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无线传感器网络技术
无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络 覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。


无线传感器网络 （wireless sensor network）简称WSN，是一种由大量小型传感器所组成的网络。这些小型传感器一般称作sensor node（传感器节点）或者mote（灰尘）。此种网络中一般也有一个或几个基站(称作sink)用来集中从小型传感器收集的数据。


传感器节点是一种非常小型的计算机，一般由以下几部分组成：


1．处理器和内存（一般能力都比较有限）。


2．各类传感器（温度、湿度、声音、加速度、**定位等）。


3．通讯设备（一般是无线电收发器或光学通信设备）。


4．电池（一般是干电池，也有使用太阳能电池的）。


5．其他设备，包括各种特定用途的芯片，串行并行接口等（USB，RS232）。


无线传感器网络中的基站的作用是从各个传感器节点收集数据，集中处理然后提交给用户。因此，基站一般有更强的数据处理和通讯能力以及更持久的电力。


DL-WZXT无线传感器网络是新一代的传感器网络。DL-WZXT无线传感网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无...无线传感器网络 的详细介绍 DL-WZXT无线传感器网络 DL-WZXT无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常广泛的应用。

应变片式传感器工作原理及特性
1、电阻应变片工作原理


电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。


2、应变片的种类、材料及粘贴


金属电阻应变片的种类有丝式和箔式两种。


1）丝式：直径0．01～0．05mm，材料为胶膜、纸、玻璃纤维布等。



图1　金属电阻应变片的结构


2）箔式应变片：直径0．003~0．01mm





原理：它是利用照相制版或光刻腐蚀法将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形的应变片；


优点：


1）敏感栅尺寸准确，线条均匀；


2）其弯头横向效应可以忽略；


3）可通过较大的电流；


4）散热性好，寿命长；


5）生产效率高；


3、电阻应变片的特性


（一）电阻应变片主要特性：


1）灵敏系数


2）横向效应


3）机械滞后，零漂及蠕变


4）温度效应


5）应变极限、疲劳寿命


6）动态响应特性


（二）应变片的温度误差及补偿


由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。


1）电阻温度系数的影响


敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：


Rt=R0（1+α0Δt）　　　　　　　ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt


2）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。试件与电阻丝线膨胀系数不同时，产生附加电阻变化。





由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为：





可知，因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0,　α0,　βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。


通常温度误差补偿方法有两类：


1）线路补偿法







完全补偿：


①R3=R4;


②R1和RB相同;


③粘贴材料一样;


