基于工业自动化的无线传感器网络的开发
Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
基于工业自动化的无线传感器网络的开发
李江威，陈海永，孙立雄，张军伟，任 华，梁 涛
（河北工业大学，天津３００１３０）
摘 要：提出了一种适合工业自动化的无线传感器的网络结构，设计了无线传感器网络的终端节
点模块以及工业现场常用的二次仪表的通信问题，实现了工业无线网络和有线网络的灵活配置、网关
节点的开发．解决了无线传感器网关节点与上位机之间关键的可靠通信问题，并开发了上位机的监控
组态软件．实验结果证实了提出的方法是有效的。
关键词：无线传感器网络；二次仪表；网关
中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—７７２０（２０１０）１３一Ｏ０５３—０４
Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ
ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
ＬＩ Ｊｉａｎｇ Ｗｅｉ，ＣＨＥＮ Ｈａｌ Ｙｏｎｇ，ＳＵ Ｌｉ Ｘｉｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎ Ｗｅｉ，ＲＥＮ Ｈｕａ，ＬＩＡＮＧ Ｔａｏ
（Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１３０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｗｅ ｐｒｉｍａｒｉｌｙ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｅｎｄ—ｎｏｄｅ ｍｏｄｕｌｅ，ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｃｏｍｐｌｉｅｄ ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ
ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｗｉｒｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｇａｔｅｗａｙ ｎｏｄｅｓ，ｓｏｌｖｅｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｇａｔｅｗａｙ ｎｏｄｅｓ ａｎｄ ｈｏｓｔ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａ ｍｏｎｉｔｏｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ ｔｈｅ
ｈｏｓｔ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｇａｔｅｗａｙ
无线传感器网络综合了现代传感器技术、微电子技
术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术
等多个学科，是新兴的交叉研究领域。它的出现引起了
全世界范围的广泛关注，被称为二十一世纪最具影响的
技术之一。随着研究的不断深入，无线传感器网络在环
境监测、军事应用、医疗监测和家庭应用等方面表现出
强大的生命力。近年来，人们开始日益关注无线传感器
网络技术在工业自动化和工业测控领域的应用，以便实
现大多数工业仪表和自动化产品都嵌入无线传输功能，
完成从有线到无线的过渡。无线方案的灵活性必将大大
简化工业自动化领域的监控网络的配置、维护等工作，
大大改善工厂的运行条件。
本文将采用ＴＩ公司的ＣＣ１１１０芯片实现无线传感
器的终端节点、路由节点及网关节点设计。并实现了终
＋基金项目：河北省自然科学基金（Ｆ２００９０００１１９）：河北工业大学博士启动 基金
《微型机与应用》２０１０年第１３期 端节点与传感器节点的接口设计以及终端节点与本地
的智能仪表或二次仪表之间的通信接口设计。为了无线
