導(dǎo)語：如何才能寫好一篇傳感器設(shè)計論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1.彈性元件的虛擬模型根據(jù)導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)，電阻的相對變化與應(yīng)變之間的關(guān)系。為了獲得電橋輸出與載荷的關(guān)系，需要構(gòu)建彈性元件的數(shù)學(xué)模型。電阻式傳感器的彈性元件結(jié)構(gòu)有圓筒式、柱環(huán)式、懸梁式和輪輻式四種基本類型，各種不同的結(jié)構(gòu)型式的彈性元件應(yīng)變ε與載荷F的關(guān)系如下所示。（1）柱筒式彈性元件其中E為彈性模量，A為橫截面積。（2）柱環(huán)式彈性元件其中R0為內(nèi)環(huán)半徑，b為柱環(huán)寬度，h為柱環(huán)厚度，E為彈性模量。（3）懸梁式彈性元件其中l(wèi)為有效長度，b為懸梁寬度，h為懸梁厚度，E為彈性模量。（4）輪輻式彈性元件其中b為輪輻條厚度，h為輪輻條寬度，G為剪切模量。將四種彈性元件類型設(shè)計在一個子VI中，通過操作“彈性元件類型”下拉列表進行選擇。

2.虛擬電橋模型電橋是目前常用的電阻式傳感器測量電路，整個電橋電路由四個橋臂組成，當(dāng)橋臂接入應(yīng)變電阻時則成為應(yīng)變電橋。當(dāng)有一個臂被接入應(yīng)變電阻時，被稱為單臂電橋；兩個臂被接入應(yīng)變電阻時則為雙臂電橋（也稱半橋）；四個臂均被接入應(yīng)變電阻時則稱為全橋。在橋路中均未接入應(yīng)變電阻時。

3.電阻屬性和接橋方式設(shè)計前面板（如圖1所示）上電橋部分的電阻屬性分為固定電阻、應(yīng)變電阻和平衡電阻三種，應(yīng)變電阻的貼片方式分為受拉應(yīng)力和受壓應(yīng)力。（1）電阻屬性。圖1中的電阻R1的屬性只有兩種：應(yīng)變電阻和固定電阻。該屬性通過操作“R1”設(shè)置開關(guān)進行選擇。若R1為應(yīng)變電阻屬性，其阻值會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的ΔR1以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR1t。電阻R2的屬性與R1相同。通過操作“R2”設(shè)置開關(guān)可以選擇R2的屬性。若R2作為應(yīng)變電阻，則會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。若操作“差動設(shè)置”開關(guān)，則可使R2的受力方式為受壓應(yīng)力，從而會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的-ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。R3，R4需要參與調(diào)平電路的設(shè)計，因此接線也會相對復(fù)雜。通過操作“R3”和“R4”設(shè)置開關(guān)對該電阻進行屬性操作。圖中出現(xiàn)的Rr顯示框為調(diào)零電路中的R5的右半部分與R6串聯(lián)然后再與R3并聯(lián)后的阻值。Rl顯示框為R5的左半部分與R6串聯(lián)后再與R4并聯(lián)后的阻值。（2）接橋方式的設(shè)計。虛擬前面板上的電橋工作方式分別為：不工作、單臂工作，半橋工作和全電橋工作方式四大類型。對于半橋和全橋方式，其中應(yīng)變片又分為差動和非差動兩種布片方式。不工作方式指的是R1，R2，R3和R4都設(shè)置成固定電阻。該方式無論怎樣施加外力，輸出始終為零。單臂工作時將R1設(shè)置為應(yīng)變電阻，R2、R3、R4設(shè)置為固定電阻。此時，按“R1”按鈕，“R1”按鈕變綠，圖中應(yīng)變電阻R1如果顯示向上的箭頭，表明該應(yīng)變電阻受拉應(yīng)力，對應(yīng)電阻值增大；如果應(yīng)變電阻R1顯示向下的箭頭，表明該應(yīng)變電阻受壓應(yīng)力，對應(yīng)電阻值減小。半橋非差動工作時，R1、R2設(shè)置為應(yīng)變電阻，R3、R4設(shè)置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕，兩者均變綠表示接入工作臂，同時電阻R1、R2上的箭頭方向一致，表示應(yīng)變片受到相同性質(zhì)的應(yīng)力，此時電橋輸出基本為零。半橋差動工作時，R1、R2設(shè)置為應(yīng)變電阻，R3、R4設(shè)置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕，兩者均變綠表示接入工作臂，同時電阻R1顯示向上箭頭，R2顯示向下的箭頭，表示對應(yīng)的應(yīng)變片受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。全橋非差動工作時R1、R2、R3、R4屬性均為應(yīng)變電阻，此時，按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按鈕，均變?yōu)榫G色。四個電阻上的箭頭方向一致，表明四個電阻受相同性質(zhì)的應(yīng)力，此時電橋輸出基本為零。全橋差動工作時，“R1”、“R3”電阻箭頭向上，表示受拉應(yīng)力；“R2”“R4”箭頭向下，表示受壓應(yīng)力。

4.溫度誤差計算及補償在討論應(yīng)變計的工作特性時通常是以溫度恒定為前提的，但在實際應(yīng)用過程中，工作溫度可能會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致應(yīng)變電阻的阻值發(fā)生變化。設(shè)工作溫度變化為Δt℃，則由此引起粘貼在試件上的應(yīng)變電阻的相對變化為。將公式（11）代入公式（7）-（10），即可以計算出溫度變化時的電橋輸出，該輸出即為溫度誤差。單臂工作時，采用補償塊法進行溫度誤差補償，該方法利用兩塊參數(shù)相同的應(yīng)變計R1、R2，R1貼于試件上并接入工作臂，R2貼于與試件材料相同溫度環(huán)境的補償塊上，但該補償塊不參與機械應(yīng)變，同時接入電橋相鄰臂作為補償臂。當(dāng)接通電源并施加負載時，補償臂產(chǎn)生的熱輸出與工作臂產(chǎn)生的熱輸出相同，則可達到溫度誤差補償?shù)哪康?。對于半橋差動和全橋差動工作方式，根?jù)公式（10）的和差特性即能進行溫度誤差補償。5.非線性誤差計算及補償公式（10）是對公式（9）進行線性化后的輸出。對于單臂工作時，非線性誤差可以通過在電路中加入補償臂（該臂不受外加應(yīng)力作用）。對于半橋差動和全橋差動工作方式，不需要外接補償電路，因為差動工作方式具有很好的非線性補償作用。

二、虛擬操作面板的設(shè)計

用LabVIEW軟件開發(fā)虛擬儀器，用戶能“量身定制”儀器的操作面板。本實驗根據(jù)真實的電阻式傳感器實驗電路接線圖作為虛擬儀器的操作面板，能直觀地闡述電阻式傳感器實驗原理及操作方式，虛擬面板如圖1所示，主要包括虛擬彈性元件選擇、應(yīng)變電阻布片方式選擇、電橋接法選擇、電橋調(diào)零模塊、差動放大模塊、直流電源模塊。此外前面板還包括電阻、外力、溫度的賦值等。

三、遠程虛擬實驗的演示步驟

電阻式傳感器實驗的遠程操作分別由DataSocket技術(shù)與Web網(wǎng)絡(luò)工具來實現(xiàn)。DataSocket技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的結(jié)合使虛擬儀器的遠程控制成為可能，可在若干計算機上對傳感器虛擬實驗進行操作及數(shù)據(jù)處理。這為傳感器虛擬實驗的互動教學(xué)提升了便捷性。電阻式傳感器虛擬實驗的遠程操作過程如下：第一步，打開服務(wù)器網(wǎng)頁。第二步，輸入R1、R2、R3、R4的阻值。第三步，選擇彈性元件類型。第四步，設(shè)置接橋和布片方式。第五步，打開電源開關(guān)。第六步，調(diào)節(jié)調(diào)零電位計，直至電橋近似達到初始平衡狀態(tài)。第七步，點擊“施力F”按鈕。第八步，查看客戶端網(wǎng)頁，查看電橋輸出曲線。第十步，點擊服務(wù)器面板中的“復(fù)位鍵”，使所有選項、開關(guān)及輸入數(shù)據(jù)均清零和初始化。第十一步，關(guān)閉電源開關(guān)。

