基于无线传感器网络的数据采集系统研究

发表时间:2021/4/20   来源:《基层建设》2020年第29期   作者:舒敏 唐永兵
[导读] 摘要:随着数据技术的蓬勃发展,无线传感器网络数据存储、整合和分析处理面临大的发展机遇,从而使得无线传感器网络有可能向更全面、更实时的方向演进。
        中石化西南石油工程有限公司地质录井分公司  四川绵阳  621000
        摘要:随着数据技术的蓬勃发展,无线传感器网络数据存储、整合和分析处理面临大的发展机遇,从而使得无线传感器网络有可能向更全面、更实时的方向演进。通过无线传感器网络数据融合技术来对于大量的数据进行分析处理有利于实现数据的共享使用,从而能够提升数据的应用价值。
        关键词:无线传感器;网络数据;融合
        1无线传感器技术分析
        1.1无线传感器网络的结构
        在WSN中,监控环境中的传感器节点通过多跳中继将数据传输到汇聚节点。其规模相对较大,由几个集群组成。在群集中选择节点,所有节点构成汇聚节点的骨干网络。集群中的节点将收集的数据发送到集群节点。节点通过骨干网络将数据发送到汇聚节点。最后,整个区域的数据通过互联网或卫星传输到远程监控中心进行集中处理。
        1.2无线传感器网络的特性和应用
        (1)功耗低,实现简单。这是其最重要的特性。该标准引入多种节能机制,最重要的是“超帧模式”,允许设备在没有数据传输的情况下进入休眠状态。(2)成本低。该标准的设备成本,安装成本和维护成本较低。器件可在标准电池供电条件下工作,无须充电。该标准内部可配置,降低维护费用。(3)单个网络能容纳节点密度更高。ZigBee通过使用该标准的物理层和控制层,支持几乎任意数量的设备,这对于大规模传感器阵列和控制尤其重要。
        2总体系统设计
        无线传感器网络定义三种类型的节点从网络逻辑的角度:PAN协调器,协调器和终端节点;PAN协调器贯穿整个网络,它通常在网络初始化时实现。协调器由网络中的数目决定,它承担网络维护的功能。终端节点一般是网络应用的终端节点,它的功能相对简单,使用量大,能耗和成本最低。PAN协调器节点与温度和湿度传感点、终端节点的连接发挥着重要的作用。网络拓扑结构为星型,在星型拓扑结构中,所有的设备间的通信都相互建立在PAN协调器上。
        基于ZigBee网络的数据采集系统主要包括三个部分,分别是终端数据采集节点、承担数据传输的中继节点和监控软件。其中终端数据采集节点和中继节点在ZigBee网络的底层实现。终端数据采集节点对应ZigBee网络的温、湿度等实际传感节点,由终端数据采集节点和数据汇集点形成网状网络,监控软件的主要功能是实时监测ZigBee网络,并接收节点采集到的数据。终端节点采集信息数据,并通过数据采集点发送字符串给GPRSDTU。GPRSDTU接收TCP数据包,并发送到实时显示监控软件,基于ZigBee网络的数据采集系统的结构。
        ZigBee网络既包括终端节点,又包括数据采集接点。数据传感点由电池供电,数据采集节点需要稳定的电源。端点节点由温、湿度数据和仪器数据感知,ZigBee传输无线功率监控点处理。为了反映终端节点和起始节点之间的关系,每个终端采集节点和数据汇总节点通过一个线段连接到网络。当终端节点申请加入或脱离网络时,在监控软件界面也将显示。经过TCP/IP网络接收到的数据中包含得分网络地址和网络类型,终端节点同时发送数据和数字字段。经过解析数据,提取并存储网络地址和对应的终端节点模式。运行于服务器的监控软件可以对无线传感器网络节点进行管理和配置,并启动监控任务,接收和处理监控数据。用户界面是提供监测终端和无线传感器网络的汇聚节点之间的接口。数据库存储各种类型的传感器数据,并提供相应的增加、查询、删除、调度、分析等功能。
        3采集数据分析
        启动该系统定期或实时采集温度、湿度等数据,并对采集到的数据存储、分析和可视化显示。在系统数据采集阶段,首先,传感器节点采集到的温度、湿度等与设定值比较,判断节点附近的环境条件是否满足,汇聚节点的监控终端显示报警。监控终端可以先用来保存分布图、计算节点的异常原因、收集所有的数据。工作期间,负责数据传输的节点将发送启动指令到传感器节点,并开始连续采集温度和湿度等数据,然后汇总、分析并实时显示在服务器的监控终端软件上。由6个节点温、湿度传感器在一定的时间收集的数据如表1所示。最大值和最小值之间存在一个2°的距离,比单点捕获更准确,而且每个待测点的待测数据也不相同。系统的数据通信图如图1所示。
 
        图1基于ZigBee网络的数据采集系统结构
        表1数据采集值
        4结束语
        随着计算框架的进步,目前在金融、互联网广告等领域兴起的流式计算,具备能处理近期数据多、更新算法模型快、分布可扩展能力强的特点。但无线传感器网络场景跟流式计算的结合,除少数互联网巨头内部有一定程度的探索,国内外尚无实质的落地。但众多中大型传统企业,在向互联网+延伸时对无线传感器网络时效有广泛需求。
        参考文献
        [1]韦然.无线传感器网络节点设计及对抗[D].西安:西安电子科技大学,2012.
        [2]柴继超.无线传感器网络节点故障诊断方法研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2019.
        [3]金开军,李疆.基于无线传感器网络的数据采集系统研究[J].现代电子技术,2017,40(10):72-74+78.

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