④同一温度场


2）应变片的自补偿法





则被测试件的线膨胀系数βg已知时，如果合理选择敏感栅材料,则达到温度自补偿的目的。


（三）应变片式电阻传感器的测量电路


直流电桥


直流电桥平衡条件


直流电桥电压灵敏度


电桥的非线性误差


直流电桥平衡条件：





交流电桥


交流电桥的平衡条件


交流应变电桥的输出特性及平衡调节


直流电桥输出电压很小，须放大但直流放大器易于产生零漂。





交流电桥平衡调节：





（四）电阻应变片的选择、粘贴技术


1）目测电阻应变片有无折痕．断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。


2）用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0．5欧姆．


3）试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。


4）应变片粘贴：在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。


5）焊线：用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。


6）用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。


7）应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮

无线传感器网络在禽舍中的应用
我国禽舍设施的现代化程度还不太高，与发达国家相比存在一定的差距。近年米在研究国外禽舍设施技术的基础上，我国的禽舍设施对微型计算机的应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段，向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。现有的禽舍监测系统中数据的采集火多采用传统的有线方式，需要铺设大量的信号传输线，既增加了更新维护的难度，又降低了监测的可靠性和操作的灵活性。随着射频技术的发展，无线技术越米越成熟，使禽舍环境实现无线监测成为可能，目前无线技术在国外的畜禽养殖中已得到应用。 1 禽舍采用无线监测的必要性 我国农业正在从粗放型向集约型转变，实现畜禽养殖的自动化与智能化已成一种趋势，无线传感器网络在禽舍环境监测中的应用顺应了时代的要求。无线传感器网络与传统的禽舍环境监控方式相比有三大优势：一是传感器节点的体积很小且整个网络只需要部署一次，因此减少r人为因素对禽舍环境的影响；二是传感器网络节点数量大，每个节点都可以检测到局部环境的详细信息并汇总到汇聚节点，因此传感器网络具有数据采集量大、精度高的特点；三是无线传感器节点本身具有一定的计算能力和存储能力，可以根据物理环境的变化进行较为复杂的监控，传感器节点还具有无线通信功能，可以在节点间进行协同监控。 节点的计算能力和无线通信功能使得传感器网络能够重新编程和重新部署，对环境的变化、传感器网络自身变化以及网络控制指令做出及时反应，因而传感器网络非常适用于禽舍环境的监测。 2禽舍环境监测应用的传感器网络结构 适用于禽舍环境监测的传感器网络结构见图1。传感器节点被大量部署在禽舍环境的监控区域内，自主形成传感器网络。传感器节点将检测到的数据传送到汇聚节点，汇聚节点负责将传感器节点传来的数据传送给终端。 传感器节点自主形成一个多跳网络，处于网络边缘的节点必须通过其他节点向汇聚节点发送数据。每个传感器节点都能检测禽舍环境的温度、湿度、光照等信息，也可以变换监测目标和监测内容。由于传感器节点具有计算能力和通信能力，可以在传感器网络中对采集的数据进行数据融合处理。这样可以减少数据通信量，节省传感器节点的能量。 2．1节点及节点部署 根据禽舍环境特点的要求，传感器节点需要满足体积小、精度高、生命周期长等的特点。目前使用比较多的是加州伯克利分校研制的Mote节点，即通过扩展板的方式带有一个**的传感器板，板上载有光照传感器、温湿度传感器以及大气压传感器等。 传感器节点在系统中负责完成两方面的工作：一是接收分析用户的监测指令，并根据指令中的参数要求对环境数据进行检测采集；二是通过无线系统将采集的数据发送到汇聚节点。汇聚节点主要负责接收传感节点传来的数据，调度传感节点的运行，实现采集数据的上传和用户指令的下发，汇聚节点是用户和传感节点信息传输的桥梁。汇聚节点除了具备与传感节点同样结构和功能的无线收发模块外，还具有功能强大的处理模块和大容量的存储模块。 如何在禽舍中布置传感节点，直接影响到整个系统的工作效率和投资成本。只有合理的布置节点，才能充分发挥系统高效率和低能耗的优势。关于节点布置的问题在不同的背景下已被研究。确定性布置和自组织布置是节点布置的两种方式。 禽舍中节点的部置还应考虑区域的覆盖和节点问的连接等问题。所谓的覆盖问题，就是我们所监测的目标区域内，都能被传感节点检测到，其实质就是在兼顾节点间通信的基础上，实现监测范围的较大化；每个传感节点都能与汇聚节点通信称为连接，如果系统中存在不连接的节点，某些子区域感测到的信息将成为无效信息。在温室中布置传感节点时，需要考虑有多少个传感节点负责某个参数的测量，决定数量后，要解决怎样准确布置这些节点才能够使得系统效率较高、能耗较低。 2．2节点能量管理 禽舍环境的监测是长时间的连续监测，这对节点能量的供应提出了很高的要求。在传感器网络中，节点对能量的使用是不同的，汇聚节点需要更多的能量接收和发送数据包，网络边缘节点会将能量主要用在数据的搜集上。因此节点在能量的消耗上出现了瓶颈问题。在应用中需要考虑能量消耗较快的节点，并采取一定的节点冗余措施以保证数据传输不会因为个别节点的失效而中断。表1给出了传感器节点操作及消耗电量的关系。 节点节省能量主要采用休眠机制，即当一个传感器节点有任务时，只有与其相邻区域内的传感器节点处于活动状态，其余的处于关闭状态。 2．3 s-MAC协议在禽舍无线传感器网络中的应用 设计无线传感器网络MAC协议时，应当考虑的属性有：节省能量、网络的可扩展性和网络效率。目前，在MAC协议的设计中，往往是通过降低网络的公平性，增加网络的延时、吞吐量，米换取协议的能量有效性。 S-MAC(sensor MAC)协议是在802．11MAC协议基础上，针对传感器网络的节省能量需求而提出的传感器网络MAC协议。S-MAC协议通过周期性休眠获得低占空比运行，通过选择和维护休眠调度表，使相邻节点组成休眠／唤醒自动同步的虚拟组，从而实现信息传输的同步，并减少控制开销。其特点是形成一个使相邻节点都能自由通信的平面拓扑结构，同步节点形成一个无簇内通信的虚拟组，很容易适应拓扑结构的改变。 假设通常情况下传感器网络的数据传输量少，节点协同完成相同的任务，网络内部能够进行数据处理和融合以减小数据通信量，网络能够容忍一定程度的通信延迟，既提供了良好的扩展性，义减少了节点能量的消耗。 无线传感器网络应用到禽舍中，建立禽舍无线监测系统，实现了对禽舍信息的无线采集和畜禽养殖业的自动化与智能化，对于提高畜禽的产量，具有重要的现实意义。同时它的发展和应用对现代科学技术产生了较其重要的影响，在*、医疗、环境监测、家庭自动化和其他领域具有广阔的应用前景。