四、結(jié)束語

篇2

知識與技能：通過實驗探究，知道磁敏傳感器的工作原理及應(yīng)用；能分析、設(shè)計、制作簡單的磁敏傳感器．過程與方法：學(xué)生組裝和調(diào)試磁敏傳感器，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、團隊合作能力和創(chuàng)新思維能力．情感態(tài)度與價值觀：通過自己設(shè)計、制作簡單的磁敏傳感器，體驗科技創(chuàng)新的樂趣，體會到傳感器在生活、生產(chǎn)和科技中的理論意義和實踐意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣．

2學(xué)習(xí)任務(wù)

任務(wù)1：制作防盜報警器．任務(wù)2：制作位置傳感器．任務(wù)3：制作模擬電梯關(guān)門控制電路。

3問題與方案

通過閱讀教材與實驗探究完成以下問題：（1）什么是霍爾效應(yīng)及應(yīng)用？（2）單、雙干簧管的檢測方法有哪些？（3）磁敏元件在控制電路中起什么作用？（4）用干簧管與霍爾開關(guān)設(shè)計、制作簡易的磁敏傳感器．能畫出方案圖并說出工作過程．

4探究過程

4.1熟悉器材

具體器材如下：磁敏元件，穩(wěn)壓電源，負載［電位器、定值電阻、12V或6V直流電動機、蜂鳴器、小燈泡、SRD－05V或JZC－23F（12V）的直流電磁繼電器］，MF－47型萬用表，DT830B型數(shù)字萬用表，邏輯非門74LS14或74LS04，三極管（S9013，S9018，S8050等），面包板等．

4.2實驗探究

4.2.1制作防盜報警器

利用干簧管、電磁繼電器、霍爾開關(guān)、非門的特點進行設(shè)計．所做的作品和市場銷售的“門磁”相同，靈敏度高，簡單實用，形象、直觀地演示了磁敏傳感器工作原理及磁控開關(guān)的應(yīng)用．（1）干簧管與繼電器制作的防盜報警器，小燈泡為“6．3V，0．15A”，根據(jù)負載選取電源電壓，J和Ja是5V繼電器，J為線圈，Ja為常閉觸點．將小磁鐵嵌入在活動門的上方邊緣上，將常開干簧管嵌入在門框內(nèi)，讓兩者相對靠近，即門處于關(guān)閉狀態(tài)，此時干簧管內(nèi)兩簧片閉合．接通電路，繼電器線圈得電，常閉觸點Ja動作斷開，工作電路不接通；當(dāng)有人開門時，磁鐵與干簧管遠離，兩簧片斷開，線圈失電，Ja觸點釋放復(fù)位閉合，工作電路接通，蜂鳴器發(fā)聲報警，紅燈亮．（2）干簧管與非門制作的防盜報警器，采用74LS04非門，R為2．2kΩ電位器或電阻箱，首先按圖將元件接插在面包板上，接上5V電壓，再調(diào)試電位器R，當(dāng)其阻值在1～2kΩ時，蜂鳴器發(fā)聲報警，然后用小磁體靠近干簧管，報警聲停止．本電路工作過程為：當(dāng)門關(guān)閉時，永磁體使干簧管接通，非門輸入端A與電源負極相接，處于低電平，則輸出端Y為高電平，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)開門時，沒有磁場作用，干簧管不通，非門輸入端A高電平，則輸出端Y低電平，蜂鳴器通電發(fā)聲報警．（3）制作霍爾防盜報警器，R為5kΩ電位器（或電阻箱），采用74LS04非門，首先按圖將元件接插在面包板上，接通5V電源，調(diào)試電位器，當(dāng)R為2～4kΩ時，蜂鳴器發(fā)出報警聲，再將小磁鐵靠近霍爾開關(guān)平面，報警聲立刻停止．本作品在生活中應(yīng)用是：將小磁鐵固定在門的上方邊緣上，將霍爾開關(guān)固定在門框的邊緣上，讓兩者靠近，即門處于關(guān)閉狀態(tài)，霍爾開關(guān)輸出為低電平，非門輸出端Y為高電平，蜂鳴器達不到工作電壓不報警；當(dāng)門被撬開時，霍爾開關(guān)輸出為高電平，非門輸出端Y為低電平，蜂鳴器接通發(fā)出報警聲．

4.2.2制作干簧管位置傳感器（自動停車的磁力自動控制電路）

用于玩具車接近磁鐵時自動切斷電源的自動控制電路，電源電壓3～4．5V，R為200～500Ω電阻，M為6V直流電動機，VT為三極管9013，8050，9012等．開啟電源開關(guān)S，三極管VT基極有偏置電流，VT處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，玩具直流電動機M轉(zhuǎn)動．當(dāng)磁鐵靠近H時，觸點閉合，將基極偏置電流旁路，VT截止，電動機停止轉(zhuǎn)動，保護了電動機及避免了大電流放電．

4.2.3制作模擬電梯關(guān)門控制電路

參考電路，VT為三極管9012，9014，9013等，J為12V電磁繼電器，小燈泡為6．3V，接6～11V電源，按圖接插電路元件，調(diào)試電位器，當(dāng)R2阻值達到8～10kΩ，R1達到2．2kΩ，電流達到45mA時，用磁鐵靠近霍爾開關(guān)，電流達到50mA時再微調(diào)R2與R1，電流稍高于50mA時，線圈得電，觸點動作，電動機轉(zhuǎn)動，綠燈亮；磁鐵離開時，電動機停轉(zhuǎn)，綠燈熄滅，同時紅燈亮，蜂鳴器發(fā)聲報警．模擬了電梯門關(guān)閉時，電梯才能運行，不關(guān)閉時紅燈亮，蜂鳴器報警，此電路靈敏度高、可操作性強。

5探究結(jié)果

篇3

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)；理論課程教學(xué)；自制實驗平臺；實驗項目

Discussion on education of the postgraduate course: wireless sensor networks

Zhang Jianhui, Zeng Hong

Hangzhou dianzi university, Hangzhou, 310018, China

Abstract: This paper analyzed some appearing problems in teaching this course among postgraduate students, and designed a new way in theory teaching by designing and constructing test-bed, by designing and developing experiment items. Our new teaching way could change the unsmooth and bald status quo in unidirectionally teaching theoretical courses, and was a reference to promote the teaching development of postgraduate courses.

Key words: wireless wensor networks; teaching of theoretical course; self-developed test-bed; experiment item

無線傳感器網(wǎng)近年來成為IT領(lǐng)域的研究熱點[1]。2009年8月，總理提出盡快建立“感知中國”中心，促進我國無線傳感器網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)核心，2010年7月20日，教育部向社會公布了2011年全國各高校140個本科新專業(yè)詳細名單，其中“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)占據(jù)30個，高居榜首。無線傳感器網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)骨干課程之一，也是一門新課程。我們對該課程的教學(xué)方法作了些探索性的改革。

1 目前存在的問題

物聯(lián)網(wǎng)作為新專業(yè)有新的建設(shè)和教學(xué)思想[2]。而無線傳感器網(wǎng)作為新興行業(yè)的新課程，其理論基礎(chǔ)要求高，應(yīng)用性也要強，因而給教學(xué)帶來新的挑戰(zhàn)。存在的主要問題有：

(1)教學(xué)內(nèi)容涉及廣與系統(tǒng)性教學(xué)的矛盾。無線傳感器網(wǎng)是一門應(yīng)用性和理論基礎(chǔ)要求都很強的課程。該課程所講述的網(wǎng)絡(luò)是一種集成創(chuàng)新型技術(shù)，同時理解和運用好該技術(shù)需要一定理論基礎(chǔ)。它所涉及的內(nèi)容廣泛，需要多方面計算機基礎(chǔ)理論知識，且涵蓋面廣，包括概率論、圖論、高等數(shù)學(xué)、隨機過程等。同時，它涉及單片機編程、電子線路、無線電發(fā)射等多方面硬件知識。而這門課程的傳授對象是研究生，研究生班的學(xué)生往往來自不同專業(yè)，讀研期間的主修專業(yè)也各不相同，而其導(dǎo)師所指導(dǎo)的研究方向更是千差萬別。因而，如何系統(tǒng)地講授這門課，同時又能滿足學(xué)生不同需求，將成為面臨的難題。

