促进信息家电设备更加智能


无线传感器网络的逐渐普及，促进了信息家电、网络技术的快速发展，家庭网络的主要设备已由单一机向多种家电设备扩展，基于无线传感器网络的智能家居网络控制节点为家庭内、外部网络的连接及内部网络之间信息家电和设备的连接提供了一个基础平台。


在家电中嵌入传感器节点，通过无线网络与互联网连接在一起，将为人们提供更加舒适、方便和更人性化的智能家居环境。利用远程监控系统可实现对家电的远程遥控，也可以通过图像传感设备随时监控家庭安全情况。利用传感器网络可以建立智能幼儿园，监测儿童的早期教育环境，以及跟踪儿童的活动轨迹。


无线传感器网络利用现有的互联网、移动通信网和电话网将室内环境参数、家电设备运行状态等信息告知住户，使住户能够及时了解家居内部情况，并对家电设备进行远程监控，实现家庭内部和外界的信息传递。


无线传感器网络使住户不但可以在任何可以上网的地方，通过浏览器监控家中的水表、电表、煤气表、电热水器、空调、电饭煲等及安防系统、煤气泄漏报警系统、外人侵入预警系统等，而且可通过浏览器设置命令，对家电设备远程控制。


无线传感器网络由多个功能相同或不同的无线传感器节点组成，对一种设备进行监控，从而形成一个无线传感器网络，通过网关接入互联网系统，采用一种基于星形结构的混合星形无线传感器网络结构系统模型。传感器节点在网络中负责数据采集和数据中转节点的数据采集，模块采集户内的环境数据，如温度、湿度等，由通信路由协议直接或间接地将数据传输给远方的网关节点。


目前，国内外主要研究无线传感器网络节点的低功耗硬件平台设计和拓扑控制、网络协议、定位技术等。以检测光线强度的传感器为例，实现了一个无线传感器网络，根据传感器所检测的光线强弱来关闭或开启指示灯。


在无线传感器网络中，普通节点将它采集的光强度数据发送给网络协调器，网络协调器将含有控制变量的数据帧发送给带有指示灯节点的同时，还可以通过串口将光强度数据传送给计算机。通过安装在计算机上的后台软件，可以看出光强度信号的变化。通过遮盖光强度传感器可以改变采集到的光强度数据，当光强度比较低时曲线下降，反之曲线上升。


这种传感器网络综合了嵌入式技术、传感器技术、短程无线通信技术，有着广泛的应用。该系统不需要对现场结构进行改动，不需要原先任何固定网络的支持，能够快速布置、方便调整，并且具有很好的可维护性和拓展性。

基于无线传感器网络的海洋水环境监测系统的设计


本系统中无线传感器网络硬件中的Zigbee通信模块采用低功耗高性能的无线网络模块CC2420来实现，它工作在**通用的2．4GHz频段。CC2420是一款符合IEEE802．15．4标准的射频收发器，性能稳定且功耗较低。CC2420的选择性和灵敏度指数**过IEEE802．15．4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性，利用此芯片开发的无线通信设备支持数传速率高达250kb／s，可实现多点对多点的快速组网。 CC2420发送数据时，使用直接正交上变频。基带信号的同相分量和正交分量直接被DAC转换为模拟信号，通过低频滤波器，直接变频到设定的信道上，再由天线发射出去。
CC2420只需要较少的外围电路，包括时钟电路、射频I／O匹配电路和微控制器接口电路三部分。芯片本振信号既可由外部有源晶体提供，也可以由内部电路提供。由内部电路提供时需要外加晶体振荡器和两个负载电容，电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。例如当采用16MHz晶振时，其电容约为22pF。射频I／O匹配电路主要用来匹配芯片的输入／输出阻抗。CC2420与微处理器的连接非常方便，它使用SFD、FIFO、FIFOP、和CCA四个引脚表示收发数据的状态；微处理器通过SPI接口与CC2420交换数据、发送命令等。
CC2420收到物理帧的SFD字段后，会在SFD引脚输出高电平，直到接收完该帧。如果启动了地址辨识，在地址辨识失败后，SFD引脚立即转为输出低电平。FIFO和FIFOP引脚表示接收FIFO的缓存区状态，如果接收FIFO缓存区有数据，FIFO引脚输出高电平；当接收FIFO缓存区为空，FIFO引脚输出低电平；当FIFO引脚在接收FIFO缓存区的数据**过某个临界值时，或在CC2420接收到一个完整的帧以后输出高电平临界值时，可以通过CC2420的寄存器设置。CCA引脚在信道上有信号时输出高电平，它只在接收状态下有效，在CC2420进入接收状态至少8个符号周期后，才会在CCA引脚上输出有效的信道状态信息。
SPI接口由CSn、SI、SO和SCLK引脚组成，微处理器通过SPI接口访问CC2420内部寄存器和存储器。在访问过程中，CC2420是SPI接口的从设备，接收来自微处理器的时钟信号和片选信号并在微处理器的控制下执行输入／输出操作。SPI接口接收或者发送数据时，都与时钟下降沿对齐，CC2420与MSP430F149是通过SPI连接的，其中MSP430F149处于主模式，CC2420处于从模式。MSP430F149还有4个I／O口与CC2420相连，主要起查询CC2420状态的作用。
电源管理模块为传感器单元、处理器单元、无线通信模块提供能源，并对电源进行管理，以提高能量的利用率。
螺旋桨式风速传感器工作原理