传感器网络系统能够与工业自动化领域的现有的技术
无缝连接，本文针对网关节点设计了常用的现场总线协
议。
１系统设计结构
图１是一个典型的工业用无线传感器网络示意图，
核心部分是低功耗的传感器节点ｆ可以使用电池长期供
电、太阳能电池供电，或风能、机械振动发电等），网络路 由器和无线网关ｆ将信息传输到工业以太网和控制中心，
或者通过互联网传输）。无线传感器网络中的终端节点
模块直接和各种各样的传感器节点相连接，通过路由节
点和网关节点把传感器的数据传输到上位机，以进行进
一步的数据处理。为了更方便地使用无线传感器网络把
工业现场的数据传递出来，图１中的工业用无线传感器
网络增加了传输智能仪表数据的能力，大大增强了方案
欢迎网上投稿ｗｗｗ．ｐｃａｃｈｉＨａ．ｃｏｉｎ
５３ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
图ｌ 工业用无线传感器网络
的灵活性。 由图１可以看出。多个传感器可以和本地的智能仪
表连接实现本地数据的显示等功能，并通过无线传感器
网络的终端节点把智能仪表采集到的多个传感器的数
据转发出去．这样就能够大大减少无线传感器网络中的
终端节点个数，更有效地利用终端节点。这种方案本质
上是通过智能仪表使用有线方式采集与本地相距较近
的几个传感器的数据，接着使用终端节点转发数据。可
见这种方案在实际应用中可以根据现场的实际情况，灵
活使用有线和无线的方案，使得系统配置更加灵活，能 够满足对各种传感器和二次仪表的数据输出和输入控
制命令，使得现有的工业网络无线化。
硬件模块主要分为终端节点发射模块、路由器模块、
网关模块三部分，如图１所示。第一部分为终端节点模
块，由传感器模块、数据处理模块、与其他单片机相连接
的通信接１３模块和发射模块组成。第二部分是路由器模
块．包括无线发射、单片机信号输入与输出电路。第三部
分是无线网关模块，包括无线信号接收与发射，无线接
收与无线接收端与ＰＣ机的通信电路。 从图１中可以看出，无线传感器网络的数据最终都
汇集到网关上，进而通过工业以太网传输给上位机，所
以网关和工业以太网的接口设计也非常重要。
２系统实现
２．１终端节点设计
终端节点的核心是片上系统ＣＣ１１１０芯片，ＣＣ１１１０
集成了支持３１５／４３３／８６８／９１５ ＭＨｚ射频收发芯片，性能可
达８倍标准８０５１性能的微处理器，以及３２ ＫＢ闪存、
４ ＫＢ ＲＡＭ。芯片运行温度范围为一４０℃～８５℃，电压为
２．０～３．６ Ｖ。能耗非常低，最低电流消耗为０．６ Ａ，最大
为３１ ｍＡ，而且可编程数据率范围从１．２ Ｋｂ／ｓ一５００ Ｋｂ／ｓ，
特别适合传送大批量数据【ｌ－ 。
无线传感器的终端节点如图２所示，终端节点模块
实现了三大功能：处理传感器的数据；与二次仪表通信，
处理二次仪表的数据：最后把相关的数据通过发送模块 发射出去。而且由图ｌ可以看到，作为终端节点的的单
片机必须带有两个串口，一个与网关通信用，另一个与
二次仪表进行通信。软件设备流程如图３所示。
————————］Ｙ 执行数据进程 图２终端节点及其相关模块 厂 ＿＿］
初始化各底层模块 二二］二二二 初始化串口ｆ３８４００） 二二＝＝［二
韧始化定时器（１ ｍｓ１
按照已经接入网、 络的设备编号检 苣数据是否收到ｊ 向ＰＣ机声明 加入设备编号
露 ，＜ ’ Ｎ
Ｎ Ｎ
图３ 软件设计流程图
由于在工业应用中，二次仪表占了很大的比重，所
以ＣＣ１１１０与二次仪表的通信及其相关的数据处理是一
个重要的部分。下面给出两者之间的通信接口设计。
２．２通信接口设计
２．２．１硬件连接 硬件连接方式可采用两种连接方式：串口的ＴＩ＇Ｌ电
平直接相连和ＲＳ一２３２相连。 如果采用串１：３的ＴＴＬ电平直接相连，ｒ兀１Ｌ电平信号
对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理
想的．首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对
于电源的要求不高且热损耗也较低；其次，计算机处理
器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而
１ＴｒＬ接口的操作恰能满足这个要求。