(2)理論教學(xué)與實驗教學(xué)的脫節(jié)。無線傳感器網(wǎng)是門全新課程，問題(1)中所述特點使得在理論與實驗教學(xué)兩個方面的任務(wù)既各有特色又繁重，造成這兩方面的教學(xué)任務(wù)難以平衡。由于它是一門新課程，可以借鑒的教學(xué)經(jīng)驗并不多。而從橫向比較來看，類似應(yīng)用性很強的課程，其教學(xué)方法一般單一地偏向理論教學(xué)或?qū)嶒灲虒W(xué)。

(3)傳統(tǒng)單向性教學(xué)模式的不良影響。多年來，研究生教學(xué)模式一般都是單向性的，即教師教、學(xué)生學(xué)，缺乏真正的互動，難以培養(yǎng)學(xué)生的獨立思維，更難以激發(fā)其主動性和創(chuàng)造性。從學(xué)生角度來看，這種教學(xué)模式從中學(xué)一直延續(xù)到研究生階段，沒有讓學(xué)生充分參與到教學(xué)中來，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)效果無法保證，學(xué)習(xí)的興趣也不高。這種長期的被動式參與教學(xué)，使得學(xué)生失去了主動性、獨立性和主導(dǎo)性，形成了不良的學(xué)習(xí)和科研習(xí)慣，最終導(dǎo)致研究生創(chuàng)造性的缺失[5]。

2 改革方法

我們在Seminar[4]教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生充分參與教學(xué)，體會完成科研任務(wù)的獨立性和自主性。總體改革方法是教師導(dǎo)引，學(xué)生參與學(xué)、教、實驗設(shè)計與實現(xiàn)全過程，形成單向教學(xué)向理論教學(xué)與實驗互動、學(xué)生參與轉(zhuǎn)變。在設(shè)計該方法時，要充分考慮到所在高校的歷史與優(yōu)勢，發(fā)揮其在電子電路設(shè)計、嵌入式編程等方面的堅實基礎(chǔ)與專業(yè)特色，觀察學(xué)院近幾年在無線傳感器網(wǎng)方面的發(fā)展速度，針對前一小節(jié)所提出的問題，給出相應(yīng)的教學(xué)改革方法。

夯實基礎(chǔ)知識，劃分學(xué)習(xí)小組。本課程選擇的教材清華大學(xué)出版社出版、孫利民等編著的《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》為主教材，以劍橋大學(xué)出版社出版的Xiangyang Li的專著"Wireless Ad Hoc and Sensor Networks: Theory and Applications"為輔助教材。在掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這門課程的基礎(chǔ)知識的同時，根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)和研究方向，將他們分為兩大組：理論組和應(yīng)用組(如圖1所示)。對于理論組和應(yīng)用組分別布置不同的課外作業(yè)。為此，筆者從計算機網(wǎng)絡(luò)、體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的一些最新國際頂級會議上，如SigComm，MobiCom，SenSys，InfoCom等，選擇理論和應(yīng)用兩類論文。其中，根據(jù)每名學(xué)生的指導(dǎo)教師對研究方向的要求，對所選論文進行較細致的篩選。在所選出的論文中，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣進行再選擇。當(dāng)然，學(xué)生也可以從指定的學(xué)術(shù)會議論文集中選擇論文。這是一個有限定的雙向選擇過程，所選論文包含諸多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用案例和科研實例。這些論文作為課外作業(yè)讓學(xué)生自己去研讀，而教師會從兩個組中分別隨機抽取部分學(xué)生，分兩個階段，即理論階段和應(yīng)用階段，讓其上講臺宣講其所讀的論文。在宣講過程中，大家可以自由提問和討論，學(xué)生由此可以充分參與到教和學(xué)的兩個環(huán)節(jié)。課堂的自由討論，使得學(xué)生從傳統(tǒng)課程授課模式中的被動聽課變?yōu)橹鲃訁⑴c，提高了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)和參與興趣。為保證效率，教師對宣講和討論的時間做了限定，在討論的過程中也會做一些導(dǎo)引。

在兩個階段(理論階段和應(yīng)用階段)開始之前，教師分別講授兩個階段的基礎(chǔ)知識，即理論基礎(chǔ)知識和應(yīng)用基礎(chǔ)知識。由于所涉及的內(nèi)容非常廣泛，講授一些入門知識，而對學(xué)生所要宣講論文的相關(guān)基礎(chǔ)知識要深入地講解。另外一個重要的組成部分是給學(xué)生講授獲取相關(guān)知識的技巧與途徑，例如如何使用圖書館資源及學(xué)術(shù)網(wǎng)站，如Google scholar，Citeseer等。

圖1 教學(xué)步驟圖

在上述過程中，理論組的學(xué)生偏重理解算法的原理，應(yīng)用組的學(xué)生偏重算法實現(xiàn)所需的硬件運行原理和編程實現(xiàn)。筆者所在實驗室的主要研究方向之一是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，依托這個實驗室特點，在指導(dǎo)學(xué)生時采用TelosB傳感器節(jié)點，在TinyOS平臺上開發(fā)算法實現(xiàn)程序。

統(tǒng)分兼顧，學(xué)生自主。如圖1所示，在“理論(應(yīng)用)基礎(chǔ)知識”階段中，通過讓學(xué)生自己閱讀學(xué)術(shù)論文，讓兩個組的學(xué)生分別對某一方面的理論知識有了具體了解，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的硬件原理也有了初步認識。在緊接著的“理論(應(yīng)用)案例”階段中，從學(xué)生宣讀過的學(xué)術(shù)論文中挑選出幾篇經(jīng)典的論文，它們有算法設(shè)計及其性能的理論分析，又有實驗設(shè)計與驗證。為此，根據(jù)先前的理論組和應(yīng)用組劃分，以及所選經(jīng)典論文，進一步將學(xué)生交叉分隊。一個分隊一般由5名學(xué)生組成：一名學(xué)生負責(zé)算法原理的解釋，兩名負責(zé)TinyOS編程和調(diào)試，一名負責(zé)數(shù)據(jù)采集與硬件平臺搭建，最后一名負責(zé)協(xié)調(diào)分隊整體工作并撰寫最終實驗報告。實際教學(xué)過程中，每隊學(xué)生人數(shù)和任務(wù)分配可以視情況做適當(dāng)調(diào)整，例如，當(dāng)理論組學(xué)生人數(shù)較多時，在每隊中負責(zé)算法原理解釋的學(xué)生可以適當(dāng)增多。當(dāng)分隊組建好以后，分給每名學(xué)生的任務(wù)以課外作業(yè)的形式完成。每個分隊的進度情況由該隊負責(zé)人以實驗報告的形式按階段提交給教師。同時，在協(xié)調(diào)學(xué)生完成作業(yè)的過程中，教師應(yīng)逐個分析案例，這些案例中有涉及路由設(shè)計的，有涉及面向?qū)嶋H應(yīng)用數(shù)據(jù)采集的，也有涉及網(wǎng)絡(luò)時延分析的，案例涵蓋面廣，以解決課程內(nèi)容涉及廣的問題。

案例分析結(jié)束以后，進入實驗驗證或者仿真分析。在這個過程中，主要分以下幾個階段：實驗平臺的構(gòu)建、實驗設(shè)計、實驗驗證及其實驗報告的撰寫。在這些過程中，學(xué)生不僅充分參與，而且在有些過程中，學(xué)生還起到主導(dǎo)的作用。實驗平臺的構(gòu)建需要一定的科研經(jīng)費支持，制作過程復(fù)雜，將在下文中闡述。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)中，由于實驗條件限制，不一定都能搭建硬件平臺。另外，在教學(xué)中還發(fā)現(xiàn)，一個實驗平臺不能同時滿足多個分隊使用，而有些分隊的任務(wù)也不一定要在實驗平臺上進行。為此，讓部分有一定C/C++語言編程基礎(chǔ)的學(xué)生使用一個專門的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺―OMNeT++[3]。

