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摘要：环境监测的焦点是传感器的网络应用，它是一个很有发展潜力的领域，环境监测的内容包括节点数据收集、分布规律、远程控制功能和通信功能等能力。文中简要分析了无线环境监控系统的网络特点与衡量指标以及系统结构，最后就传感器监控应用与 Zigbee组网的应用进行了探析，这一研究对于进一步推广无线网络的应用具有一定的意义。
关键词：无线传感器网络；Zigbee；监控系统
Abstract: The focus of environmental monitoring is the network application of the sensor, it is a very promising field of environmental monitoring, including node data collection, distribution, remote control and communication ability. This paper briefly analyzes the characteristics of the wireless network environment monitoring system and measures and the system structure, finally has carried on the analysis on Application of sensor monitoring applications and Zigbee network, this research has certain significance for further application of wireless network.
Keywords: wireless sensor network; Zigbee; monitoring system
中圖分类号：TP212.9 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
0 绪论
无线传感器网络是物联网体系结构中一种，这种网络由多个具有计算处理能力、无线通信、传感或控制能力的单节点构成。无线传感器网络在智能楼宇、智能家居、环境检测方面有广泛的应用。其中环境监测的焦点是传感器的网络应用，它是一个很有发展潜力的领域，环境监测的内容包括节点数据收集、分布规律、远程控制功能和通信功能等能力。但是因为传感器网络和现实环境的高度集成，在环境监测的过程中，一些有关的技术需要根据实际情况而进行具体的研究。基于这一发展背景和笔者的工作经验，本文分析了无线传感器网络在环境监控系统的应用，这一研究对于进一步推广无线网络的应用具有一定的意义。
1 无线环境环监控系统
1.1 环境监控网络特点与衡量指标
一个经典的环境监控网络是： 网络是以长期监测目标区域的基本状况，如环境、温度、湿度、地质等为主要内容的；网络通过唯一的一个中心节点参与远程通信设置；充电在监测区域内是一件可望不可即的事，拥有电源的地方只有中心节点。
无线传感器网络在环境监测领域运行时，会因为环境的不同使其应用有所差别：网络生存时间要求高——监视目标通常是远程的，人体不方便踏入的领域，因此从电池供电的普通节点来看，充电的可能性微乎其微，所以我们必须降低节点能量的浪费，试图延长使用节点的时间，那么在监控环境路由协议设计的过程中，必须设法减少节点能耗,增加网络的使用时间。网络数据量小——定时收集相关信息并将其转移到远程监控系统是大多数监控环境的准则，因而网络整体数据量变现得比较小，那么在路由协议设计中，我们可以将数据冲突放置到第二位来考虑；节点成本足够低——在环境监控环境中节点通常是不能充电的，所以用完之后的节点是不能扔掉的，导致节点的价格降低，因而为了降低对节点硬件的标准，我们的路由协议设计也不能太繁杂；网络延时足够少——在环境监控中倘若碰到突发的紧急状况，远程监控平台必须能够快速感应到，这就明确了在路由协议设计中较低的延时的必要的；网络数据流通循规蹈矩——正常的环境监控系统模式是：通过传感器将全网各个节点收集的数据信息集中到主节点，紧接着凝结在你一起并发送到监控主机的平台领域，所以，在路由协议中这种数据的汇聚作用必须加入到考虑范围之内。
综合考虑环境监控的具体应用环境及需求，一般来说可以从下面几点来衡量：网络生存周期,评价环境监测网络的关键就是它的生存周期长度；在数据传输过程中的平均能量消耗。如果能源使用在一次的传输数据中减少了，那么它的网络生存时间就会随之增加；无论网络能量平衡与否，网络能量平衡在环境监控中都占据着重要的地位。它与网络是否可以涵盖全部的监测区域以及是否将数据的汇聚作用纳入考虑范畴息息相关；考虑数据采集效果。在环境监测应用。在环境监控应用的过程中，这种数据流向特点很明显。
1.2 系统结构
