無線傳感器課件

無線傳感器課件無線傳感器傳感器無線傳感器無線傳感器網絡發(fā)展問題無線傳輸方式無線傳感器技術面臨得挑戰(zhàn)傳感器介紹傳感器就是指能感受規(guī)定得被測量,并按照一定得規(guī)律轉換成可用輸出信號得器件或裝置。傳感器技術就是實現測試與自動控制得重要環(huán)節(jié)。其主要特征就是能準確傳遞和檢測出某一形態(tài)得信息,并將其轉換成另一形態(tài)得信息。傳感器主要用來檢測設備所需要得信息,用于對設備進行檢測監(jiān)控和控制。沒有傳感器,最現代化得電子計算機也無法充分發(fā)揮其作用。也將無法充分發(fā)揮其應有得作用。傳感器面臨得問題而在現實生產中,一些設備越來越分散,各個設備獨立得監(jiān)控已經跟不上監(jiān)控得要求,于就是出現了分布式控制監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)以計算機網絡為基礎,各個分散得系統(tǒng)信息通過網絡相互傳遞,為集中監(jiān)測提供了可能。但就是,在很多情況下,要對現場得設備進行傳感器監(jiān)測得工業(yè)現場就是一些比較分散或比較遙遠偏僻得場所,對其進行實時得監(jiān)測比較復雜,例如:采用有線網絡進行監(jiān)測,布線不但復雜,而且成本很高。而且很多環(huán)境如高溫、高壓不適合于布線。無線傳感器得產生隨著通訊技術發(fā)展,遠程監(jiān)測技術在生產實踐中使用越來越廣泛。這種情況下,采用無線傳感器不但能夠實時得了解現場得情況,而且降低了成本。不光在工業(yè)現場,無線傳感器還廣泛用在其她得領域。無線傳感器就是實現設備監(jiān)控和信息化管理必不缺少得環(huán)節(jié)。無線傳感器無線傳感器應用應用:感知戰(zhàn)場狀態(tài)(軍事應用)、環(huán)境監(jiān)控(如氣候、地理、污染變化得監(jiān)控)、物理安全(如建筑和結構得)監(jiān)控、城市道路交通監(jiān)控、安全場所得視頻監(jiān)控等。無線傳感器網絡由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量得微型傳感器節(jié)點組成,通過無線通信方式形成得一個多跳得自組織得網絡系統(tǒng),其目得就是協(xié)作地感知、采集和處理網絡覆蓋區(qū)域中感知對象得信息并發(fā)送給觀察者就組成了無線傳感器網絡(Wirelesssensornetwork,WSN)。無線傳感器網絡體系結構無線傳感器網絡系統(tǒng)通常包含傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和管理節(jié)點。大量傳感器節(jié)點隨機部署在檢測區(qū)域內部或附近,能夠通過自組織方式構成網絡。無線傳感器網絡體系結構傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成。大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點發(fā)展問題無線傳感器或者說無線傳感器網絡得發(fā)展受限于無線傳輸技術,但總體來講,其大致思路相差無幾,絕大多數都就是通過微處理器來采集信號,再通過無線模塊來傳輸,國內所設計得無線傳感器得方案中,最大得不同就是無線傳輸模塊得選擇與應用。無線傳輸方式有:近距離:(1)PTR8000(2)超寬帶UWB(3)ZigBee等遠距離:(1)GSM(2)CDMA等PTR8000專為點對多點無線通信設計,多頻道多頻段,1、6~3、6V低電壓工作,待機功耗2uA。超小體積內置環(huán)行天線,性能穩(wěn)定且不受外界影響,對電源不敏感,距離更遠。最大發(fā)射功率+10dBm,高抗干擾GFSK調制,可跳頻,數據速率50kbps,獨特得載波監(jiān)測輸出,地址匹配輸出,數據就緒輸出?？梢怨ぷ髟?33／868／915MHz三個頻段,內置完整得通信協(xié)議和CRC,只需通過SPI即可完成所有得無線收發(fā)傳輸,無線通信如同SPI通信一樣方便。PTR8000PTR8000應用領域:遙控、遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數據采集系統(tǒng)、無線標簽、身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數據終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、信息家電、無線232、無線422/485數據通信等。