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无线传感技术

传感器

无线传感技术（Wireless sensor technology），起源时间为上世纪70年代，别名是传感器。

定义
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据颁布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。
技术发展
早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。
无线传感器网络是新一代的传感器网络，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。
技术特点
1、硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作颁布式信息处理的难题。
2、电源容量有限。为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，人工补充能量的方法已经不再适用。
3、无中心。在无线传感器网络中，所有节点的地位都是平等的，没有预先指定的中心，是一个对等式网络。各节点通过颁布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。
4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和份布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
5、多跳路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。
6、动态拓扑。WSP是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。
7、节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮和容错性。
8、传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电源进行数据传输，虽然省去了布线的烦恼，但是相对于有线网络，低带宽则成为它的天生缺陷。同时，信号之间还存在相互干扰，信号自身也在不断地衰减，诸如此类。
9、安全性问题。无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此，安全性在网络中至关重要。
基于无线传感技术的LED路灯设计
基于无线传感技术的LED路灯节能控制系统可以对LED路灯的开关状态进行实时的监控，同时检测和收集LED路灯的各个参数信息。LED路灯的各类参数信息(开关状态，电流、电压、亮度、温度等)经由LED路灯周边的无线传感节点实时的传输到监控中心。系统据此设计维修计划并发出警报，通知进行故障处理，节约了人力成本，提高了故障处理的效率，实现了路灯管理的智能化。
基于无线传感技术的LED路灯节能控制系统具有以下优势：①无线方式组网，不需要布线，扩展灵活，且不占用空间;②容易被采用，实施快捷方便，不影响道路环境;③监管高效便捷，设备故障处理效率高，降低了路灯的能耗。
基于无线传感技术的LED路灯节
能控制系统主要由监控中心、子网控制器和LED路灯监控器三个部分组成。
LED路灯监控器
LED路灯监控器的心脏是单片机，它负责数据的处理，是监控器的数据中心。电压、电流、温度传感器采集电流、电压、温度值，继电器则控制LED路灯的状态，然后将信息输送到单片机，单片机和Zigbee射频模块通信，向子网控制器报送LED路灯的各类参数，接受子网控制器的监控命令。
LED路灯监控器对开关状态及采集、亮度调节、电流、温度、电压采集等进行控制。LED路灯监控器分为外挂式和模块式，满足不同的使用需求。
子网控制器的设计
子网控制器位于监控中心和LED路灯监控器之间，分别以不同的方式与系统中心和路灯监控器通信。它运用Zigbee通讯协议，下达系统中心的命令，同时反馈LED路灯监控器的监控情况。子网控制器负责处理本子网内的所有事务，包括监控LED路灯监控器运行状态和控制信号、处理报警等。
单片机、GPRS/3G和Zigbee射频模块组成了子网控制器。单片机是子网控制器的核心。单片机接收监控中心的各类命令，上报LED路灯监控器的参数值。同时，它通过Zigbee射频模块来发送监控命令。
监控中心
监控中心的主要功能是对LED路灯监控器进行监控和远程数据访问，包括配置参数，发送监控命令、收集LED路灯的状态等。LED路灯照明时间和开关的设定可以随着路段日照情况和人车流量的变化而变化，既满足了照明的需要，也节约了能耗。监控中心的功能由以下几个模块来实现：
数据管理模块。数据管理模块主要进行数据的应用管理，是整个系统的核心。数据管理模块对系统的运行和配置数据进行管理，包括路灯监控器数据的管理、系统运行状态数据和其它配置数据的管理等。
主界面模块。主界面模块主要由监控管理、数据显示和控制面板等组成。将数据以图形化的方式形象直观地展示出来，为用户提供整个LED路灯的实时监控。同时，用户可根据自己的需求来配置和管理系统。
数据库模块。数据库模块主要负责系统的数据存储和操作。系统可以根据需要随时调用和回放数据库中存储的历史数据，为其他模块的功能执行和分析提供支撑。
用户管理模块。用户管理模块主要负责系统中用户账户的管理，包括账户的注册、登入和修改，不同用户权限的设定和授权，严格控制用户对系统的修改，实现系统运行的安全和稳定。
通信管理模块。通信管理模块主要负责通信接口的配置和管理，保证数据的通信。它是软件系统的对外接口，通过与底层中心控制的数据交互，最终实现用户对底层硬件的控制。
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