无线传感器网络在环境监测中的应用与改进

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无线传感器网络在酒窖温度监测中的应用

作者：沈昕

来源：《无线互联科技》2015年第05期

摘要：随着无线传感器网络技术的不断发展，应用到它的地方也越来越多，将该技术引入对酒窖环境温度的监测中，在很大程度上弥补了目前基于有线连接，导致酒窖温度监测系统线缆布局复杂、成本高、维护性差、系统灵活性差等缺点。文章从酒窖温度监测系统中无线传感器网络的系统模型、拓扑结构、技术实现等方面进行论述。和传统的采用有线方式连接的温度监测系统相比，无线传感器网络在酒窖温度监测中具有明显的优势。

关键词：无线传感器网络；酒窖温度监测

1前言

目前，不论是国内还是国外，大大小小的酒庄数不胜数，酒庄中对酒的储存就成了一个很重要的问题，不同的酒对酒窖温度的要求也是不一样的，如果一种酒不能在适宜的温度下存放，对酒品质的影响是很大的，特别是一些价格昂贵的葡萄酒，对存放的温度是很挑剔的，它们需要在特定的温度下存放才能保证酒的品质，因此对酒窖温度的监测控制就显得非常重要了。

怎样对酒窖的温度进行实时有效的监控呢，最常规的做法就是在酒窖中安置温度计，但这种方法存在不足之处，它需要定期定时的去酒窖查看温度值，如果不在理想的温度范围就对酒窖温度进行调节，这显然相当繁琐，费时费力。另外一种稍微先进一点的方法就是在酒窖铺设有线连接的传感器检测网络，即在酒窖的一定位置上安置温度传感器节点，传感器按照一定频率实时的进行温度数据的采集，最后将采集到的数据通过有线网络传输到监控中心，监控中心再通过分析接收到的温度数据对酒窖温度进行控制调整。但这种方法也存在缺陷，即是线缆布局较复杂、成本比较高、网络维护性差、系统的灵活性也较差，如果需要增加监测节点的数量，必然会增加布线等方面的成本。

随着无线传感器网络技术的发展，应用到它的地方也越来越多，在测试测量等工程领域中被广泛的应用。在无线传感器网络中，其网络节点具有局部信号处理能力，很多信号都可以在传感器节点进行处理，将大大减少数据量在后续网络中的传输，由无线传感器网络节点组成的系统是一种并行的、分布式的信息处理系统，极大的提高了监测系统的运行速度及可靠性、灵活性。除此之外，用无线传感器网络代替传统的有线传感器网络，可以降低监测系统的成本，提高监测系统的灵活性和可维护性。因此，由于无线传感器网络具有的多种优点，其在酒窖温度的监测系统中的应用也成为了业界关注的热点。

无线传感器网络技术的应用与挑战

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）技术是一项发展迅速的信息技术，它通过将许多小型、低功耗且具有自组织能力的传感器节点互联组成一个网络，实现了对目标区域进行全面、实时、准确的监测和控制。WSN技术具有广泛的应用前景，但也面临着一些挑战。

一、无线传感器网络技术的应用

1.环境监测：WSN技术可以用于环境监测领域，实时地收集环境参数（如温度、湿度、气压等）的数据，并进行分析和处理，为环境保护、灾害预警提供有力的支持。

2.农业领域：WSN技术可以应用于农业生产中，通过传感器节点对土壤湿度、光照强度等参数的监测，实现精确的农田灌溉和施肥，提高作物产量和质量。

3.工业控制：WSN技术可以用于工业自动化控制系统中，实时地监测设备状态、环境参数等信息，提供有效的管理和控制手段，提高工业生产的效率和安全性。

4.安防领域：WSN技术可以应用于安防领域，通过传感器节点实时监测周围环境的变化，如入侵者、火灾等，提供及时的报警和应对措施，保障人员和财产的安全。 5.健康医疗：WSN技术可以用于健康医疗领域，通过监测人体生理参数、体温、心率等，实时收集个体的健康状况，预测疾病的发生，提供个性化的医疗服务。