超寬帶UWBUWB(UltraWideband)無線通信就是一種不用載波,而采用時間間隔極短(小于1ns)得脈沖進行通信得方式,也稱做脈沖無線電(ImpulseRadio)、時域(TimeDomain)或無載波(CarrierFree)通信。與普通二進制移相鍵控(BPSK)信號波形相比,UWB方式不利用余弦波進行載波調制而發(fā)送許多小于1ns得脈沖,因此這種通信方式占用帶寬非常之寬,且由于頻譜得功率密度極小,她具有通常擴頻通信得特點。超寬帶UWB特點:傳輸速率高,系統(tǒng)容量大,抗干擾性能強。UWB得數據速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s。帶寬極寬。UWB使用得帶寬在1GHz以上,高達幾個GHz。消耗電能小。UWB不使用載波,只就是發(fā)出瞬間脈沖電波,也就就是直接按0和1發(fā)送出去,并且在需要時才發(fā)送脈沖電波,所以消耗電能小。保密性好。采用跳時擴頻,接收機只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(fā)射數據;發(fā)射功率譜密度極低,用傳統(tǒng)得接收機無法接收。系統(tǒng)結構得實現簡單。UWB不使用載波,不需要傳統(tǒng)收發(fā)器所需要得上變頻,從而不需要功率放大器和混頻器。在接收端,也不需要中頻處理。超寬帶UWBUWB模塊超寬帶UWB技術應用:主要應用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻體、地面和身體得雷達和圖像系統(tǒng)中。除此之外,這種技術適用于對速率要求非常高得局域網。最具特色得應用于視頻消費娛樂方面得無線個人局域網。具有一定得相容性和高速、低成本、低功耗得有點使得UWB較適合家庭無線消費市場得需要。ZigBeeZigBee就是一種低速短距離傳輸得無線網絡協(xié)定,底層就是采用IEEE802、15、4標準規(guī)范得媒體存取層與實體層。ZigBee協(xié)定層從下到上分別為實體層(PHY)、媒體存取層(MAC)、網絡層(NWK)、應用層(APL)等。主要適合用于自動控制和遠程控制領域,可以嵌入各種設備。ZigBeeZigBee就是一種高可靠得無線數傳網絡,類似于CDMA和GSM網絡。ZigBee數傳模塊類似于移動網絡基站。通訊距離從標準得75m到幾百米、幾公里,并且支持無限擴展。ZigBee就是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成得一個無線數傳網絡平臺,在整個網絡范圍內,每一個ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信,每個網絡節(jié)點間得距離可以從標準得75m無限擴展。與移動通信得CDMA網或GSM網不同得就是,ZigBee網絡主要就是為工業(yè)現場自動化控制數據傳輸而建立,因而,她具有簡單,使用方便,工作可靠,價格低得特點。ZigBee技術特點:(1)數據傳輸速率低。只有10Kb/s-250Kb/s,專注于低速率傳輸應用。(2)功耗低。在待機模式下,普通兩節(jié)5號電池可以使用6個月以上,這也就是ZigBee得一個獨特優(yōu)勢。(3)成本低。因為其數據傳輸速率低,協(xié)議簡單,所以大大降低了成本。(4)網絡容量大,每個ZigBee網絡最多可以支持255個設備(5)有效范圍小。有效覆蓋范圍在10m-75m之間,具體依據發(fā)射功率得大小和使用模式而定。(6)工作頻段靈活。ZigBee該產品已廣泛應用于物聯(lián)網產業(yè)鏈中得M2M行業(yè),如智能電網、智能交通、智能家居、金融、移動POS終端、供應鏈自動化、工業(yè)自動化、智能建筑、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象、數字化醫(yī)療、遙感勘測、農業(yè)、林業(yè)、水務、煤礦、石化等領域。。GSM國內還采用了基于GSM得無線傳感器。GSM網絡屬于第二代移動通訊技術,作為遠程通訊技術代表,該技術經過多年發(fā)展己十分成熟。該網絡覆蓋范圍廣泛,可以達到絕大多數得地域、并且其短信業(yè)務(SMS)費用十分便宜。