如果采用ＲＳ一２３２相连（简单的连接如图４所示），
接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因
为与１ＴｒＬ电平不兼容，故需使用电平转换电路才能与
《微型机与应用》２０１０年第１３期 Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
—ＲＸ × ＲＸ菱 次
一 ＴＸ鼍 仪ＴＸ 门 表 ＧＮＤ 上 ＧＮＤ机
图４ ＲＳ一２３２连接图
ｒＩＴｒＬ电路连接。而电平转换电路需要采用ＭＡＸ２３２。
根据两类单片机的实际情况可以灵活地选择这两 种通信接口方式，下面以ＴＴＬ直接相连为例介绍通信接
口的软件开发。 ２．２．２软件设计 无线单片机与二次仪表进行通信包括：无线单片机 的通信程序及二次仪表的通信程序。在编写程序之前，
制定双方的通信协议是非常重要的，否则将无法保证通 信数据的可靠性，从而失去通信的意义【 。约定其通信
协议如下： （１１串行通信波特率为３８ ４００ ｂ／ｓ；
（２）帧格式为：帧头０ｘ６８ＡＡ，１位起始位，／７，位数据
位，１位停止位，校验位； （３）无奇偶校验位； ｆ４１通信可以有中断传送方式和查询方式，这里采用 中断方式通信。
无线单片机与二次仪表通信流程图如图５和图６ 所示。 厂— ｆ——
设置波特率 启动定时器
Ｎ 墨！里三 苎ｌｉ ——二二 Ｉ发送请求信号１ —————Ｔ——— Ｙ
＜革再 蟊ｌｊ＞
Ｎ ｌ竺 ———————————————－—— 厂 ｔ
Ｙ 些兰 』 二次仪表校验与无 线单片机校验相比
接收正确吗？ —＼—／
发送错误标志
返回 Ｎ 设置波特率 启动定时器 生—————一 置串口工作方
——————±———一 开串行中断
！Ｉ：．．．．．．．．．．．．．一 等待
线单片机请求发
发送应答信号
校验和清零
发送并校验
兀 ，Ｎ ｝述兀Ｊ ， ————— ／
面＿］ 发送校验码 ｌ
线单片机接 正确吗呈，，
返回 图５ 无线单片机通信流程图 图６ 二次仪表通信流程图
《微型机与应用》２０１０年第１３期 ２．３网关节点设计
终端节点处理完智能仪表和二次仪表的相关数据
之后，通过发送模块发送数据，网关节点负责接收所有
终端节点发过来的数据，再把数据传送给上位机中，上
位机的监控软件ｆ如组态软件）对这些数据进行进一步
的处理ｆ如存储，图表显示，打印等）。这里有一个关键的
问题就是网关节点与上位机的可靠性通信问题。一般使
用成熟的现场总线模式来实现网关节点与电脑之间的
通信，如Ｍｏｄｂｕｓ总线协议。网关节点及其相关模块如图
７所示。
图７ 网关节点及其相关模块
２．３．１ Ｍｏｄｂｕｓ现场总线协议设计
Ｍｏｄｂｕｓ协议是应用于电子控制器上的一种通用语
言。通过此协议，控制器之间、控制器经由网络（例如以
太网１和其他设备之间可以通信。此协议定义了一个控
制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网
络进行通信的。它描述了控制器请求访问其他设备的过 程，如何回应来自其他设备的请求，以及怎样侦测错误
并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式［４－５１。
当在一Ｍｏｄｂｕｓ网络上通信时，此协议决定了每个
控制器需要知道它们的设备地址。识别按地址发来的消
无线传感器网络的基本原理与应用介绍
无线传感器网络的基本原理与应用介绍
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式无线传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的信息。它是物联网的关键组成部分，具有广泛的应用前景。本文将介绍无线传感器网络的基本原理和一些典型的应用场景。
一、无线传感器网络的基本原理
无线传感器网络由大量的无线传感器节点组成，每个节点都具有感知、通信和计算能力。这些节点可以感知环境中的各种参数，如温度、湿度、光照强度等，并将这些信息通过无线通信传输给其他节点或基站。无线传感器网络的基本原理包括以下几个方面：
