空气质量监测站由无线传感器节点、空气质量传感器(检测SO2,NOx等)以及A/D转换、网关节点、GPRS模块、微处理器等组成。监测区域所部署的传感器节点监测每点的数据,然后数据沿着其他传感器节点逐级进行传输,在传输过程中监测的数据可能被多个节点处理,经过多跳后汇集到网关节点,再由网关节点将数据传输到控制中心。
应用于环境监测的传感器网络,具有部署简单、便宜、无需派人现场维护的优点。在环境方面的应用包括:监测大面积的海洋、森林、气象和地理研究;监测牲畜、家禽的环境状况;监控动物栖息地等。
2.2 远程家庭监护系统
随着社会老龄化的加剧,解决长期慢性病的监护成为重要的社会问题。一些突发性疾病和家庭保健,如心血管疾病、老人的日常护理、孕妇、胎儿、婴儿、幼儿的保健也需要长期的家庭监护。由于中国医疗资源紧缺,基于公用网络的家庭医疗监护,建立小区医疗网络,可以提高医疗服务水平,减轻病人负担。
在人体身上安装特殊用途的传感器节点,如心率和血压监测设备,利用传感器网络,医生就可以随时了解被监护者的情况,进行病情的及时处理[8]。还可以利用传感器网络长时间地收集人的生理数据,这些数据在研制新药品的过程中是非常有用的,而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来太多的不便。此外,在药物管理等诸多方面,它也有新颖而独特的应用。人工视网膜是一项生物医学的应用项目。在SSIM计划中,替代视网膜的芯片由100个微型传感器组成,并植入人眼,目的是使得失明者或者视力极差者能够回复到一个可以接受的视力水平。传感器的无线通信满足反馈控制的需要,有利于人们对图像的识别和确认。 传感器网络为远程医疗提供了更加方便、快捷的技术手段。无线传感器网络可以长时间地收集生理数据,远程监控人体状况并提供诊断。还可用于医院的药品管理,将传感节点按药品种类分别放置,计算机系统可辨认所开的药品。
2.3 矿井瓦斯监测系统
安全问题一直是困扰中国煤矿生产的重大问题,瓦斯爆炸事件给人民的生命财产造成巨大的损失。矿井瓦斯主要是在开采过程中溢出的,因此矿井工作面瓦斯含量最大,由于工作面工作条件十分恶劣,至今没有设置瓦斯监测装置。只是在回风巷设置了固定式瓦斯探头。将无线传感器网络技术用于煤矿安全生产中,使矿井人员携带或机载的移动式瓦斯传感器,将工作面的瓦斯值传输到工作面端头的瓦斯监控系统中,从而实现瓦斯源头的实时监测,及时避免事故的发生[9]。
瓦斯监测系统由移动式瓦斯传感器、矿井瓦斯监控分站、地面中心3部分组成。其中,移动式瓦斯传感器采集瓦斯信号,经过微弱信号放大电路,A/D转换后由单片机存储管理其数据。
传感器采用定时输出、无线电发送方式。监控分站包括电力负荷控制和电子监控电路。监控分站的核心是嵌入式电路,该电路外接2.4 GHz的传输模块,实现无线信号的搜集与处理。当瓦斯超限时能够发出控制信号,该控制信号控制声光报警器发出报警信号,也可以控制工作面的供电系统,实施断电。该电路还能实现电力负荷的监测功能。
遍布整个矿井的网络监控站的信息可以传到地面中心。地面中心的主要任务是实时显示各个监控点的瓦斯信息,供矿井调度实施生产指挥与调度。
无线传感器网络的应用解决了原有井下固定瓦斯监测带来的安全隐患,提高煤矿开采作业的安全等级。系统组网简单、维护方便、成本低廉且移动平台功率控制好,属于本质安全型的监测平台,适合于中小煤矿安装。通过监测分站的内建通用异步接收发送器,还可将数据传输至地面监控中心存储管理,提高了煤矿安全生产水平。
2.4 大棚环境监控系统
目前大棚养殖已成为中国一些农村的重要产业,是当地农民的主要经济来源,随着大棚养殖逐渐的大规模化和集团化,无人值守的大规模大棚自动监控系统具有较高的实际应用价值。大棚环境监控系统总体架构如图3所示。由上海市计算技术研究所构造的花卉大棚无线传感器网络监控系统,利用无线收发设备传输数据,无需专门架线,系统结构简单,节省了人力物力,通过监测管理中心可实现对大棚温湿度的控制、二氧化碳含量测量、光照度信息采集和图像监控等功能,实现真正意义上的无人值守,与普通无线技术相比,还具有低功耗、低成本和网络容量大等特点,该系统由中心控制单元和大棚监控节点组成。
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