OMNeT++是一個面向?qū)ο蟮碾x散時間模擬器，由土耳其布達佩斯技術(shù)大學(xué)的Andras Varga等人設(shè)計。其內(nèi)核源代碼完全開放，采用標(biāo)準(zhǔn)C++語言編寫，可以運行于Linux，Windows等幾乎所有支持標(biāo)準(zhǔn)C++的系統(tǒng)平臺上。它采用了一種搭積木式的建模方式，可以應(yīng)用于任何離散事件系統(tǒng)的計算機模擬和仿真，包括模擬通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流，模擬通信協(xié)議的模型，排隊網(wǎng)絡(luò)，模擬多處理器和其他分布式系統(tǒng)。對于教學(xué)比較有利的是OMNeT++完全免費，有很多現(xiàn)成的模塊、框架和范例，相關(guān)資源可從其官方網(wǎng)站[3]免費下載。在教學(xué)過程中，部分學(xué)生使用該仿真軟件，完成了一些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的案例，如消息洪泛案例仿真(如圖2所示)，目標(biāo)追蹤案例仿真(如圖3所示)。在圖2，3中，灰色點和白色點表示傳感器節(jié)點，灰點表示已經(jīng)接受到消息的節(jié)點；圖中間較大的點表示Sink節(jié)點；圖3左上角的黑色點表示目標(biāo)。

圖2 消息洪泛仿真截圖 圖3 目標(biāo)追蹤仿真截圖

自制實驗平臺，自己設(shè)計完成實驗，學(xué)生充分參與。需要實驗平臺驗證的分隊參與設(shè)計與構(gòu)建了一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(如圖6所示)。該平臺高2米，寬4米，由200個自制TelosB節(jié)點(如圖4所示)、50個多接口Hub(如圖5所示)和一臺臺式機組成。2009和2010級部分研究生參與了該實驗平臺的設(shè)計與搭建。在該實驗平臺上驗證理論或應(yīng)用案例的每個分隊，都自行設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試實驗和相應(yīng)的TinyOS程序。根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這門課程教學(xué)的需要，以及學(xué)生科研和興趣的選擇，先后設(shè)計了6個實驗：時間同步、路由樹構(gòu)建、基于非時間同步的通信時間調(diào)度、消息洪泛、主被動式追蹤、人物辨別。

圖4 自制TelosB傳感器節(jié)點 圖5 多接口Hub

圖6 200個節(jié)點組成的測試平臺

3 結(jié)束語

在整個教學(xué)過程中，總體教學(xué)思路是：從課程基礎(chǔ)知識開始，將學(xué)生分成兩類(理論類和應(yīng)用類)；根據(jù)學(xué)生的興趣和科研需要，有重點地講解具體的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)知識；而后以國際頂級會議論文為素材，從具體案例著手，通過讓學(xué)生充分參與的方式誘導(dǎo)學(xué)生理解理論知識(如圖論、概率論、隨機過程等)是如何在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個應(yīng)用性技術(shù)中應(yīng)用的，也讓他們體驗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的算法是如何在實際實驗平臺上實現(xiàn)的。整個過程從基礎(chǔ)理論知識細化到具體理論知識，再到具體案例分析，循序漸進，有重點、系統(tǒng)性地講授了這門知識涉及面廣、結(jié)構(gòu)較為龐雜的應(yīng)用性課程。同時，在整個教學(xué)中，學(xué)生也從逐漸參與、充分參與到教和學(xué)中，到最后甚至在某些方面起到主導(dǎo)作用。新教學(xué)方法使得學(xué)生在研究生階段能夠體會從被動地學(xué)到主動地、獨立地完成一個完整的科研任務(wù)的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變中蘊含著主動創(chuàng)新的種子，在長期的科研鍛煉中將會發(fā)芽結(jié)果。

參考文獻

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[2] 吳功宜.對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)體系建設(shè)的思考[J].計算機教育,2010,21:26-28.

[3] OMNeT++ [N/OL].省略/.

篇4

本書為第11屆意大利傳感器與微系統(tǒng)會議的論文集，其中精選了具有代表性的會議論文。這次會議展示了在傳感器與微系統(tǒng)領(lǐng)域的理論模擬與實際應(yīng)用的最新成果。傳感器與微系統(tǒng)是一個新興的交叉學(xué)科，其涉及到物理、化學(xué)、材料科學(xué)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域。

本書共分為六部分，第一部分為化學(xué)傳感器，主要介紹了：可調(diào)諧二極管激光光譜儀原位測量平流層微量氣體；四苯基卟啉在高有序熱解石墨上的組裝：前所未有的吸附壓縮驅(qū)動的雙層模式組裝；一種室溫下的基于鉑／氧化銥復(fù)合物的氧氣傳感器；聚合物涂層的長周期光柵作為高靈敏度化學(xué)傳感器；用于低溫下檢測氫氣的光纖傳感器；溶劑對復(fù)合薄膜形貌和傳感特性的影響；納米鈦對氣體的傳感性質(zhì)；基于二元金屬的碳水化合物傳感裝置；一種快速檢測牛奶中M1黃曲霉素的便攜式熒光計；利用光學(xué)傳感器檢測橄欖油的質(zhì)量；質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系在計劃、設(shè)計和實現(xiàn)厚膜氣體檢測器中的應(yīng)用；基于單壁碳納米管的光纖傳感器；合成且表征用于二氧化氮檢測的納米材料；鉑金元素作為覆蓋層的P型一氧化鈦薄膜用于對氫氣的檢測；包含銀納米簇的氟化聚亞酰胺納米復(fù)合薄膜用于對有機氣體的光學(xué)檢測等等。第二部分為物理傳感器，主要介紹了荒蕪環(huán)境中的固體定位風(fēng)速計；一種具有濺射內(nèi)核的二維平面磁通量閥門；一種用于探測RF電場的光學(xué)探針；通過拉曼散射來測量多孔硅結(jié)構(gòu)的應(yīng)力；對熱傳感器的一種十分有效的計算機模擬模型；對硅化鉻應(yīng)力傳感器的認識。第三部分為生物傳感器，主要介紹了基于不定型硅基器件檢測DNA分子；抑制酪氨酸酶的有機相酶傳感器；用于人瘤病毒檢測的DNA壓電生物傳感器；用于檢測硬質(zhì)小麥安全型的用戶友好的電化學(xué)手持設(shè)備；采用SPR成像技術(shù)來研究DNA―DNA生物分子的相互作用。第四部分為微米納米技術(shù)，主要介紹了實驗室芯片技術(shù)對基因進行分析；利用硅基玻璃芯片對化學(xué)物質(zhì)進行快速光學(xué)檢測；采用不同導(dǎo)電納米顆粒來控制復(fù)合材料聚合物的傳感性質(zhì)；采用電化學(xué)刻蝕硅片的方法制備嵌入式微通道；采用超聲束沉積方式制備具有氣體傳感的金屬氧化物／有機物雜化材料；聚焦離子束刻蝕用于氣體傳感技術(shù)；一種模擬IPMC傳感器的軟件工具；對印跡二氧化鈦納米粒子的合成與表征；機車安全與舒適度測量；懸臂梁的強制型阻尼振動。第五部分為傳感器陣列和多重傳感系統(tǒng)，主要介紹了整合型微重力化學(xué)物質(zhì)檢測裝置；采用雜化電子鼻原位檢測硫質(zhì)噴氣孔火山口噴發(fā)的火山氣體；對主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的檢測；多傳感器布局在敵對環(huán)境中的機器人。第六部分為傳感器網(wǎng)絡(luò)和對傳感器的數(shù)據(jù)分析，主要介紹了對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概覽：對ZGIGBEE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一瞥；動態(tài)場景下塵埃傳感器網(wǎng)絡(luò)：在城市環(huán)境中普遍應(yīng)用性能的研究；一種配置了IEEE 802.15.4的移動設(shè)備的便攜式軟件工具；一種神經(jīng)光譜分類的光學(xué)傳感器；對城市環(huán)境污染檢測無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計；應(yīng)用多傳感器微型化系統(tǒng)對橄欖油進行評價。

本書幾乎涵蓋了傳感器方面的所有方向，包括化學(xué)、物理、生物以及傳感器構(gòu)架等等。相信從事任何傳感器研究方向的科研人員都會在本書中找到有參考價值的內(nèi)容。

