第十一章 无线传感器网络的应用.ppt
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第十一章 无线传感器网络的应用.ppt
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无线传感器网络技术及其应用,第11章无线传感器网络的应用,11.1,11.2,无线传感器网络在农业中的应用,无线传感器网络在智能交通的应用,基于无线传感器网络的医疗健康护理系统,11.3,11.4,基于无线多媒体传感器网络的智能家居系统,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.1应用背景描述传感器网络的出现为农业各领域的信息采集与处理提供了新的思路和有力手段。
借助这种技术手段,能够实时提供土壤温湿度、空气变更、酸碱度、二氧化碳浓度,动植物病虫害信息、生长信息,农作物灌溉情况等,这些信息帮助人们及时发现农业生产中的问题,使农业有可能渐渐地从以人为中心,转向以信息和软件为中心的生产模式。
1,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.1应用背景描述2006年,澳大利亚CSIRO研究中心开发了基于无线传感器网络的智能农场,利用网络和GPS定位设备监视和了解奶牛的行为,建立在不同环境下的奶牛行为模型。
同时,该中心采用10个微气候节点用于昆士兰大学的温室育苗,利用节点监测空气和土壤温湿度、光合作用有效辐射情况,从而采用Fleck的控制功能来控制喷雾等设备,达到优化作物生长环境的目的。
2,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.1应用背景描述2007年,美国GrapeNetworks为加州中央谷地区的农业配置了“全球最大的无线传感器网络”。
该网络覆盖了50多英亩地,配置了200多个传感器,通过网络传送葡萄园的关键数据,包括精确的传感器模块位置、温度、湿度和光线。
3,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.1应用背景描述北京市科委计划项目“蔬菜生产智能网络传感器体系研究与应用”正式把农用无线传感器网络示范应用于温室蔬菜生产中。
在温室环境里单个温室即可成为无线传感器网络的一个测量控制区,采用不同的传感器节点构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等,来获得农作物生长的最佳条件,为温室精准调控提供科学依据。
最终使温室中调控符合标准化、数字化和网络化的特征,从而达到增加作物产量、提高经济效益的目的。
4,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,1.农业检测中的传感器网络体系结构,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术1.农业检测中的传感器网络体系结构在一定的区域中部署大量的无线传感器节点,在不同的监控区域范围内形成一个传感器网络,将感应到的数据通过网关节点经传输网络发送到数据处理中心,研究员可以通过网络终端对数据进行访问或者对基站发出指令,对传感网进行重新部署。
5,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术2.节点无线传感器网络节点的要求:
体积小、异构性、精度高、生命周期长。
类型包括:
空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、土壤含水量传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器等。
6,11.1,无线传感器在农业中的应用,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术3.能量管理部署在传感器网络中不同位置的节点对能量的消耗也不尽相同,网络边缘的节点主要能量用于感知环境数据,靠近基站节点需要能量转发大量数据包。
7,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,节点操作与耗能关系表,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术3.能量管理为了节省能量,在发生传感任务时,只有相邻区域的节点处于传感通信状态,其余节点不需要传感和转发数据包,应当关闭无线通信系统,使其休眠节省能量。
8,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术4.数据采集环境监测应用的目的是对复杂的实际环境情况进行及时准确有效的采集,并将采集到的数据发送给研究人员进行分析研究。
在无线传感器网络中,靠近基站的节点要为其他节点转发数据,能量消耗较大,边缘节点只要进行数据收集,能耗较少,所以边缘节点应当采取一定的算法对数据进行融合,降低通信量,校正采样数据之后再进行发送。
9,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术4.数据采集通过同一个监测对象的多个传感器信息的融合,可以有效地提高所获得信息的精确度,对单个节点报告的错误信息也可以被简单排除。
网内数据融合在一定程度上减少了需要传输的数据量,减轻了网络的压力,降低了延迟,能够提高无线信道的利用率。
10,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术5.通信机制通信机制包括路由协议、MAC协议及通信部件的控制访问机制等。
路由协议负责将数据分组从源节点通过网络发送到目的节点,寻找源节点和优化节点间的路径,将数据分组沿优化的路径正确转发。
11,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术5.通信机制MAC协议决定无线信道的使用方式,在节点间分配有限的通信资源,MAC协议为减少能耗,常采用侦听/睡眠交替的使用策略。
12,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.2无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术6.远程控制远程任务控制主要是在对环境监控一段时间后,调整网络的任务,这需要向基站发出命令,基站通过发送广播消息发出指令。
还要对节点的能量、通信等状况进行监控,不断进行任务调整,延长传感器网络的使用寿命。
13,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1.3面向智能化温室种植的无线传感器网络监测系统1.无线温湿度传感器无线温湿度传感器由温湿度采集传感模块和无线通信模块组成。