1. 节点通信：无线传感器节点之间通过无线信号进行通信，可以采用无线电波、红外线等不同的通信方式。节点之间可以进行直接通信，也可以通过中继节点进行中转。
2. 路由协议：无线传感器网络中的节点通常是分布在广阔的区域内，节点之间的通信需要经过多跳传输。为了有效地传输数据，需要设计合适的路由协议，使数据能够通过最优的路径传输到目的节点。
3. 能量管理：无线传感器节点通常由电池供电，能源是限制无线传感器网络寿命的重要因素。因此，节点需要采取一系列的能量管理策略，如休眠、功率控制等，以延长网络的寿命。
二、无线传感器网络的应用场景
无线传感器网络具有广泛的应用场景，下面介绍几个典型的应用场景。 1. 环境监测：无线传感器网络可以用于环境监测，如空气质量监测、水质监测等。通过部署大量的传感器节点，可以实时监测环境中的各种参数，并及时采取相应的措施。
2. 物流管理：无线传感器网络可以用于物流管理，如货物追踪、温湿度监测等。通过在货物上部署传感器节点，可以实时监测货物的位置和状态，提高物流的效率和安全性。
3. 农业监测：无线传感器网络可以用于农业监测，如土壤湿度监测、气象监测等。通过在农田中部署传感器节点，可以实时监测农作物的生长环境，为农民提供科学的种植指导。
cc2530应用案例
cc2530应用案例
CC2530是一种符合802.15.4标准的无线收发芯片，常用于无线传感器网络和物联网设备。下面是一些基于CC2530的应用案例：
1. 无线传感器网络：CC2530适用于构建无线传感器网络，通过在各种环境中部署传感器节点，可以监测温度、湿度、压力、光照等参数，并将数据无线传输到主节点或数据中心进行分析和处理。
2. 智能家居：CC2530可以用于智能家居系统中的无线通信和控制，例如智能灯泡、智能插座等设备，实现远程控制、定时开关等功能。
3. 智能农业：通过在农田中部署传感器节点，使用CC2530将土壤湿度、温度、光照等数据无线传输到终端设备，实现智能化灌溉、施肥等农业管理。
4. 物流跟踪：CC2530可以用于物流跟踪系统，通过在物品上安装传感器节点，实时监测物品的位置、温度、湿度等参数，实现对物流过程的全程跟踪和管理。
5. 智能建筑：在智能建筑中，CC2530可以用于实现楼宇自动化、安防系统、照明系统等领域的无线通信和控制，提高建筑的智能化程度和节能效果。
6. 环境监测：CC2530可以用于环境监测系统，监测空气质量、噪声、水质等参数，并将数据传输到数据中心进行分析和处理，为环境保护提供科学依据。
7. 工业自动化：在工业自动化领域，CC2530可以用于实现机器设备间的无线通信和控制，提高生产效率和降低维护成本。
总之，CC2530作为一种低功耗、高性能的无线收发芯片，具有广泛的应用前景。通过结合具体场景和需求，利用CC2530的无线通信和低功耗特性，可以实现各种智能化和远程控制的应用。
无线传感器监测
无线传感器监测
无线传感器监测技术是一种通过无线网络连接传感器设备，实时采集和传输数据的方法。这种技术广泛应用于各个领域，包括环境监测、安防监控、工业自动化等。本文将从无线传感器监测的原理、应用场景以及未来发展方向等方面进行论述。
一、无线传感器监测的原理
无线传感器监测依靠无线网络连接传感器设备，将传感器采集到的数据实时传输到监测中心。其主要原理包括传感器采集、数据传输和数据处理三个环节。
传感器采集阶段，不同类型的传感器将根据监测需求采集环境中的各种参数，如温度、湿度、压力等。这些传感器将数据转换为电信号，并传递给无线传感器节点。
数据传输阶段，无线传感器节点将采集到的数据通过无线通信方式传输到汇集节点。无线传感器节点之间通过无线网络进行通信，构成一个覆盖范围广泛的监测网络。
数据处理阶段，汇集节点收集到传感器节点的数据后，对数据进行处理和分析，将结果发送给监测中心或进行本地存储。监测中心可以通过云平台或其他方式，对数据进行进一步分析和应用。
二、无线传感器监测的应用场景 1. 环境监测：无线传感器监测可用于空气质量监测、水质监测、土壤环境监测等。通过布置在环境中的传感器，可以实时监测各项环境参数，并及时采取措施进行调整和管理。
2. 安防监控：无线传感器监测技术在安防领域有着广泛的应用。通过布置在关键区域的传感器，可以实时监测入侵、烟雾、火灾等安全事件，并及时发出警报。