系统结构如图1所示，主要包括四个部分：传感器、微处理器和存储器、执行机构以及无线通信模块。
图1 系统结构
1.3 传感器监控应用
在环境监控中应用的传感器主要有以下方面：
（一）漏气测量传感器节点
利用气敏元件可以测量不同种类、不同浓度的气体。可以测量空气中的液化气、丁烷、甲烷、酒精等气体。图2为其一般应用框图。
图2 气体监控原理图
（二）空气质量传感器节点
利用空气质量传感器可以对空气中的各种污染源（甲醛、笨、甲苯、香烟一氧化碳等）做出检测，并将其转化相应的电信号。原理如图2。
（三）其他节点
还有传感器节点包括：温湿度传感器节点、火警测量节点、漏水测量节点。这些节点构成了整个监控体系的基础，
此外微处理器和存储器可以采用ARM或者DSP架构的处理器。系统的控制流程：控制器采用轮询的方式采集各个传感器节点的数据，然后对采集后的数据进行分析处理，最后做出判断并对执行器发出相应的控制信号。传感器节点收到呼叫信息时进行信息采集或者控制输出，否则进入低功耗的接受状态。系统中采集节点仅仅负责对环境信息的采集和传输，信息的处理均有系统的控制器来完成，这种结构有利于减轻采集节点的功耗和成本，有利于节点的广泛布置。
2Zigbee组网的应用
Zigbee数据无线监控系统是采用了Zigbee 无线传输技术，针对环境监控数据的需求专门的应用系统。一种能够稳定的对环境监控需要的数据信息做实时采集，所有数据信息都能通过无线方式传输，无需在现场拉线的监控系统。能使监测的信息通过更快捷的方式在更大的区域内得到有效的集中搜集和处理，发现故障报警能随时解决。应用系统功能有：实时记录功能——连续如实的采集和记录监测如气体难度、温度、湿度等各项参数情况，以数字和图形方式进行实时显示和记录监测信息； 远程联网功能——通过本地的宽带接口，所监控区域可以自动发送环境参数到监控主机上，由此监控人员可以随时随地了解所监控区域的情况； 内网监测功能——局域网内的办公用户在经过授权后，可以读取监控主机上的实时数据，实现远程的监测；数据统计分析功能 ——实时显示或者历史显示监测区域的各参数曲线变化，可以同时显示多个不同区域的环境参数曲线，更易于分析比较；数据存储功能——所有的数据采集和记录都到主机上，数据可以按照使用人员的要求定时自动保存、备份、打印、归档等；打印/报表功能——自动定时打印（可选择逐行或逐页）和手动人工打印（包括画面、曲线、参数及报表）；用户分级管理——当需要对多个区域进行集中监控时，严格的密码授权制度和用户分级制度为用户提供了一个总监控管理平台，以保证只有授权的工作人员才可进行相应的管理和操作。
3 小结
本文基于笔者的经验简要分析了无线传感器网络在环境监控系统中的应用，随着信息化社会的不断改进，这一技术应用在环境监控中的作用将越来越大。
关键词：无线传感器网络；Zigbee；监控系统
Abstract: The focus of environmental monitoring is the network application of the sensor, it is a very promising field of environmental monitoring, including node data collection, distribution, remote control and communication ability. This paper briefly analyzes the characteristics of the wireless network environment monitoring system and measures and the system structure, finally has carried on the analysis on Application of sensor monitoring applications and Zigbee network, this research has certain significance for further application of wireless network.
Keywords: wireless sensor network; Zigbee; monitoring system
中圖分类号：TP212.9 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
0 绪论
无线传感器网络是物联网体系结构中一种，这种网络由多个具有计算处理能力、无线通信、传感或控制能力的单节点构成。无线传感器网络在智能楼宇、智能家居、环境检测方面有广泛的应用。其中环境监测的焦点是传感器的网络应用，它是一个很有发展潜力的领域，环境监测的内容包括节点数据收集、分布规律、远程控制功能和通信功能等能力。但是因为传感器网络和现实环境的高度集成，在环境监测的过程中，一些有关的技术需要根据实际情况而进行具体的研究。基于这一发展背景和笔者的工作经验，本文分析了无线传感器网络在环境监控系统的应用，这一研究对于进一步推广无线网络的应用具有一定的意义。
