利用LabVIEW和WSN技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)一座12世紀(jì)的名勝古跡的監(jiān)測(cè)

精品文檔-下載后可編輯利用LabVIEW和WSN技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)一座12世紀(jì)的名勝古跡的監(jiān)測(cè)西班牙，阿吉拉爾場(chǎng)的SantaMaríalaReal基金，為一座可以追溯到12世紀(jì)教堂及其修道院開展了一項(xiàng)修復(fù)工程。項(xiàng)目由Castile和León地方政府通過RománicoNorte計(jì)劃提供資金，來支持SantaMaríalaReal基金和遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃（MHS）。本地行動(dòng)小組PaísRománico也通過環(huán)境農(nóng)業(yè)漁業(yè)部的開發(fā)計(jì)劃為SantaMaríalaReal基金和遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃籌措資金。

在這座具有歷史意義的教堂改造完成后，基金會(huì)意識(shí)到遺跡需要連續(xù)監(jiān)測(cè)從而保護(hù)教堂不受環(huán)境衰退的侵害。因此，小組開發(fā)了一套實(shí)驗(yàn)性的方案用于監(jiān)測(cè)教堂的環(huán)境參數(shù)，包括如下幾方面：

·教堂外部的空氣溫度和相對(duì)濕度

·教堂中殿內(nèi)部17個(gè)位置的空氣溫度以及相對(duì)濕度

·一套位于教堂上部的微型氣象站的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

·結(jié)構(gòu)振動(dòng)的測(cè)量

教堂的保護(hù)團(tuán)隊(duì)決定將這些測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于一臺(tái)位于教堂內(nèi)部的中央計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)將被傳送到遠(yuǎn)程站點(diǎn)用以觀察和管理。另外，還需要安裝一個(gè)紅外入口探測(cè)器、一個(gè)火警探測(cè)器以及一個(gè)用于遙控外部設(shè)備的裝置。

團(tuán)隊(duì)選擇了WSN（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)用于測(cè)量溫度和濕度參，以及入口探測(cè)器，火警探測(cè)器和制動(dòng)器。此外團(tuán)隊(duì)使用NIWLS-9163Wi-Fi模塊結(jié)合三軸加速計(jì)來測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)。

團(tuán)隊(duì)選擇LabVIEW來管理整個(gè)系統(tǒng)以及同時(shí)執(zhí)行多個(gè)進(jìn)程。的挑戰(zhàn)來自于線路和傳感器的安裝，既要滿足測(cè)量信號(hào)的需求，又要不破壞教堂的美觀，這是很困難的。圖1描述了教堂中殿的傳感器網(wǎng)絡(luò)的大概位置。

Figure1:節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)計(jì)劃

具體來說，團(tuán)隊(duì)在一個(gè)小房間內(nèi)安裝了兩個(gè)NIWSN-9791網(wǎng)關(guān)，并將它們隱藏，使得人們不會(huì)注意到它們，但是這樣信號(hào)的質(zhì)量就變得很差了。為此，團(tuán)隊(duì)使用了信號(hào)增強(qiáng)的處理方式，采用高增益的外部天線來增強(qiáng)信號(hào)，放置位置如圖2所示。

為了測(cè)量溫度和濕度，團(tuán)隊(duì)使用了型號(hào)為為HMP50的溫度與濕度計(jì)，并采用NIWSN-3202模擬輸入節(jié)點(diǎn)將它們連接起來。這一裝置每10秒鐘讀取溫度和濕度度值，計(jì)算每分鐘內(nèi)的平均值，并將其傳給網(wǎng)關(guān)。只有在檢測(cè)到變化的時(shí)候，數(shù)字輸入才會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)。只有當(dāng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送指令時(shí)數(shù)字輸出才會(huì)被激活，然后連接到特定位置的固態(tài)繼電器上。另外，團(tuán)隊(duì)為WSM-3202添加了保護(hù)性外殼，這樣可以確保傳感器的安全性。

團(tuán)隊(duì)使用LabVIEW管理測(cè)量系統(tǒng)，開發(fā)了一套基于多線程的應(yīng)用程序，可以同時(shí)執(zhí)行若干進(jìn)程。這些進(jìn)程包括如下任務(wù)：

Figure2:測(cè)量節(jié)點(diǎn)

后來，小組把節(jié)點(diǎn)裝置放在防水的地方，那里更易于上色和隱藏。這使得這個(gè)位置成為信號(hào)接收的較佳位置。

團(tuán)隊(duì)使用LabVIEW管理測(cè)量系統(tǒng)，開發(fā)了一套基于多線程的應(yīng)用程序，可以同時(shí)執(zhí)行若干進(jìn)程。這些進(jìn)程包括如下任務(wù)：

·測(cè)量來自傳感器網(wǎng)絡(luò)和氣象站的數(shù)據(jù)

·讀取來自加速計(jì)的數(shù)據(jù)

·使用互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)方的數(shù)據(jù)庫

·管理用戶界面

進(jìn)程被均衡的分配在惠普（HP）ProliantML115G5服務(wù)器（一個(gè)四核OpteronCPU）的不同核上。應(yīng)用程序調(diào)用ServiceKeeperandServiceMill的工具來作為Windows操作系統(tǒng)的服務(wù)運(yùn)行。部分接口如圖4和5所示。

Figure3:用戶界面截圖

保護(hù)團(tuán)隊(duì)安裝了一個(gè)氣象站，通過串行總線和一個(gè)Wi-Fi接入點(diǎn)相連。服務(wù)器上的DIGIRealport軟件仿真一個(gè)串口，LabVIEW應(yīng)用程序可以通過這個(gè)串口讀取氣象站的數(shù)據(jù)。

團(tuán)隊(duì)使用同樣的策略連接WLS-9163裝置讀取三個(gè)加速度計(jì)通道的數(shù)據(jù)。他們將WLS-9163Wi-Fi客戶端連接到Wi-Fi接入點(diǎn)，LabVIEW由模擬輸入通道讀取數(shù)據(jù)。

雖然傳感器的工作環(huán)境很惡劣，但是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠依然運(yùn)行，這些節(jié)點(diǎn)只要有8%的信號(hào)強(qiáng)度他們就能夠傳輸數(shù)據(jù)，而一般情況下所有的節(jié)點(diǎn)能夠超過20%的信號(hào)強(qiáng)度。有些節(jié)點(diǎn)偶爾會(huì)失去連接，這可以通過中繼節(jié)點(diǎn)來解決，但這種解決方案并不可行，因?yàn)橹欣^節(jié)點(diǎn)并不能從外部獲取供電，會(huì)很快耗盡電池。

通過上面所述的這些技術(shù)，LavVIEW虛擬儀器技術(shù)和WSN技術(shù)，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一套完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將不同的傳感器組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)方便快速的監(jiān)測(cè)。

通過在LabVIEW中開發(fā)節(jié)點(diǎn)程序允許在節(jié)點(diǎn)中完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，確保了節(jié)點(diǎn)電池的使用時(shí)間和更高的能源利用率。例如，保護(hù)團(tuán)隊(duì)可以應(yīng)用