3. 工业自动化：无线传感器监测可以用于工业生产过程的监测与控制。通过安装在设备或生产线上的传感器，可以实时监测设备状态、工艺参数等，并进行远程控制和调节，提高生产效率和质量。
4. 健康医疗：无线传感器监测技术可以应用于健康监测和医疗领域。通过佩戴在身体上的传感器，可以实时监测人体生理参数，并及时提醒或报告异常情况，为医疗人员提供数据支持。
三、无线传感器监测的未来发展
随着物联网技术的进一步发展和应用，无线传感器监测将迎来更加广阔的发展前景。
基于WIA-PA的工业无线网关开发及实现
基于ＷＩＡ－ＰＡ的工业无线网关开发及实现李巧。等
基于ＷＩＡ—ＰＡ的工业无线网关开发及实现
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｇａｔｅｗａｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＷｌＡ—ＰＡ
李 纠 枫
（西南大学计算机与信息科学学院，重庆４００７１５）
摘要：从ＷＩＡ—ＰＡ工业无线网络的应用背景和意义出发，在详细分析ＷＩＡ—ＰＡ无线网络的体系结构以及网络通信要求的基础上，设 计了基于ＷＩＡ—ＰＡ的无线网关。该网关采用集射频与微控制器于一体的无线单片机ＣＣ２４３１和具有体积小、功耗低、集成度高等特点 的微型计算机嵌入式ＰＣ／１０４作为核心器件。详细介绍了ＷＩＡ—ＰＡ无线网关的硬件架构，简要分析了ＷＩＡ—ＰＡ无线网关的应用程序软 件设计。该网关实现了无线接发数据、管理无线网络内部节点以及与外部工业网络通信的功能。 关键词：ＷＩＡ—ＰＡ无线网关网关路由 ＣＣ２４３１ 微控制器 中图分类号：ＴＰ２１２ 文献标志码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ＷＩＡ—ＰＡ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ。ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＷＩＡ—ＰＡ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＣ２４３ １ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｃｔ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈｌｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＰＣ／１０４ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｇａｔｅｗａｙ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｄｅｖｉｃｅ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＷＩＡ—ＰＡ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｇａｔｅｗａｙ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ；ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ＷＩＡ—ＰＡ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｇａｔｅｒｗａｙ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ，ｍａｎａｇｅｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｎｏｄｅｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＷＩＡ—ＰＡ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｇａｔｅｗａｙ Ｇａｔｅｗａｙ ｒｏｕｔｅ ＣＣ２４３ １ Ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
