软件系统的设计方案。
1 W S N s测温节点的体系结构W S N s节点是网络的基本单元,节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。
在不同应用中,传感器网络节收稿日期:2008-10-17点的组成不尽相同,但一般都由数据采集、数据处理、数据传输和电源与电源管理4个部分[3]组成,数据采集模块(DAU)主要负责物理信息的采集并将其信号转换为电信号送给微控制器,有的还要把模拟信号转换成数字信号再输出;处理器模块(P U)需要接收DAU信号或数据进行相应的处理;数据传输模块(DT U)负责发送数据,即通信的物理实现,有的也同时能接收数据;电源模块则为系统的工作提供稳定可靠的能源。
2 W S N s测温节点的硬件系统设计在现代工业窑炉中,为了充分利用热量,提高系统的能效比,需要对系统热量进行多方面的利用,越是充分的利用,越是将窑炉系统分成了越多的不同温度带,有超高温的燃烧带,有高温的热气带,还有较低温度的预热带等。
而不同材料制成的温度传感器有不同的灵敏范围[4],如,在低温段采用热敏电阻器测量,高温段采用热电偶测量,将提高测温精度。
W S N s的硬件节点如图1所示。
串口通信模块是协调节点特有的,协调节点通过串口通信模块将采集的数据传输给监控主机。
2.1 数据采集单元节点的数据采集部分可以根据实际需要和被检测信号69第4期 吴志诚,等:工业用高温无线传感器节点的设计 图1 W SNs 节点硬件结构框图F i g 1 Structure d i a gram of W SNs node hardware的物理特征选择合适的传感器,节点的设计中选用了适和中低温测量的热电阻以及适和高温测量的热电耦。
在实际应用中就可以根据应用需求的不同,选择不同的温度传感器作为数据采集单元。
图2为使用Pt100热敏电阻器时的桥路示意图。
图2 热敏电阻器三线制桥路接线图F i g 2 Three 2w i re br i dge d i a gram of therm istor 信号调理电路需要把热敏电阻器或热电偶输出的差动电压变成单端电压输出,放大信号范围为±3V 以满足A /D 的输入要求。
为提高测量精度,运放电路采用两级放大的可变增益方式。
第一级预放大电路选用低失调电压、低温度漂移、低输入偏置电流、高共模抑制比和线性度好的仪用放大器I N A118,增益设计为6;第二级可变增益放大电路采用一块高精度、低漂移运放OP07、若干精密电阻器和电位器,共设计了8个放大等级,这些构成了位于数据采集模块的前置放大电路。
2.2 处理器单元处理单元是W S N s 节点的核心部分,一方面接收来自传感器的测量数据,按要求对数据进行处理和计算等,交给通信单元发送;另一方面,读取通信单元送入的数据信息,对硬件平台其他模块的操作进行控制。
处理器单元选用了FREES CALE 公司的GT60,GT60是基于Freescale S08内核的微控制器,是一种超低功耗的混合信号控制器,具有40MHz 工作频率、4k B RAM 和60k BFlash 空间。
它最高可以工作在+85℃的高温下,可适应在窑炉表面稳定工作的;微处理器内部集成有8通道10位A /D 转换器,可以直接使用模拟输出的传感器,所以,将数据采集单元由前置放大电路的输出经有源低通滤波后输入到A /D 转换器,在测量所允许的温度范围内能达到0.1℃以内的分辨率。
2.3 数据传输单元基于W S N s 对数据传输速率、传输距离、节点能耗的要求,比较了几类无线收发芯片,在设计中选用了FREES 2C ALE 公司的MC13192射频芯片,MC13192是内部集成了可满足I EEE 802.15.4协议的媒体接入层(MAC )、物理层(PHY )硬件逻辑的Zig Bee 射频芯片。
2.4 串口模块串口电路只有协调节点才有。
协调节点是W S N s 中特殊的节点,负责监控主机与W S N s 的通信,向下级节点发送查询命令,接收下级节点回传的数据经由串口发送给监控主机。
这里,选用低电压高速传输的RS —232收发器MAX3318。
MAX3318工作电压为2.5～3V,传输速率可达460kbp s,满足接收协调节点器和监控主机之间的大量数据传输的需要。
3 W S N s 测温节点的软件系统设计节点在休眠、唤醒、工作等不同的工作模式下的功耗差别非常大,将这些不同的工作模式有机的组合起来,使其既能有效地完成需要实现的功能,又能最大限度地减少消耗能源。
基本软件的流程如图3所示。
图3 节点软件流程F i g 3 Software flow chart of node 软件流程可描述如下:1)系统初始化后自动进入休眠状态。
微处理器先关闭传感模块和射频模块的功能,再关闭自己的内部时钟进入睡眠状态,只保持微弱的电流监听外部中断信号,由微处理器外部的实时时钟器件RTC 来控制节点上的时间,RTC 功耗极低,可以不计入节点上的耗能元件,此时,整个传感器节点保持低功耗状态。
2)当设定的数据发送周期达到后,RTC 发送一个中断信号给微处理器以唤醒节点,微处理器脱离休眠状态,恢复时钟并打开传感模块和射频模块的功能,整个节点苏醒进入工作状态。
3)微处理器接收传感模块检测到的数据进行A /D 转换和初步处理。
4)处理器模块按照设定的数据格式将采集的温度数据送入射频模块调制成射频信号发送出去。
5)系统回到休眠状态。
4 实验验证在陶瓷工业窑炉测温中,通常沿窑长方向布置几十只温度传感器和几十个烧嘴,各烧嘴在窑道辊棒上下分布,温度传感器检测点位于各组烧嘴的中央部位(上组取于窑顶、下组取于窑侧),节点的数量为每窑炉30～40个节点。
部分温度测量结果如表1。
79 传感器与微系统 第28卷表1 烧成温度Tab1 S i n ter i n g te m pera ture温控单元…9#10#11#12#13#14#15#…辊棒上(℃)…9009409501000108511301070…辊棒下(℃)…950100010501080115011701050… 为了利用Zig Bee技术把整个窑炉上的所有传感器节点的的数据汇集起来,在传感器节点中驻留了Zig Bee协议栈,并利用该协议栈建立了一个星形拓扑结构的W S N s,所有的测温节点只能与协调器进行通信相互之间通信是禁止的。
在这种拓扑结构中,在配置Zig Bee的网络层路由的时候,使用Zig Bee网络层支持的邻居表路由,所有的测温节点都将(只将)接入节点作为其的邻居维护,路由的时候只需要一跳就能到达目的,在路由效率上是很高的,也能保证测温节点之间互不通信。
同时布置一个协调节点,在数据记录主机上记录炉温数据等生产工艺数据,实现自动的数据化管理。
实验结果表明:W S N s节点可以正常采集温度数据。
5 结束语本文介绍了能实现对工业窑炉的炉温的精确采集的W S N s节点的硬件和软件设计方案,并通过在节点上驻留的Zig Bee协议栈完成网络的组建。
在实际的测试实验中,将其用于炉温监测,与常规的温度采集系统相比,采用W S N s技术的温度传感器具有无线数据采集的功能,既可以将不同种的温度传感器的数据反馈给控制系统实现窑炉的自动控制,又可同时将数据传递给数据记录主机,自动记录生产工艺数据,还可以减少控制现场电缆众多的问题,又可提高传感器的可移动性,从而提高传感器安装的灵活性和使用的便利性。