1 无线环境环监控系统
1.1 环境监控网络特点与衡量指标
一个经典的环境监控网络是： 网络是以长期监测目标区域的基本状况，如环境、温度、湿度、地质等为主要内容的；网络通过唯一的一个中心节点参与远程通信设置；充电在监测区域内是一件可望不可即的事，拥有电源的地方只有中心节点。
无线传感器网络在环境监测领域运行时，会因为环境的不同使其应用有所差别：网络生存时间要求高——监视目标通常是远程的，人体不方便踏入的领域，因此从电池供电的普通节点来看，充电的可能性微乎其微，所以我们必须降低节点能量的浪费，试图延长使用节点的时间，那么在监控环境路由协议设计的过程中，必须设法减少节点能耗,增加网络的使用时间。网络数据量小——定时收集相关信息并将其转移到远程监控系统是大多数监控环境的准则，因而网络整体数据量变现得比较小，那么在路由协议设计中，我们可以将数据冲突放置到第二位来考虑；节点成本足够低——在环境监控环境中节点通常是不能充电的，所以用完之后的节点是不能扔掉的，导致节点的价格降低，因而为了降低对节点硬件的标准，我们的路由协议设计也不能太繁杂；网络延时足够少——在环境监控中倘若碰到突发的紧急状况，远程监控平台必须能够快速感应到，这就明确了在路由协议设计中较低的延时的必要的；网络数据流通循规蹈矩——正常的环境监控系统模式是：通过传感器将全网各个节点收集的数据信息集中到主节点，紧接着凝结在你一起并发送到监控主机的平台领域，所以，在路由协议中这种数据的汇聚作用必须加入到考虑范围之内。
综合考虑环境监控的具体应用环境及需求，一般来说可以从下面几点来衡量：网络生存周期,评价环境监测网络的关键就是它的生存周期长度；在数据传输过程中的平均能量消耗。如果能源使用在一次的传输数据中减少了，那么它的网络生存时间就会随之增加；无论网络能量平衡与否，网络能量平衡在环境监控中都占据着重要的地位。它与网络是否可以涵盖全部的监测区域以及是否将数据的汇聚作用纳入考虑范畴息息相关；考虑数据采集效果。在环境监测应用。在环境监控应用的过程中，这种数据流向特点很明显。
1.2 系统结构
系统结构如图1所示，主要包括四个部分：传感器、微处理器和存储器、执行机构以及无线通信模块。
图1 系统结构
1.3 传感器监控应用
在环境监控中应用的传感器主要有以下方面：
（一）漏气测量传感器节点
利用气敏元件可以测量不同种类、不同浓度的气体。可以测量空气中的液化气、丁烷、甲烷、酒精等气体。图2为其一般应用框图。
图2 气体监控原理图
（二）空气质量传感器节点
利用空气质量传感器可以对空气中的各种污染源（甲醛、笨、甲苯、香烟一氧化碳等）做出检测，并将其转化相应的电信号。原理如图2。
（三）其他节点
还有传感器节点包括：温湿度传感器节点、火警测量节点、漏水测量节点。这些节点构成了整个监控体系的基础，
此外微处理器和存储器可以采用ARM或者DSP架构的处理器。系统的控制流程：控制器采用轮询的方式采集各个传感器节点的数据，然后对采集后的数据进行分析处理，最后做出判断并对执行器发出相应的控制信号。传感器节点收到呼叫信息时进行信息采集或者控制输出，否则进入低功耗的接受状态。系统中采集节点仅仅负责对环境信息的采集和传输，信息的处理均有系统的控制器来完成，这种结构有利于减轻采集节点的功耗和成本，有利于节点的广泛布置。
2Zigbee组网的应用
Zigbee数据无线监控系统是采用了Zigbee 无线传输技术，针对环境监控数据的需求专门的应用系统。一种能够稳定的对环境监控需要的数据信息做实时采集，所有数据信息都能通过无线方式传输，无需在现场拉线的监控系统。能使监测的信息通过更快捷的方式在更大的区域内得到有效的集中搜集和处理，发现故障报警能随时解决。应用系统功能有：实时记录功能——连续如实的采集和记录监测如气体难度、温度、湿度等各项参数情况，以数字和图形方式进行实时显示和记录监测信息； 远程联网功能——通过本地的宽带接口，所监控区域可以自动发送环境参数到监控主机上，由此监控人员可以随时随地了解所监控区域的情况； 内网监测功能——局域网内的办公用户在经过授权后，可以读取监控主机上的实时数据，实现远程的监测；数据统计分析功能 ——实时显示或者历史显示监测区域的各参数曲线变化，可以同时显示多个不同区域的环境参数曲线，更易于分析比较；数据存储功能——所有的数据采集和记录都到主机上，数据可以按照使用人员的要求定时自动保存、备份、打印、归档等；打印/报表功能——自动定时打印（可选择逐行或逐页）和手动人工打印（包括画面、曲线、参数及报表）；用户分级管理——当需要对多个区域进行集中监控时，严格的密码授权制度和用户分级制度为用户提供了一个总监控管理平台，以保证只有授权的工作人员才可进行相应的管理和操作。
3 小结
本文基于笔者的经验简要分析了无线传感器网络在环境监控系统中的应用，随着信息化社会的不断改进，这一技术应用在环境监控中的作用将越来越大。