无线传感器网络(WSN)的技术与应用
无线传感器网络（WSN）的技术与应用
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由若干个无线传感器节点构成的网络。每个传感器节点都具有感知、处理和通信功能，能够通过无线信号进行数据的传输和交流。WSN技术在近年来得到了广泛的应用和研究，其在环境监测、智能家居、农业、工业控制等领域具有重要的意义。
一、WSN技术的基本原理和特点
WSN技术的核心是无线传感器节点，它是由微处理器、传感器、无线通信模块和能量供应装置等组成。传感器节点可以感知周围环境的不同参数，例如温度、湿度、光照强度等，并将这些数据进行处理和存储。节点之间通过无线通信进行数据的传输，形成一个自组织的网络结构。
WSN具有以下几个主要特点：
1. 无线通信：WSN采用无线通信方式，节点之间可以通过无线信号传输数据，不受布线限制，能够灵活部署在不同的环境中。
2. 自组织性：WSN的节点具有自组织能力，可以根据网络拓扑结构和节点的状态进行自动组网，形成一个动态的网络结构。
3. 分布式处理：WSN中的每个节点都具有数据处理和存储的能力，可以进行分布式的数据处理，实现网络的协同工作。 4. 能量有限：WSN中的节点能量有限，需要通过能量管理或是能量收集技术来延长节点的寿命。
二、WSN的应用领域与案例分析
1. 环境监测：WSN可以用于环境参数的实时监测和采集。例如，在自然灾害预警系统中，通过部署大量的传感器节点，可以实时监测地震、洪水等灾害情况，为应急救援提供及时的信息。
2. 智能家居：WSN可以实现智能家居的自动化控制。通过部署传感器节点，可以实时感知室内温度、湿度等信息，并进行智能控制，实现温度调节、灯光控制等功能。
3. 农业领域：WSN可以用于农业生产的智能化管理。通过在农田、温室等地部署传感器节点，可以实时监测土壤湿度、温度等参数，并为农民提供农作物的生长状态和病虫害预警等信息。
4. 工业控制：WSN可以应用于工业生产过程的实时监测和控制。通过在生产线上部署传感器节点，可以实时获取机器状态、生产数据等信息，并进行远程监控和控制。
什么是zigbee网络_它的工作原理及应用
什么是Zigbee网络: 它的工作原理及应用
1. 简介
Zigbee是一种无线通信协议，它是基于IEEE 802.15.4标准开发的，用于低功率无线传感器网络（LP-WAN）。它的设计旨在为大规模的传感器网络提供低功耗、低数据传输速率和安全的通信解决方案。目前，Zigbee已被广泛应用于物联网、家庭自动化和工业控制系统等领域。
2. Zigbee网络的工作原理
Zigbee网络采用了星型拓扑结构，其中一个设备充当协调器的角色，其他设备连接到该协调器。Zigbee设备之间通过无线信道进行通信，在工作过程中，协调器负责网络协议的管理和数据的传输。
Zigbee网络使用低功耗的射频技术进行通信，工作频率通常为2.4 GHz，传输距离一般在10-100米之间，但可以通过增加中继器来扩展覆盖范围。
3. Zigbee网络的应用
Zigbee网络在多个领域有着广泛的应用，下面列举了一些主要的应用场景：
• 3.1 物联网
Zigbee作为物联网中的关键技术之一，广泛应用于智能家居、智能城市和智能农业等领域。通过连接多个设备，如传感器、执行器和控制器，Zigbee网络可以实现远程监控、智能能源管理和自动化控制等功能。
• 3.2 家庭自动化
Zigbee网络在家庭自动化中的应用越来越受欢迎。它可以连接各种设备，如智能灯泡、智能插座和智能门锁等，通过无线通信实现对家居设备的远程控制和智能化管理。
• 3.3 工业控制系统
Zigbee网络在工业控制系统中也有着广泛的应用。它可以用于监测和控制各种设备，如温度传感器、湿度传感器和压力传感器等。通过无线通信，工业系统可以实现实时监测和远程控制，提高生产效率和安全性。
• 3.4 智能健康监测
Zigbee网络还可以应用于智能健康监测领域。通过连接各种健康监测设备，如心率检测器、血压计和血糖仪等，Zigbee网络可以实时监测用户的健康状态，并将数据传输到医疗机构进行分析和处理。 • 3.5 环境监测