篇5

【關(guān)鍵字】傳感器；內(nèi)容編寫；輔助教材結(jié)構(gòu)

【中圖分類號】G40057 【文獻標(biāo)識碼】A 【論文編號】1009―8097（2008）13―0077―01

一 輔助教材編寫的背景

《傳感器》課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)以及電子信息類專業(yè)的一門核心課程，它涉及多學(xué)科的知識，是一門內(nèi)容繁雜的交叉學(xué)科。我校測控技術(shù)與儀器專業(yè)的性質(zhì)是一門以電子測控技術(shù)、智能儀器技術(shù)和自動測試技術(shù)為技術(shù)基礎(chǔ)，以計算機及電子信息技術(shù)為工具的高新技術(shù)學(xué)科。由于專業(yè)課程設(shè)置，學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)及電子測量相關(guān)的課程較多，因此在傳感器的授課中對檢測不必過多講解，而本專業(yè)學(xué)生缺少機械、儀器設(shè)計及工程力學(xué)方面的知識，也就是說在傳感器應(yīng)用和設(shè)計方面的基礎(chǔ)知識欠缺，這樣就導(dǎo)致在《傳感器》教材的選擇上具有一定的局限性。近幾年來,本專業(yè)一直使用的教材是強錫富教授主編的《傳感器》，學(xué)生反映在傳感器的設(shè)計和應(yīng)用方面理解比較困難，究其原因是學(xué)生缺乏機械原理、精密儀器、工程力學(xué)方面知識。對比各種教材，不太切合我校測控專業(yè)的實際，因此根據(jù)專業(yè)特色，主要參考強錫富教授主編的《傳感器》一書，結(jié)合本專業(yè)的課程設(shè)置制作課件，編寫多媒體輔助教材，并將多媒體輔助教材提供給學(xué)生，進而改善了教學(xué)效果。

二 輔助教材編寫的特色

1 內(nèi)容簡單明白。通過知識的提煉，輔助教材具有言簡意賅，深入淺出、通俗易懂，一目了然的效果。輔助教材對內(nèi)容的提煉主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，合理的內(nèi)容結(jié)構(gòu)有助于學(xué)生對傳感器知識的系統(tǒng)掌握，每章內(nèi)容從五個方面介紹：基本效應(yīng)、基本結(jié)構(gòu)、基本電路、基本特性、基本應(yīng)用。傳感器的基本物理效應(yīng)、基本結(jié)構(gòu)及基本電路是反映事物本質(zhì)的理性知識，是本課程的講授重點。而基本特性及基本應(yīng)用則是寓于理性知識的反映事物表面現(xiàn)象的感性知識，其準(zhǔn)確性及唯一性都欠佳，而且易學(xué)易忘，因而不能教授過多，但考慮到這兩方面內(nèi)容在教學(xué)中是相輔相成的，因此輔助教材對后者也有相當(dāng)篇幅的闡述。以半導(dǎo)體氣體傳感器為例，對此進行說明，具體內(nèi)容見表1。

其次，教學(xué)難點實例引入，以諧振式傳感器原理介紹為例。對于諧振式傳感器，輔助教材此部分主要以單自由度二階振動系統(tǒng)為例，通過分析受迫振動和阻尼振動得出系統(tǒng)振動頻率的表達式，然后介紹分類、測量電路及應(yīng)用。這種對于較難章節(jié)原理深入淺出的講解方法，有利于學(xué)生的理解。

2 原理知識與實際應(yīng)用的結(jié)合。傳感器原理方面的知識大部分在相關(guān)課程如大學(xué)物理、模擬電路等課程已學(xué)過，如果在課堂上重新敘述原理，學(xué)生會感到?jīng)]有興趣，輔助教材中，講解原理的重點是啟迪學(xué)生如何運用所學(xué)的知識解決問題。如電容式傳感器，輔助教材先舉例說明實際的應(yīng)用，然后讓學(xué)生分析原理，通過不同問題的回答，讓學(xué)生自己分析出其分類、缺點及解決方法。這種講解方式即消除了講解原理知識的枯燥，又增加了學(xué)生對實際問題的思考。另一方面，用簡圖和實際裝配圖結(jié)合的方式介紹傳感器的應(yīng)用，簡圖講解傳感器應(yīng)用的測量原理，裝配圖介紹傳感器的實際應(yīng)用方法，這樣即增加對傳感器的理性認識，又增加對傳感器的感性認識。

3 基礎(chǔ)與現(xiàn)代的結(jié)合。為了使學(xué)生了解當(dāng)代傳感器的新技術(shù)，增長知識，以利于學(xué)生創(chuàng)新思維和研發(fā)能力的提高，在輔助教材中加入了新型傳感器。對新型傳感器及傳感器最新動態(tài)的介紹主要體現(xiàn)在以下方面：（1）集成傳感器的應(yīng)用，如在介紹熱式傳感器的應(yīng)用時，介紹數(shù)字溫度傳感器DS18B20與模擬溫濕傳感器HSM-20R的應(yīng)用；（2）敏感器件和測量電路結(jié)合起來的新技術(shù)，如在介紹熱電偶冷端溫度補償時，介紹MAXIM公司近期推出的數(shù)字輸出K型熱電偶信號處理集成芯片MAX6675的特點及應(yīng)用；（3）常見傳感器目前的近況，如電容傳感器中的觸覺傳感器等。

4 課后設(shè)計題的設(shè)置，擴充了學(xué)生傳感器的知識面，提高了學(xué)生創(chuàng)新和設(shè)計能力。輔助教材每章設(shè)置一兩個應(yīng)用性設(shè)計題和思考題，學(xué)生以小論文的形式完成設(shè)計性習(xí)題。如應(yīng)變片傳感器章節(jié)布置電子稱的設(shè)計、光電傳感器章節(jié)布置太陽灶陽光跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計、超聲波傳感器章節(jié)布置水泵流量測量儀設(shè)計等。學(xué)生要完成這些題目，需要查閱相關(guān)資料，結(jié)合電子測量、智能儀器、測控電路等相關(guān)專業(yè)知識完成，提高了學(xué)生工程設(shè)計的能力和專業(yè)知識綜合運用的能力。

三 總結(jié)與展望

輔助教材針對本專業(yè)的特色和課程設(shè)置，積累授課教師多年的授課和科研經(jīng)驗編寫而成。此輔助教材已經(jīng)使用兩年，通過使用第一年學(xué)生的調(diào)查，大部分同學(xué)反映簡單明白，改善了學(xué)習(xí)效果，少部分學(xué)生反映輔助教材內(nèi)容不夠深和廣，因此輔助教材在第二年加入思考題和小型設(shè)計題進行完善，通過這一環(huán)節(jié)，解決課時少和知識面廣之間的矛盾。通過調(diào)查，大部分學(xué)生反映輔助教材簡潔清楚，提高了學(xué)習(xí)效率。但是由于設(shè)計題是課后習(xí)題，學(xué)生重視程度不一，做的結(jié)果差別很大，因此需要采取一定的措施，以調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)生的完成質(zhì)量，這方面在今后的教學(xué)中需要不斷改進。

《傳感器》課程是在大四第一學(xué)期進行，這階段的學(xué)生由于就業(yè)壓力，對課堂內(nèi)容往往不夠重視，因此課堂的質(zhì)量和效率是吸引學(xué)生的關(guān)鍵。自從采用將輔助教材發(fā)到學(xué)生的手中和多媒體教學(xué)結(jié)合的方法，課堂氣氛活躍，通過課后設(shè)計題的完成，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固了專業(yè)知識，擴展了學(xué)生的視野和增強了自信心，可謂一種成功的教學(xué)方法。

參考文獻

篇6

關(guān)鍵詞：體系結(jié)構(gòu)；水文自動測報；傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

