基于无线传感器网络的水文监测系统

以前的一位同事要拉项目，大上周临时帮她写了个方案框架。结果她说我写的太快了，怀疑是抄的，要不然怎么上午10点写，还不到中午就写完了。懒得跟她解释，她不愿意用就算了，我自己贴博客吧。（其实仔细看就发现了，没怎么太多东西，最占时间的是画前面那两张图）

  

基于无线传感器网络的水文监测系统

 

1．基于自组网的数据汇集系统

 

图1 无线传感器网络

  

 

水文监测系统分为三部分，数据采集系统，数据汇集系统和数据处理系统。数据采集系统由每一个传感器节点自主完成，具体实现在下一节介绍。数据处理系统由其他单位负责设计完成。本节重点介绍数据汇集系统的设计。

数据汇集系统采用自组织网络结构，网络拓扑采用分簇分层设计。所有节点即可以作为终端节点采集数据，也可以作为簇首节点负责数据的汇集和转发。在整个网络中，将所有节点分为下列三种角色：sensor、head、gateway。

l  Sensor：负责采集数据，定时将采集到的数据发给head；

l  Head：负责采集数据，收集簇内节点采集到的数据，将采集数据通过网络发给岸上的汇聚节点；

l  Gateway：负责采集数据，帮助head转发数据。

 

2．传感器网络节点

 

图2 传感器节点组成

  

 

数据流：

传感器节点每X分钟进行一次数据采集传感器。首先控制单元每X分钟打开采集电路；传感器单元采集数据，并将数据以模拟信号的形式传给A/D；A/D将模拟信号转换成数字信号，传给数据处理单元；数据处理单元按应用层数据格式组织数据，组成一个Message，并将message传给网络协议单元；网络协议单元计算到达岸边汇聚节点的路径，并将计算出来的路径记录在message中组成packet，将packet发给数据收发单元；数据收发单元将数据发送出去。

数据到达岸上的汇集节点后，可通过ethernet，WiFi或GPRS等网络发给数据中心。

 

在整个数据处理过程中，网络协议单元是核心部分。它主要负责实现数据传输协议，协议栈分为四层：物理层，链路层，网络层，应用层。（不做单独的传输层）

l  物理层负责实现数据帧的无线收发。采用433MHz的公共频段，不需要无委会审批，可以直接使用；

l  链路层负责实现成帧、检错、纠错，和链路层的广播算法的实现；

l  网络层负责数据的路由，包括路由发现和路由维护，和网络状态监测等；

l  应用层负责组织采集数据。

 

3．节点实现方案

传感器部分。。。

 

除传感器外，其他部分主要在主板上实现，主板的核心采用nRF9E5芯片。nRF9E5是一款工作频率为433/868/915MHz的智能射频芯片，集成了8051微控器、4通道10位A/D转换以及多通道RF收发。该芯片采用1.9V~3.6V单电源供电，发射功率为10dBm，接收灵敏度-100dBm，在低功耗时电流仅2.5μA，可以用电池供电，并长期用于野外数据采集等应用场景。

 

图3 nRF9E5功能结构图