工业无线技术在流程工业自动化系统中应用的若干问题
— 姻无线披术 发震及其 壁应用
３０ ｆｌ■Ｔ■矗Ｅ
工业无线技术在流程工业自动化
系统中应用的若干问题
一引言
随着蓝牙、ＺｉｇＢｅｅ 等技术的发展，无线通信
技术以其在配置、安装、
修改和扩展等方面的优
势，迅速吸引了工业自动
化领域的关注。实际上， 作为一类针对某些特定应 本文作者冯冬芹先生
用、采用专用通信协议的无线传输方案
（比如，从早先的无线数传电台到如今的
ＧＳＭ、ＧＲＰＳ、ＣＤＭＡ等）早已投用，也
起到良好效果。工业无线技术是对现有
无线技术在工业应用方向上的功能扩展
和技术创新。
与有线通信技术相比，无线通信技
术具有以下一些优势：
（１）布线成本低。即无线节点安装
不需要专门的线缆与线槽，因而布线成本
低，维护方便。
（２）灵活性高、易用性好。使用无线
技术后，现场设备摆脱了电缆的束缚，从
而增加了现场仪表与被控设备的可移动
性、网络结构的灵活性以及工程应用的多
样性，用户可根据工业应用需求的变化快
速、灵活、方便、低成本地重构测控系统。
正因为如此，包括美国仪表、系统和
自动化学会（１ＳＡ）、ＨＡＲＴ基金会、欧盟
ＲＯＮＥＳ项目组等，以及中国的浙江大学、
中控科技集团、中科院沈阳自动化研究所
ｌＡ ＶＯＩ．１２ ｍＯ．１１ — Ｔ 面 冯冬芹
等国内部分单位均投入了一些
力量，研究开发工业无线技术。
它是继现场总线之后，工业控
制领域的又一个热点技术，也
被认为是未来几年工业自动化
产品新的增长点。
二工业应用中的常用
无线通信技术
一般来讲，工业应用中的常用
无线通信技术按距离与标准可分为：
ＷＷＡＮ（无线广域网，ＩＥＥＥ８０２．２２），
ＷＭＡＮ（无线城域网，如ＩＥＥＥ８０２．２０，
８０２．１６），ＷＬＡＮ（无线局域网，如
ＩＥＥＥ８０２．１１），ＷＰＡＮ（无线个域网／短程
网。如ＩＥＥＥ８０２．１５）。
正在发展的一些无线传输标准为：
（１）ＺＩｇＢｅｅ（１ＥＥＥ ８０２．１５．４）：它具有特
毕业设计175武汉理工大学基于无线传感控制网络的智能小车研制
武汉理工大学毕业论文（设计）
I 基于无线传感/控制网络的智能小车研制
——基于CC2420芯片的无线通讯模块设计
摘 要
当今的各种智能化控制系统均离不开数据信息的传输。其中，无线数据传输是区别于传统的有线传输的新型传输方式，系统不需要传输线缆、成本低廉、施工简单。将无线通讯芯片和单片机配上相应的无线通讯接口电路，就可以实现无线数据传输。本设计做的无线通讯接口电路是以无线收发芯片CC2420为核心设计的电路。本文介绍了无线通讯芯片CC2420的工作原理和主要特点，在此基础上设计了与MSP430的硬件接口电路。CC2420工作在从机模式，单片机工作在主机模式，通过SPI（串行外围接口）读/写CC2420缓冲器内的数据，同时给出了单片机控制CC2420工作所需的软件设计，分析了如何利用单片机的USART模块实现与CC2420的数据通讯以及CC2420的初始化配置问题。最后分析了发射程序和接收程序的编程思路，并编程实现收发程序的设计。
关键词：CC2420；MSP430；SPI；无线通讯；硬件和软件设计
武汉理工大学毕业论文（设计）
II Abstract
Today, all kinds of intelligent control system need data communications. Wireless data
communication system is a new data communication style. It need not communication cable ,
and is simple and cheap. Wireless data communication between the wireless communication
module and the single chip microcomputers is realized by wireless communication
对我国工业自动化中无线技术的研究
工业技术