我们知道电扇由电动机带动风扇叶片旋转，在叶片前后产生一个压力差，推动气流流动。螺旋浆式风速计的工作原理恰好与此相反，对准气流的叶片系统受到风压的作用，产生一定的扭力矩使叶片系统旋转。通常螺旋桨式速传感器通过一组三叶或四叶螺旋桨绕水平轴旋转来测量风速，螺旋桨一般装在一个风标的前部，使其旋转平面始终正对风的来向，它的转速正比于风速。
风杯式风速传感器工作原理
风杯式风速传感器，是一种十分常见的风速传感器，较早由英国鲁宾孙发明。感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成。空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。





当风从左方吹来时，风杯1与风向平行，风对风杯1的压力在较直于风杯轴方向上的分力近似为零。风杯2与3同风向成60度角相交，对风杯2而言，其凹面迎着风，承受的风压较大;风杯3其凸面迎风，风的绕流作用使其所受风压比风杯2小，由于风杯2与风杯3在垂直于风杯轴方向上的压力差，而使风杯开始顺时针方向旋转，风速越大，起始的压力差越大，产生的加速度越大，风杯转动越快。
风杯开始转动后，由于杯2顺着风的方向转动，受风的压力相对减小，而杯3迎着风以同样的速度转动，所受风压相对增大，风压差不断减小，经过一段时间后（风速不变时），作用在三个风杯上的分压差为零时，风杯就变作匀速转动。这样根据风杯的转速（每秒钟转的圈数）就可以确定风速的大小。





当风杯转动时，带动同轴的多齿截光盘或磁棒转动，通过电路得到与风杯转速成正比的脉冲信号，该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实际风速值。目前新型转杯风速表均是采用三杯的，并且锥形杯的性能比半球形的好,当风速增加时转杯能迅速增加转速，以适应气流速度，风速减小时，由于惯性影响，转速却不能立即下降，旋转式风速表在阵性风里指示的风速一般是偏高的成为过高效应（产生的平均误差约为10%）



无线传感器技术使物联网变得更容易获得更高效率
识别系统集成和服务被认为是所有公司部署的较大机会，识别技术在物联网中应用将产生可观的收入。LPRS CS**手了解到使用要求，应用程序和较终用户，因此可以利用这项技术造福于所有人。


他们否部署无线传感器来监控以前**被监控过的关键资产，或使较终用户利用他们的劳动力获得更高的效率，**处理**任务而非普通任务和经常不需要例行的任务，增加价值的机会
当然，这项技术的应用需要克服一些挑战。


1、使用哪种无线技术，它能带来什么好处？


2、需要怎样的专业知识来设计和开发解决方案？


3、该使用什么后台系统？


4、要花费多少钱，需要多长时间？


5、**率（ROI）是多少？


LPRS CS公司总经理Nick Pummel说：“我们一次又一次地被问及这些问题，因此决定提供灵活的端到端解决方案，推出安全的云服务和控制和监控软件，用户不必为传感器寻找单独的合作伙伴。这和我们二十年前**过程完全相同，创造了易于使用并能**市场的easyRadio系列箱外无线收发器。”


传统的解决方案中，从一个独立的无线传感器提供到云连接的平台，产品系列让人眼花缭乱，组装一个完整系统的复杂性令人望而生畏。LPRS连接解决方案现在可以提供一个完整的软件包。


LPRS CS为客户提供一站式服务，提供无线传感器硬件连接和网络后台。他们基于云的解决方案具有无限的可伸缩性和快速部署能力，在概念验证和较终推出之间不会有太长的时间。


这给系统集成商和服务提供商提供了一个很好的机会，可以使用物联网技术而不必拥有电子、无线、云计算等更多的内部知识，较终意味着给客户带来更多的利润。


LPRS CS私有云平台提供安全的Web浏览器访问和易于使用的报表系统，用户可配置的警报引擎，安全且可扩展。典型的应用包括医疗、制冷监控、机房温度监控、博物馆温度监控，设施管理和家庭远程医疗。