中圖分類號：TN711 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

傳感器最早在軍事等領(lǐng)域應(yīng)用，傳感器網(wǎng)絡(luò)由空間上分布的許多自動裝置構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)，通過傳感器，裝置對不同位置的物理或者污染物、運動、壓力、振動、聲音、濕度等環(huán)境狀況進行協(xié)同監(jiān)控。雖然傳感器網(wǎng)絡(luò)最早起源于軍事監(jiān)測，現(xiàn)今已經(jīng)在交通控制、家庭自動化、健康監(jiān)護、生態(tài)監(jiān)測等很多民用領(lǐng)域應(yīng)用。傳感器集成了分布式信息處理技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)，具備通信、計算、感知等功能。而論文中的主角傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以對網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)各種監(jiān)測或環(huán)境對象的感知和采集，并對其進行處理，最后以多跳中繼的方式，通過隨機無線通信網(wǎng)絡(luò)，給用戶終端傳輸信息。在交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、遠程控制等領(lǐng)域方面都離不開傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，我們就來了解一下其在水文自動測報系統(tǒng)中的應(yīng)用。

水文測報系統(tǒng)

傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他無線網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)區(qū)別在于：它是以數(shù)據(jù)為核心的網(wǎng)絡(luò)，它是具有分布式的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了虛擬計算世界和真實物理世界的耦合。傳感器網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)在得到信息后，將其匯報給用戶。社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，水文測報系統(tǒng)也進入了網(wǎng)絡(luò)時代。水文測報系統(tǒng)為一個計算機網(wǎng)絡(luò)。而系統(tǒng)按照不同的用戶，將其分為中央機、中樞機、中心機、現(xiàn)場機。在國家防洪防旱調(diào)度指揮中心或者國家水利部服務(wù)的為中央機，在流域級管理的信息系統(tǒng)稱為中樞機，服務(wù)于市級管理部門的信息系統(tǒng)稱為中心機，而布置在現(xiàn)場環(huán)境的水文傳輸以及遙測系統(tǒng)稱為現(xiàn)場機。建立水文測報系統(tǒng)的目的就是要將在現(xiàn)場采集的水文數(shù)據(jù)傳達到數(shù)據(jù)處理中心，再通過決策和融合處理，滿足系統(tǒng)同于管理與組織的目的。由現(xiàn)地機到中心機、由中心機到中樞機、中樞機到中央機，水文測報系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。通過現(xiàn)場裝配的傳感器，將各種水文數(shù)據(jù)由各個水文測站進行采集后，在進行存儲前，適配器會將不同標(biāo)準(zhǔn)與格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)，并通過等無線方式或等有線方式傳輸?shù)街行臋C，再對各種數(shù)據(jù)分析、處理、存儲后，通過例如：、等傳輸至上層控制中心。

獲取與處理信息是為了能夠使傳感器資源達到最優(yōu)工作狀態(tài)，用戶除了能夠及時掌握環(huán)境內(nèi)的影響因素數(shù)值外，就需要控制與管理資源。管理層與系統(tǒng)組織控制與管理了分布于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中各個節(jié)點上的數(shù)據(jù)源設(shè)備。智能儀表儀器、工作站、計算機等都在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上體現(xiàn)。其核心設(shè)計就是采用分布模式代替了原來集中控制的測控網(wǎng)絡(luò)，使其成為具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化、分散性、可互操作性、開放性的測控系統(tǒng)。

水文測報系統(tǒng)中傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

由處理、傳遞、收集水文實施數(shù)據(jù)的各種計算機、通訊設(shè)備、傳感器等裝置共同組成了水文自動測報系統(tǒng)。主要用于水利的調(diào)度和防汛，其分為中心控制站、信息傳輸通道、遙測站這3部分。水文自動測報系統(tǒng)僅需要幾分鐘的時間就可以處理小流域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)收集，并提供出水庫、重點河段的水清和雨情等。

中心控制站將各個遙測站的水文數(shù)據(jù)集中，在經(jīng)過了整理和計算后，對閘門的啟閉進行控制，并及時預(yù)報洪水情況，最終實現(xiàn)水利調(diào)度。中心控制站的設(shè)備主要有電子計算機和通信電臺等組成。信息傳輸通道分為無線和有線兩類，作為電波傳輸線，它將中心控制站與遙測站連接。無線電通道克服了距離或障礙的困難，中繼站在通信距離大于五十公里位置設(shè)置，能夠滿足各個方向通信要求。而有線通道可采用電話線為其專用線路，有線通道的不足之處在于受惡劣天氣影響較大，會增加架空線等設(shè)備的成本。而有線通道最大的特點就是使用較為可靠方便，抗干擾能力強等。人們往往采用脈沖調(diào)制數(shù)字通信來作為傳輸信息的方式。遙測站中有電源設(shè)備、電臺、數(shù)傳機、編碼器、水位計、雨量計等儀器設(shè)備，通過中心控制站的控制，遙測站實現(xiàn)自動收集水文參數(shù)實時數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)編成脈沖信號，傳遞于中心控制站。

我國的湖泊、江河分布范圍廣，例如太湖、長江等流域范圍內(nèi)存在著人力難以觀測障礙，而在這些難于達到的流域部署傳感器節(jié)點，就可對高精度的數(shù)據(jù)做到了如指掌，在水文監(jiān)測中，使用傳感器節(jié)點所組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有著顯著的特點。第一，傳感器的節(jié)點可以在節(jié)點之間進行監(jiān)控，且具有通信能力，可以通過環(huán)境的變化來實現(xiàn)對復(fù)雜情況的控制。無線傳感器節(jié)點其自身也具備了一定的存儲功能和計算功能。第二，傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有精度高、采集數(shù)據(jù)量大等特點，每一個局部區(qū)段的具體信息都可以由每個節(jié)點檢測，其節(jié)點分布的范圍廣、密度高。第三，該傳感器網(wǎng)絡(luò)人為影響流域的因素小，因為傳感器節(jié)點的部署簡便，僅需要部署一次即可，且體積小。

2.1結(jié)構(gòu)

傳感器節(jié)點能夠分布在不相鄰的測控區(qū)域中，也可以集中部署在同一個區(qū)域內(nèi)，不管如何布置，都可以形成傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)在水文測報中的應(yīng)用如圖所示。傳感器節(jié)點向網(wǎng)關(guān)節(jié)點傳送感知到的數(shù)據(jù)，而將傳感器節(jié)點傳輸來的數(shù)據(jù)傳到基站就是網(wǎng)關(guān)節(jié)點的任務(wù)，期間，數(shù)據(jù)會經(jīng)由傳輸網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。傳輸網(wǎng)

圖傳感器網(wǎng)絡(luò)用于水文測報系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖

絡(luò)的傳輸方式可以是無線也可以是有線。它負責(zé)協(xié)同綜合網(wǎng)關(guān)節(jié)點、傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點信息的局部網(wǎng)絡(luò)。基站備有本地數(shù)據(jù)庫，用于傳感數(shù)據(jù)的存放。通過，基站可以將數(shù)據(jù)傳輸至用戶數(shù)據(jù)處理中心。用戶可以在任何時候、任何地方，通過連接了的計算機，發(fā)出命令控制基站。

2.2功能

傳感器網(wǎng)絡(luò)通過分析流域內(nèi)水文測報傳感網(wǎng)絡(luò)，而構(gòu)建了其功能。在其功能中，從下至上分別為基礎(chǔ)層、網(wǎng)絡(luò)層、中間件層、數(shù)據(jù)處理與管理層、應(yīng)用開發(fā)層。一個傳感器的集合體現(xiàn)在基礎(chǔ)層中，基礎(chǔ)層是以研究水文測控系統(tǒng)中的蒸發(fā)器急閘門開度儀、雨量計、水位計等傳感器及其系統(tǒng)為核心，它的主要功能有信息的初步處理、感知信息的傳輸與、感知對象信息的采集、監(jiān)測感知對象等。網(wǎng)絡(luò)層支持多傳感器之間的寫作，成功完成大型感知工作，網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)用戶與傳感器、傳感器與傳感器之間的通信，有效管理和控制傳感器節(jié)點。通過軟件系統(tǒng)，中間件層能夠分析傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的動態(tài)環(huán)境和資源管理。傳感器數(shù)據(jù)管理與處理是數(shù)據(jù)處理層的核心，其中包括了對各種數(shù)據(jù)進行管理，支持感知數(shù)據(jù)的查詢、存儲、采集等，并對軟件系統(tǒng)進行分析和處理。另外，還包括，對大型分布式傳感器陣列的圖像識別方法，排除誤差信息的方法、新型統(tǒng)計算法等等。應(yīng)用開發(fā)曾能夠使用不同的應(yīng)用層軟件，開發(fā)各種傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件，它以檢測任務(wù)為基礎(chǔ)，傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理層有遠程管理、網(wǎng)絡(luò)管理、拓撲管理、能量管理等。傳感器管理主要對傳感器智能設(shè)備和資源的管理，這時從廣域上來講的。另外，傳感器的管理還可以看成是對傳感器網(wǎng)內(nèi)節(jié)點的管理。