Ｉ■ Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ
对我国工业自动化中无线技术的研究
毛允明
（青岛世纪华通信息科技有限公司 山东青岛２６６０７１）
［摘 要】无线技术起源于通信领域，但随着电子技术的发展，无线技术在工业自动化领域得到了发展和应用。无线技术的独特优势让它为工业发展开创
了新的领域，为工业现代化发展提供了新的动力。本文对无线技术进行了梳理，对Ｚｉｇｂｅｅ和超宽带技术进行了分析，并对未来的无线技术和工业自动化结合作出
了展望
［关键词］无线通信无线技术 前景展望
中圈分类号：Ｇ２５４．１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１０）３２—００２０－０１
１工业生产中涉及的无线通信技术
目前涉及到工业领域应用的无线通讯技术主要的划分其中一种方式是以
覆盖的距离为标准，包括：无线广域网，无线城域网，无线局域网，无线个域网／
短程网。此外，涉及到工业应用的无线传输标准有：（１）ＺＩｇＢｅｅ，其特征是耗电 少，技术简单，适合工业自动化和家庭用传感器网络的应用。（２）超宽带ＵＷＢ：
是由美国联邦通信委员会开放的无需申请的无线通信形式，特点是无射频载
波、成本低、能耗小、效率高，在低传输速率下，可用于小范围的位置感 知：（３）ＷｉＭａｘ：应用于住宅区、经营场所的区域性长距离链接，覆盖范围较广，
适合大型工业区。
２主要无线技术介绍
在工业自动化领域能够胜任的无线技术应当是稳定、低耗、高效的技
术形式，经过发展，ｚｉｇＢｅｅ技术和超宽带技术以其符合自动化的特性成为了为
工业自动化服务的无线技术的主要形式。下面就对这两种形式分别进行介
绍：
２．１ ＺｉｇＢｅｅ技术 ｚｉｇＢｅｅ是ＩＥＥ８０２．１５．４技术的商业名称。ｚｉｇＢｅｅ技术是一种近距离无
线传输的技术，技术较为简单、维持功率低、数据传输速率低，成本低，主要
适合自动控制和远程控制领域，其客户对象是小型廉价的工业设备的无线网络
无线传感器网络中的区域覆盖优化算法
无线传感器网络中的区域覆盖优化算法
随着无线传感器技术的发展，越来越多的无线传感器网络（WSN）被应用于工业自动化、环境监测、智能交通等领域。在这些应用中，区域覆盖是WSN中最基本的问题之一。由于无线传感器节点的电池寿命有限，因此如何合理地部署各个节点，以尽可能地延长网络的寿命，是WSN研究中的重要问题之一。
在过去的几十年中，大量的研究文献已经针对WSN中的区域覆盖问题提出了不同的算法。其中，最核心的问题在于如何实现区域覆盖的最优化。
一、 覆盖率的定义
覆盖率是指在WSN中节点的监测范围与网络监测区域的比值。在实际应用中，Wi-Fi热点、摄像头、无线电塔等节点需要实现对网络监测区域的全覆盖，以便实现网络的最优运行。
在WSN中，节点的监测范围是通过其感知能力决定的。当节点的感知范围内出现了传感器目标时，这个节点就达到了覆盖状态。在实际应用中，节点的覆盖状态往往是以监测目标的覆盖率来衡量的。
二、覆盖率的评估方式
在WSN中，节点覆盖率的评估通常采用两种方式：信号衰减法和概率模型法。
信号衰减法是指通过信号传输范围与距离的关系来计算节点的覆盖率。该方法主要根据节点的雷达感应能力来进行计算。
概率模型法则是通过考虑传感器节点的随机部署方式来计算节点的覆盖率。这种方法更适用于复杂环境下的应用，该方法可以通过节点覆盖概率的计算，得出节点的覆盖率。
三、覆盖优化算法 为了实现无线传感器节点的最优化部署，研究人员提出了多种区域覆盖优化算法。其中最常见的算法包括贪心算法、遗传算法、粒子群算法等。
（一）贪心算法
贪心算法是目前最为流行的节点最优化部署方法。这种算法的优点在于处理速度快、复杂度低。贪心算法的核心思想是将固定大小的感知半径转化为感知角度，通过仅考虑覆盖范围中的一个角度来实现节点的最优化部署。贪心算法最大的优势在于使节点数量减少到以前的一半，同时还能够保持覆盖率不降低。
（二）遗传算法
遗传算法是一种首先在计算机科学和人工智能领域中应用的算法，它可以通过进化过程生成最优解。用遗传算法来解决WSN中的最优节点部署问题，其基本思路是将一些初始的节点部署方式进行交叉和变异，直至生成最优的节点部署方案。