二、无线传感器网络技术面临的挑战

1.能源问题：传感器节点通常由电池供电，能源问题是WSN技术的主要挑战之一。传感器节点功耗低、寿命长的设计，以及能量收集和传输的技术研究是解决该问题的重点。

2.通信问题：WSN技术要求节点之间进行无线通信，网络中的节点数量通常很大，并且节点经常处于动态变化的环境中，这给通信带来了一定的困难。如何保证数据传输的可靠性、低延迟和网络的稳定性是需要解决的问题。

3.网络安全问题：由于WSN应用的特殊性，传感器节点通常在无人区域或恶劣环境中部署。这就给网络的安全性带来了挑战，如数据的保密性、完整性和抗攻击能力等问题需要解决。

第３Ｏ卷第４期　

２０１２年８月　陕西科技大学学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．３０　ＮＯ．４　

Ａｕｇ．２０１２　

文章编号：１０００—５８１１（２０１２）０４—００８１—０４　

无线传感器网络在环境监测系统中的设计与应用　

郭文强，张玉杰，侯勇严，付　

（陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安　菊　

７１００２１）　

摘　要：为了克服传统的环境监测系统布线复杂和数据采样困难的问题，提出了基于ＺｉｇＢｅｅ　

无线传感器网络的解决方案。通过传感器节点采集环境监测现场的数据，并实时将监测数据　

通过ＣＣ２５３０的ＺｉｇＢｅｅ通信协议无线传输至协调器，然后将数据传输到上位机进行监测与分　析处理。实验结果表明，该无线传感器网络能够可靠、有效地采集相应环境数据，并及时传输　

至监测平台，为环境监测系统的高效、安全运行提供了可靠依据．　

关键词：环境监测；无线传感器网络；ＺｉｇＢｅｅ　

中图法分类号：ＴＮ９１９．３　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　

ｉｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　

ＧＵｏ　Ｗｅｎ—ｑｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｙｕ—ｊｉｅ，Ｈ０Ｕ　Ｙｏｎｇ—ｙａｎ，Ｆｕ　Ｊｕ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ　ａｎ　

７１００２１．Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｃｏｍｐｌｅｘ　

ｗｉｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｄａｔａ　ｓａｍｐｌｉｎｇ，ａ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＺｉｇＢｅｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｓ　

基于无线传感器网络的农业环境监测系统设计

近年来，随着科技的不断发展，基于无线传感器网络的农业环境监测系统被越来越多的人所关注。这种监测系统通过采集农业环境数据，为农业生产提供实时监测和分析，提高农业生产的质量和效益。本文将介绍一个基于无线传感器网络的农业环境监测系统的设计。

一、系统架构

基于无线传感器网络的农业环境监测系统一般包含以下几个组成部分：传感器节点、传感器网络、数据处理与管理中心。其中，传感器节点用于采集环境变量数据，传感器网络用于数据的无线传输和处理，而数据处理与管理中心用于对采集的数据进行分析和管理。

在本系统中，传感器节点采用多种不同类型的传感器，并通过无线传输将采集的数据发送给数据处理与管理中心。传感器网络采用了Zigbee协议，采用星型拓扑结构，主节点和从节点通过无线信道进行通信，将采集的数据上传到数据处理与管理中心。

二、重要环境指标及传感器

在农业生产中，环境变量与农作物的生长密切相关，因此对于农业环境监测系统来说，选择合适的环境变量以及相应的传感器显得尤为重要。本系统中，我们选择了以下几个重要的环境指标：温度、湿度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳浓度。

1、温度传感器

温度是影响作物生长的重要环境因素之一，因此在本系统中采用了一款高精度数字温度传感器DS18B20，用于监测环境温度变化。 2、湿度传感器

湿度对植物生长发育也有着重要的影响。本系统中，我们采用一款数字式湿度传感器DHT22，用于监测环境湿度变化。

3、土壤温度传感器

土壤温度是影响植物生长与发育的重要因素之一。本系统中，我们采用一款数字式温湿度传感器AM2301，用于监测土壤温度变化。

4、土壤湿度传感器

土壤湿度是影响植物生长与发育的重要因素之一。本系统中，我们采用一款数字式土壤湿度传感器HS1101，用于监测土壤湿度变化。

5、二氧化碳传感器

二氧化碳是植物进行光合作用所需的重要原料之一，因此对环境中二氧化碳的浓度进行监测显得尤为重要。本系统中，我们采用一款二氧化碳传感器MH-Z16，用于监测环境二氧化碳浓度变化。