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關(guān)鍵詞 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點能耗檢測 裝置

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A

0 概述

目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)裝置實現(xiàn)了對環(huán)境的檢測以及各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行自組織的方式構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通常是沒有穩(wěn)定能源提供能量，只能靠自身攜帶的電池作為能源。若無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點出現(xiàn)能源耗盡，則管理端不能正常顯示其傳感器節(jié)點檢測的結(jié)果，會導(dǎo)致管理端無從得知該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不能正常顯示的真正原因，即電池能量耗盡；還是傳感器節(jié)點硬件電路出現(xiàn)問題導(dǎo)致的不能正常顯示；同時也會導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點在不知道該節(jié)點已經(jīng)無法正常工作的情況下仍然會繼續(xù)將信息發(fā)送到該故障節(jié)點，這樣不利于整個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能，不利于延長整個網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。

1 設(shè)計方案

1.1 本裝置的功能要求

首先，該裝置可以將傳感器節(jié)點的能耗發(fā)送給管理端，使得在管理端軟件實時讀取傳感器的能耗信息。其次，該裝置能檢測傳感器節(jié)點電池的剩余電量。再次，該裝置對于電池快枯竭的節(jié)點能自動地向管理端和其他節(jié)點發(fā)送能量即將耗盡的信息，從而避免管理端和其他節(jié)點繼續(xù)向該節(jié)點發(fā)送信息，導(dǎo)致不必要的浪費，以達到節(jié)能、延長整個網(wǎng)絡(luò)的使用壽命的目的。

1.2 采用的技術(shù)方案

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上加入低功耗單片機MSP430F247。首先，MSP430實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗檢測，其方法是通過非常靈敏的采樣電阻對以CC2530為主要芯片的高頻發(fā)射模塊進行電壓采樣。通過RS—232串口將實時采樣信息傳遞給管理端軟件，已達到在管理端軟件實施時讀取傳感器的能耗信息。其次，利用MSP430中集成的A/D轉(zhuǎn)換器，定期采集電池電量信息進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號與預(yù)先設(shè)定的閾值相比較，若低于該閾值MSP430通過發(fā)射模塊將信息發(fā)送給管理端和其他無線傳感器節(jié)點。最后，該方案集成了傳感器模塊和高頻發(fā)射模塊，傳感器模塊由溫濕度傳感器和光照傳感器組成。傳感器將采集的光照信息或溫濕度信息通過發(fā)射模塊將信息傳遞給管理端。指示模塊由兩種不同顏色的發(fā)光二級管組成，每種顏色的二極管點亮與熄滅均代表該節(jié)點的工作狀態(tài)。

1.3 裝置的整體結(jié)構(gòu)

本論文的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要由MSP430F247構(gòu)成的檢測模塊、Po188光照傳感器構(gòu)成的光照傳感器模塊、SHT11傳感器構(gòu)成的溫濕度傳感器模塊、LT2051構(gòu)成的信號放大模塊、兩種不同顏色的發(fā)光二極管構(gòu)成的工作狀態(tài)指示模塊、CC2530構(gòu)成的2.4GHz高頻發(fā)射模塊、MSP430F247構(gòu)成的能耗檢測模塊、AP1117構(gòu)成的電池/電源供電模塊、MAX3223構(gòu)成的串口輸出模塊。具有能耗檢測功能的無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖1所示。

電池電源供電模塊為整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供穩(wěn)定的能量使各模塊上電工作，使用中先將光照傳感器或溫濕度傳感器插在傳感器插座上，上電后以CC2530為主的高頻發(fā)射模塊基于Zigbee技術(shù)以自組織的方式與其他傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組網(wǎng)。光照傳感器/溫濕度傳感器感知節(jié)點周圍的光照強度/溫度、濕度，將感知的信息傳遞給與其串聯(lián)的CC2530，再通過發(fā)射模塊將感知的信息傳遞給其他節(jié)點或管理端。

提前設(shè)置在MSP430的兩個閾值（一個是電量較少的閾值，另一個是電量即將枯竭的閾值）進行比較。若電池電量低于電量較少的閾值，那么MSP430會將信號經(jīng)過高頻發(fā)射模塊將信號發(fā)送給管理端或其他節(jié)點，達到少使用該節(jié)點目的，進而平衡整個網(wǎng)絡(luò)的電量避免因一個節(jié)點的電量提前耗盡而導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)崩潰，延長網(wǎng)絡(luò)使用壽命；若電量低于電量即將枯竭的閾值，那么MSP430會將信號經(jīng)過高頻發(fā)射模塊將信號發(fā)送給管理端或其他節(jié)點，達到管理端或其他節(jié)點得知該傳感器電量耗盡即將不能工作，不會繼續(xù)向該節(jié)點發(fā)送信息與指令節(jié)省發(fā)射信號時所浪費的電量，進而延長網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。

2 不足與展望

首先，本方案只實現(xiàn)了對電源能耗的監(jiān)測，不能提供更有效的方式維持無線網(wǎng)節(jié)點的正常工作；其次，當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點程序連接到主控端后，若因不可控制原因網(wǎng)關(guān)節(jié)點掉線，程序無法自動再連接，未來需要深入研究，解決這一問題；再次，本方案只是個硬件設(shè)計，在以后的設(shè)計中，加入軟件，實現(xiàn)監(jiān)測信息的有效存儲和直觀的顯示。

參考文獻

[1] 陳勇，劉建平.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用綜述[J].安防科技，2009.5.

[2] 余向陽.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究綜述[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008.8.

篇8

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN（Wireless Sensor Network）是一種由傳感器節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)觀察者感興趣的感知對象的各種信息（如光強、溫度、濕度等物理現(xiàn)象），并對這些信息進行處理后以無線的方式 發(fā)送。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理、智能家居、工業(yè)生產(chǎn)控制等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點一般采用電池供電，而有限的電池能量限制了傳感器節(jié)點的工作壽命，從而影響整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存周期。為了擺脫傳感器節(jié)點對電池的依賴，作者做了大量工作。本書介紹了無線能量傳輸技術(shù)在傳統(tǒng)電池供電的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的簡明指南。

全書共6章：1. 引言：包括相關(guān)背景和基本概念的介紹，如無線充電技術(shù)、電磁輻射、磁耦合共振等內(nèi)容；2.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和原理：包括網(wǎng)絡(luò)組件、無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原則，有能源設(shè)計、節(jié)點壽命估計、自適應(yīng)充電閾值，最后進行了總結(jié)；3.分布式節(jié)點狀態(tài)報告：主要介紹其協(xié)議的設(shè)計，包括狀態(tài)請求、狀態(tài)報告和補給、應(yīng)急報告和補給、層次維護等；4.充電調(diào)度：包括緊急補給調(diào)度問題、正常補給調(diào)度、自適應(yīng)充電調(diào)度算法和加權(quán)算法等相關(guān)內(nèi)容；5.績效評估：包括參數(shù)設(shè)置、充電調(diào)度算法的比較、能量演化、充電車輛的運動能量消耗、與靜態(tài)優(yōu)化方法的比較等；6.結(jié)論：對全書內(nèi)容進行總結(jié)，對工作成果及局限性進行了分析，并提出了未來研究的目標(biāo)。

作者楊元元現(xiàn)任紐約州立大學(xué)石溪分校終身教授。長期擔(dān)任紐約州立大學(xué)石溪分校電子與計算機工程系研究生部主任、紐約州無線與信息技術(shù)中心通信與設(shè)備部主任等職務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域進行了深入研究并做出了突破貢獻，在此領(lǐng)域已發(fā)表230多篇學(xué)術(shù)論文，其中在IEEE Transactions on Computer、IEEE/ACM Transactions on Networking，IEEE Transactions on Communications等頂級國際期刊上60多篇。擔(dān)任許多重大國際會議如IEEE INFOCOM，GLOBECOM，ICC等的主席，程序委員會主席、分會主席。2009 年當(dāng)選為IEEE Fellow。