网络安全*郭盛华：无线传感器网络的传输安全性
中国**网络安全*，中国“黑客”教父郭盛华曾说过:“如今，物联网传感器几乎无处不在，它们可以感知可能影响隐私的信息或泄露泄漏时无意的信息。特别是，无线传感器网络（后来称为WSN）广泛用于与健康监测，环境监测，家庭自动化相关的许多应用中。”
中国**网络安全*，中国“黑客”教父郭盛华曾说过:“如今，物联网传感器几乎无处不在，它们可以感知可能影响隐私的信息或泄露泄漏时无意的信息。特别是，无线传感器网络（后来称为WSN）广泛用于与健康监测，环境监测，家庭自动化相关的许多应用中。”
应用加密机制需要添加额外的位，因此需要额外的处理，额外的存储器和额外的能量（这是传感器寿命的重要资源）来传输这些位。应用它也会增加延迟和丢包。在应用此类算法时会出现其他问题，例如如何生成，传播，管理，撤销或分配密钥。


物理层安全访问


还有另一种替代方案，不使用加密技术来保护WSN节点之间的数据连接和传输。可以通过使用频率跳跃来提供物理层安全访问。这个想法是动态地改变一系列参数，如跳跃集（跳跃的可用频率），停留时间（每个希望的时间间隔）和跳跃模式（使用可用跳跃集的频率的顺序），以避免其他受体监听传输的数据。
能量，存储器和计算机处理的费用可能比使用密码术小，但这种机制的实现是复杂的，不灵活且安全性较低。


WSN中的安全线程


无线网络中的安全线程类似于有线网络中的安全线程，但是由于非制导传输介质，无线网络更容易受到攻击。当我们谈论WSN时，由于架构上的差异，WSN比普通无线网络更复杂。
​WSN通常具有命令节点或基站（集中式实体）。这可以使安全性更容易，但主要问题是节点和这些微小传感器上真正有限的资源。
军事领域的应用


在军事领域，由于WSN具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境。利用WSN能够实现监测敌军区域内的兵力和装备、实时监视战场状况、定位目标、监测核攻击或者生物化学攻击等。
辅助农业生产


WSN特别适用于以下方面的生产和科学研究。例如，大棚种植室内及土壤的温度、湿度、光照监测、珍贵经济作物生长规律分析与测量、葡萄优质育种和生产等，可为农村发展与农民增收带来较大的帮助。采用WSN建设农业环境自动监测系统，用一套网络设备完成风、光、水、电、热和农药等的数据采集和环境控制，可有效提高农业集约化生产程度，提高农业生产种植的科学性。


生态监测与灾害预警


WSN可以广泛地应用于生态环境监测、生物种群研究、气象和地理研究、洪水、火灾监测。环境监测为环境保护提供科学的决策依据，是生态保护的基础。在野外地区或者不宜人工监测的区域布置WSN可以进行长期无人值守的不间断监测，为生态环境的保护和研究提供实时的数据资料。


具体的应用包括：通过跟踪**鸟类等动物的栖息、觅食习惯进行濒危种群的研究;在河流沿线区域布置传感器节点，随时监测水位及水资源被污染的情况;在泥石流、滑坡等自然灾害容易发生的地区布置节点，可提前发出灾害预警，及时采取相应抗灾措施;可在重点保护林区布置大量节点随时监控内部火险情况，一旦发现火情，可立刻发出警报，并给出具体位置及当前火势的大小;可将节点布置在发生地震、水灾等灾害的地区、边远山区或偏僻野外地区，用于临时应急通信。
基础设施状态监测系统


WSN技术对于大型工程的安全施工以及建筑物安全状况的监测有积极的帮助作用。通过布置传感器节点，可以及时准确地观察大楼、桥梁和其他建筑物的状况，及时发现险情，及时进行维修，避免造成严重后果。
风速传感器的注意事项
风速传感器是可连续监测上述地点的风速、风量（风量=风速x横截面积）大小，能够对所处巷道的风速风量进行实时显示，是矿井通风安全参数测量的重要仪表。今天我就对其说一下风速传感器的注意事项，希望大家都能好好的浏览以下的内容。
注意事项


两个禁止：


1、禁止在可燃性气体环境中使用风速传感器，


2、禁止将风速传感器探头置于可燃性气体中。


七个不要：


1、不要拆卸或改装风速传感器;


2、不要将探头和风速计本体暴露在雨中;


3、不要触摸探头内部传感器部位;