14,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,1.无线温湿度传感器,11.1.3面向智能化温室种植的无线传感器网络监测系统,瑞士Sensirion公司研制的SHT11型智能化温/湿度传感器其外形尺寸仅为7.5mm5mm2.5mm,体积与火柴头相近SHT11将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、二线串行接口全部集成于芯片内,体积小,使传感器具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强等优点,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,1.无线温湿度传感器,11.1.3面向智能化温室种植的无线传感器网络监测系统,MC13213是Freescale公司开发的一款SOC芯片,它主要由微处理器和射频模块两部分组成,11.1.3面向智能化温室种植的无线传感器网络监测系统1.无线温湿度传感器无线温湿度传感器可以由SHT11和MC13213构成,采用ZigBee协议栈组织数据传输网络,并将温湿度信息通过中心节点,发送至监测服务器。
15,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,2.系统方案,11.1.3面向智能化温室种植的无线传感器网络监测系统,面向智能化温室种植的无线传感器网络体系结构左图所示,感知节点、汇聚两类节点,协同工作,共同完成监控任务,11.1,无线传感器网络在农业中的应用,2.系统方案,11.1.3面向智能化温室种植的无线传感器网络监测系统,左图为传感器节点与服务器通信流程。
无线传感器网络的中心节点通过串口与监测服务器连接。
监测软件调用串口控件,与中心节点进行通信。
各监测点每2min采集一次温湿度信息,并通过无线传感器网的其他监测点和中继节点发送至中心节点,服务器软件收到各个监测点的温湿度数据后,与正常阈值对比,如果发现有异常发生,即可在300ms内通过中心节点送报警号到异常监测点,第11章无线传感器网络的应用,11.1,11.2,无线传感器网络在农业中的应用,无线传感器网络在智能交通的应用,基于无线传感器网络的医疗健康护理系统,11.3,11.4,基于无线多媒体传感器网络的智能家居系统,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.1应用背景概述智能交通系统(IntelligentTransportationSystem,ITS)是指将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术、计算机处理技术等应用于交通运输行业从而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统,它使交通基础设施能发挥最大效能。
1,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.1应用背景概述ITS应用的传感器可分为侵入式传感器和非侵入式两种方式。
侵入式交通参数信息采集传感器的安装、维修和维护会暂时影响正常的交通,已经部署好的监测系统容易受到修路或重新铺路的影响。
侵入式传感器包括线圈传感器、移动称重传感器、磁力传感器、压电传感器等非侵入的安装、修理和维护等对交通影响较小,包括红外线传感器、超声波传感器、微波传感器、视频传感器等,2,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.2采集传感器选择无线传感器节点包括负责信号采集的传感器模块、处理器模块和无线通信模块。
为确保交通信息传感器能满足应用的需要,以下几个方面要考虑到。
所需的数据类型、数据取值范围及数据精度。
交通信息传感器的监测区域、可监测的车道数及安装调试要求。
3,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.2采集传感器选择道路几何线形和结构、道路材料、建筑物、树木及气象条件对信号获取和传输的干扰。
数据传输的需要。
交通信息传感器寿命周期的花费,包括购买费用、安装和维修保养费用。
传感器的安装位置。
4,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.2采集传感器选择1.传感器输出特征
(1)车辆计数值的检测在交通量较小的情况下,感应线圈检测器、磁力传感器、视频图像检测器和微波雷达适用于车辆计数值的检测;在交通量较大的情况下,感应线圈检测器、视频图像检测器和微波雷达适用于车辆计数值的检测。
5,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.2采集传感器选择1.传感器输出特征
(2)车辆出现的检测车辆出现的检测与车辆计数值的检测类似,都是交通检测器“感知”其检测区域上存在的车辆,并产生相应的信号。
由于车辆出现的检测强调对静止车辆的检测,则在检测原理中需要车辆运动才能实现车辆检测的交通检测器,如磁力检测器(感应式或探测线圈式磁力计)和多普勒微波雷达不能实现车辆出现检测。
6,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.2采集传感器选择1.传感器输出特征(3)对车速的检测多普勒雷达则不同,它根据多普勒效应直接由频率变化算得车速值,精度较高(误差范围为3km/h),是进行车速检测的首选。
7,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.2采集传感器选择1.传感器输出特征(4)占有率的检测这里指时间占有率,即检测器检测区域上存在车辆的时间占总检测时间的比率。
占有率的检测受检测器的保持时间和检测器的检测区域大小的影响。
因此,如果交通控制或交通管理措施需要采集占有率数据,则沿所监测路段安装的检测器应是同一型号的。
8,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.2采集传感器选择1.传感器输出特征(5)车辆分类视频图像检测器分析视频图像以获取车辆的长度、轮廓特征,可实现车辆分类。
作为传统的交通检测器,感应线圈检测器技术较为成熟,且有广泛的实践经验,在车辆计数、车辆分类方面的精度和准确度较高。
9,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.2采集传感器选择2.环境因素及经济因素感应线圈检测器的应用最为广泛,可以动态检测大部分交通流信息,而且只要安装、操作和维护适当,检测性能也非常好;地埋型检测器对车辆压力和温度敏感,且当交通流中车辆类型变化较大时,准确度会降低;微波雷达检测器对恶劣天气不敏感,可全天候工作;主动式红外线检测器会受能见度的影响;被动式红外线检测器会受大雨、大雪或浓雾天气的影响;,10,11.2,无线传感器网络在智能交通中的应用,11.2.2采集传感器选择2
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- 第十一章 无线传感器网络的应用 第十一 无线 传感器 网络 应用
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