本書討論了如何利用新的無線可充電技術(shù)為傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供持久的能量來源。書中提供了無線充電技術(shù)及其影響的最新文獻綜述；通過描述網(wǎng)絡(luò)組件和它們的特征，介紹了無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的兩個調(diào)度算法，進行了模擬，并從性能方面對模擬結(jié)果進行了比較。本書適用于網(wǎng)絡(luò)、無線通信、能源技術(shù)和信息技術(shù)的專業(yè)人員及工作人員，電氣工程和計算機科學(xué)高水平的學(xué)生。

篇9

【關(guān)鍵詞】傳感器；無線；環(huán)境監(jiān)測

1.引言

無線傳感器可以用于探測包括環(huán)境溫濕度、光強強度、噪聲強度、地動地震強度、移動物速度方向等環(huán)境參數(shù)。可以應(yīng)用在：農(nóng)業(yè)、工業(yè)、地理科學(xué)、軍事國防及緊急救災(zāi)等各大環(huán)境領(lǐng)域。目前煤礦井下環(huán)境復(fù)雜多變，在實際應(yīng)用中，有些場合沒有及時布線，因此很多環(huán)境監(jiān)測儀器無法正常使用，通常是工人攜帶監(jiān)測儀器去人工采集，這種方法效率低，而且無法保障所采集參數(shù)的實時性，本論文針對這一情況，設(shè)計了一種用于環(huán)境參數(shù)采集的無線傳感器。本無線傳感器硬件節(jié)點外形小、集成度高、功耗低、成本低、有安全保證，適用于現(xiàn)有井下環(huán)境。

2.硬件模塊設(shè)計

設(shè)計時，我們充分考慮到無線傳感器體積小、功耗低、在高組裝密度下運行、制造成本低、能自動運行、無人操作、要適應(yīng)惡劣環(huán)境等許多限制條件。通過使用溫濕度傳感器SHT11、光傳感器BH1750和瓦斯傳感器MH-440V/D采集環(huán)境的相應(yīng)數(shù)據(jù)，通過STC89C52單片機的數(shù)據(jù)處理，由CC2420射頻芯片實現(xiàn)節(jié)點間無線的短距離數(shù)據(jù)通信。從而能很好地保證環(huán)境參數(shù)采集的準(zhǔn)確性和節(jié)點間通信的成功率。

2.1無線通信模塊設(shè)計

CC2420的電路由射頻輸入/輸出電路、晶振時鐘電路和對應(yīng)控制器接口電路等三部分組成。由于射頻芯片頻率是2.4GHz，我們在設(shè)計PCB板時充分考慮了元件的合理布局和線路的走向，特別是電源和接地的處理。射頻電路集成度高，布線密度大，跟據(jù)CC2420提供的數(shù)據(jù)資料我們利用電壓可靠的電源適配器進行供電，較好地實現(xiàn)就近接地，有效地降低寄生電感。能夠有效地加強信號的傳輸長度，能大幅度地減少高頻信號對外的發(fā)射和相互間的耦合，降低信號間的交叉干擾。

2.2數(shù)據(jù)采集單元設(shè)計

瓦斯?jié)舛炔杉褂昧薓H-440V/D紅外氣體傳感器，瓦斯的主要成分為甲烷，所使用的傳感器根據(jù)瓦斯氣體對波長吸收率的特點，來測量環(huán)境中的瓦斯?jié)舛?，該傳感器具有體積小、集成度高的特點。集成傳感器內(nèi)部的溫度傳感器可以對元器件的溫漂進行補償。該傳感器具有電路簡單，設(shè)計方便的特點，可以很好的適應(yīng)煤礦井下的惡劣環(huán)境。

光照強度采集使用的是BH1750傳感器，該傳感器內(nèi)置16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它能夠直接輸出一個數(shù)字信號，不需要再做復(fù)雜的計算。這款環(huán)境光傳感器能夠直接通過光度計來測量。光強度的單位是流明"lx"。

溫濕度采集使用了DHT11傳感器，這是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。

3.結(jié)束語

本設(shè)計綜合考慮精度、成本等因素，合理選用了傳感器、單片機及其芯片，分析了各種類型的傳感器特點，完成了監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路和軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計。以CC2420無線射頻模塊為核心，以52系列單片機作為微型處理器，以3種傳感器來檢測環(huán)境參數(shù)數(shù)值。本文所設(shè)計的監(jiān)測儀外形小、集成度高、功耗低、成本低、有安全保證。

參考文獻

[1]孫利民.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].清華大學(xué)出版社，2005.

[2]李曉.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京理工大學(xué)出版社，2007.

篇10

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，關(guān)鍵技術(shù)，傳感器節(jié)點

 

1 前言

環(huán)境保護越來越受到重視，環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護的基礎(chǔ)，其目的是為環(huán)境保護提供科學(xué)的依據(jù)。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮著越來越重要的作用。與傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測手段相比，使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行環(huán)境監(jiān)測有三個顯著優(yōu)勢[1]：一是傳感器節(jié)點的體積很小且整個網(wǎng)絡(luò)只需要部署一次，因此部署傳感器網(wǎng)絡(luò)對被檢測環(huán)境的人為影響很小。二是傳感器節(jié)點數(shù)量大，分布密度高，每個節(jié)點可以采集到某個局部環(huán)境的詳細信息并匯總?cè)诤虾髠鞯交?，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)采集量大，探測精度高的特點。三是傳感器節(jié)點本身具有一定得計算能力和存儲能力，可以根據(jù)物理環(huán)境的變化進行較為復(fù)雜的檢測，傳感器節(jié)點還具有無線通信能力，可以在節(jié)點間進行協(xié)同監(jiān)控。因為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對環(huán)境變化、傳感器網(wǎng)絡(luò)自身變化以及網(wǎng)絡(luò)控制指令做出及時反應(yīng)，所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)適用于多種環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用中。

2 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件設(shè)計

圖1節(jié)點硬件組成

微處理器采用TI公司的超低功耗的MSP430系列處理器，功能完善、集成度高，而且根據(jù)存儲容量的多少提供多種引腳兼容。

無線通信采用CC2420ZigBee芯片，CC2420ZigBee芯片通過SPI接口與MSP430相連接。

電源用電池供電，使用AA電池。

傳感器節(jié)點可以不在節(jié)點中包含模數(shù)轉(zhuǎn)化器，而是使用數(shù)字換能器接口。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于環(huán)境監(jiān)測中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 節(jié)點部署

好的無線傳感器的節(jié)點部署必須同時考慮覆蓋和連通兩個問題。覆蓋要求在感知中的每個地方都能至少被一個節(jié)點監(jiān)視到，而連通要求在網(wǎng)絡(luò)通信上不被分割。覆蓋受節(jié)點的敏感度影響，而連通受到節(jié)點的通信距離影響。

因監(jiān)測環(huán)境的復(fù)雜性和監(jiān)測環(huán)境對于外來設(shè)備的敏感性、為了獲得周圍環(huán)境的確切參數(shù)和為了延長傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的有效時間、增強傳感器網(wǎng)絡(luò)的實用性，所以用于環(huán)境監(jiān)測的傳感器節(jié)點需要滿足體積小、精度高、生命周期長的要求。

選擇可替換、高精度的傳感器對于環(huán)境監(jiān)測來說至關(guān)重要。一般來說，同類的傳感器測得數(shù)據(jù)之間誤差應(yīng)不超過3%，這樣通過一定得補償機制可以將誤差控制在1%之內(nèi)。選擇傳感器的另一個重要因素是傳感器的啟動時間。在啟動時間內(nèi)傳感器需要一個持續(xù)的電流作用，因此需要采用啟動時間較短的傳感器以節(jié)省能量。

3.2 能量管理

目前的傳感器節(jié)點大多使用兩節(jié)AA電池供電，這樣的電力在3V情況下大約是2200mAh。如果需要持續(xù)工作9個月，每個節(jié)點平均每天只有8.148mAh的電量。表列出了傳感器節(jié)點常用操作消耗的能量。實際應(yīng)用中需要仔細地在本地計算、數(shù)據(jù)采集和通信之間分配能量