4、不要将风速计放置在高温、高湿、多尘和阳光直射的地方;


5、不要用挥发性液体来擦拭风速传感器;


6、不要摔落或重压风速传感器;


7、不要在风速计带电的情况下触摸探头的传感器部位。


三个务必：务必按照使用说明书的要求正确使用风速传感器;在使用中，如遇风速传感器散发出异常气味、声音或冒烟，或有液体流入风速计内部，务必立即关机取出电池;风速传感器长期不使用时，务必取出内部的电池。


1、风向传感器从包装箱内取出后组装，注意点是：风成员沿箭头方向插入;*前后重量应调平衡、前后两翼板应与旋转轴线在同一平面内;指北杆与指北线应在同一方向。


2、传感器组件由风速传感器、风向传感器、传感器支架组成。组装时传感器应分别先连接各自的插件、再套装在支架套筒上，旋紧螺钉。


3、传感器工作电压通常为直流5伏，由于内装防雷器件，实际工作电压不得**6伏。
数据通信帧格式设置
同步头包括前导序列和开始帧分隔符，在CC2420中前导序列长度和开始帧分隔符是能设置的，默认值4字节和1字节，是符合IEEE．80 2．15．4协议的；物理头位为1字节，帧控制和序列号分别为2字节和1字节：地址和源地址共6字节，待发数据段长度为帧长度减去地址和帧校验序列。当MODEMCTRL0．AUTOCRC控制位置位时，这个帧校验序列自动产生2字节，并由CC2420硬件自动插入。
软件设计
本设计中，无线传感器网络是一个多路的自组织无线网络，可以实现自动组网，自动路由查询，自动数据采集与传输，软件设计上必须能够实现多跳自组织的功能。另外，传感器节点必须要求较低的功耗，而低功耗除了硬件设计上的低功耗外，更重要的是软件设计的低功耗。
此无线传感器网络终端在开机后首先进行自检，如果自检失败了，则进行硬件故障提示，而且自动关机。在自检通过后，进一步判断工作模式。传感器节点在自检通过后进入接入状态，如果接入失败则进入等待状态。处于等待状态的节点关闭射频收发器以节省功耗，当等待定时器溢出时，节点再次回到接入状态进行新的介入尝试。如果节点接入成功便转入业务状态。处于业务状态的节点，完成数据的采集与传输，对近节点数据的中继转发，新节点入网的介入确认等操作。节点为了实现低功耗，必须在业务状态(活动状态)与休眠状态之间轮换。
软件开发以IAR Embedded Workbench V2．10为平台，采用C语言编写。节点的MSP430系列单片机支持C语言程序设计。适用于MSP430系列的C语言与标准C语言兼容程度高，大大提高了软件开发的工作效率，增强了程序代码的可靠性、可读性和可移植性。软件编程的基本思想是：先对SPI、CC2420控制端口初始化，使能SPI、UART端口，使能ADC，开机后，就可以运行任务程序，实现接收或发送数据及命令了。
如何测量风速和风向，其实在古代很早就已经出现，*的诸葛亮借东风火烧壁，就是因为有效的掌握了风向和风速方面的知识，从而取得了军事的重大胜利。
作为一种对天气测量的设备，用来测量风的方向在大小的的风速传感器和风向传感器在各行各业也得到了广泛的应用，下面我们就看看这两种设备。





风向传感器





风向传感器是以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的一种物理装置。



通常风向传感器主体都采用*的机械结构，当风吹向*的尾部的尾翼的时候，*的箭头就会指风吹过来的方向。为了保持对于方向的敏感性，同时还采用不同的内部机构来给风速传感器辨别方向。通常有以下三类：





电磁式风向传感器：利用电磁原理设计，由于原理种类较多，所以结构与有所不同，目前部分此类传感器已经开始利用陀螺仪芯片或者电子罗盘作为基本元件，其测量精度得到了进一步的提高。





光电式风向传感器：这种风向传感器采用**式格雷码盘作为基本元件，并且使用了特殊定制的编码编码，以光电信号转换原理，可以准确的输出相对应的风向信息。
电阻式风向传感器：这种风向传感器采用类似滑动变阻器的结构，将产生的电阻值的较大值与较小值分别标成360°与0°，当*产生转动的时候，滑动变阻器的滑杆会随着**部的*一起转动，而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了。





风速传感器





风速传感器是一种可以连续测量风速和风量（风量=风速x横截面积）大小的常见传感器。



风速传感器大体上分为机械式（主要有螺旋桨式、风杯式）风速传感器、热风式风速传感器、皮托管风速传感器和基于声学原理的超声波风速传感器。


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