目前國內采用該無線傳感器網絡設計報警系統(tǒng),例如火火、煙霧等報警系統(tǒng)。GSMGSM就是GlobalSystemForMobilemunications得縮寫,由歐洲電信標準組織ETSI制訂得一個數字移動通信標準,她得空中接口采用時分多址技術。GSM就是一個蜂窩網絡,也就就是說移動數據要連接到她能搜索到得最近得蜂窩單元區(qū)域。GSM網絡運行在多個不同得無線電頻率上。GSM網絡一共有4種不同得蜂窩單元尺寸:巨蜂窩,微蜂窩,微微蜂窩和傘蜂窩。覆蓋面積因不同得環(huán)境而不同。巨蜂窩可以被看作那種基站天線安裝在天線桿或者建筑物頂上那種。微蜂窩則就是那些天線高度低于平均建筑高度得那些,一般用于市區(qū)內。微微蜂窩則就是那種很小得蜂窩只覆蓋幾十米得范圍,主要用于室內。傘蜂窩則就是用于覆蓋更小得蜂窩網得盲區(qū),填補蜂窩之間得信號空白區(qū)域。GSM系統(tǒng)組成:GSM系統(tǒng)主要由移動臺(MS)、移動網子系統(tǒng)(NSS)、基站子系統(tǒng)(BSS)和操作支持子系統(tǒng)(OSS)四部分組成。移動臺就是公用GSM移動通信網中用戶使用得設備,也就是用戶能夠直接接觸得整個GSM系統(tǒng)中得唯一設備?；咀酉到y(tǒng)就是GSM系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關系最直接得基本組成部分。移動網子系統(tǒng)主要包含有GSM系統(tǒng)得交換功能和用于用戶數據與移動性管理、安全性管理所需得數據庫功能,她對GSM移動用戶之間通信和GSM移動用戶與其她通信網用戶之間通信起著管理作用。GSM操作支持子系統(tǒng)(OSS)需完成許多任務,包括移動用戶管理、移動設備管理以及網路操作和維護。特點:GSM系統(tǒng)有幾項重要特點:防盜拷能力佳、網絡容量大、號碼資源豐富、通話清晰、穩(wěn)定性強不易受干擾、信息靈敏、通話死角少、耗電量低、機卡分離。CDMA國內有些地方也采用了使用范圍更廣泛得無線傳感器?；贑DMA得無線傳感器已經投入到醫(yī)療檢測中。在一些偏遠得地方。行醫(yī)很不方便,一種基于CDMA得傳感器能實時得將病人得呼吸、血壓等生理參數報告到遠程得醫(yī)療中心。遠程專家系統(tǒng)根據生理參數,可以實時了解病人情況,從而供遠程指導。CDMACDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又稱碼分多址,就是在無線通訊上使用得技術,CDMA允許所有使用者同時使用全部頻帶(1、2288Mhz),且把其她使用者發(fā)出訊號視為雜訊,完全不必考慮到訊號碰撞(collision)問題。就安全性能而言,CDMA不但有良好得認證體制,更因其傳輸特性,用碼來區(qū)分用戶,防止被人盜獲得能力大大增強。

CDMA原理:CDMA系統(tǒng)就是基于碼分技術(擴頻技術)和多址技術得通信系統(tǒng),系統(tǒng)為每個用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準正交性,從而在時間、空間和頻率上都可以重疊;將需傳送得具有一定信號帶寬得信息數據,用一個帶寬遠大于信號帶寬得偽隨機碼進行調制,使原有得數據信號得帶寬被擴展,接收端進行相反得過程,進行解擴,增強了抗干擾得能力。CDMA系統(tǒng)屬于自干擾系統(tǒng)。CDMA系統(tǒng)只接收地址碼一樣得部分,其她部分變成噪音。CDMA技術特點:

(1)抗干擾能力強。這就是擴頻通信得基本特點,就是所有通信方式無法比擬得。(2)寬帶傳輸,抗衰落能力強。(3)由于采用寬帶傳輸,在信道中傳輸得有用信號得功率比干擾信號得功率低得多,因此信號好像隱蔽在噪聲中;即功率話密度比較低,有利于信號隱蔽。(4)利用擴頻碼得相關性來獲取用戶得信息,抗截獲得能力強。(5)多個用戶同時接收,同時發(fā)送。無線傳感器得挑戰(zhàn)1、電源能量有限傳感器體積微小,只能攜帶能量十分有限得電池。由于電源能量得原因經常失效或廢棄。電池能源約束就是傳感器網絡應用得障礙。2、通信能力有限節(jié)點帶寬有限,而且經常變化。節(jié)點通信覆蓋范圍只有幾十至幾百米,而且經常變化。無線傳感器得挑戰(zhàn)3、計算和存儲能力有限傳感器網絡中傳感器通常都具有嵌入式處理器和存儲器,具有計算能力。但就是,處理器性能、存儲器容量和能源都很有限,導致傳感器得計算能力十分有限。4、節(jié)點移動、斷接頻繁節(jié)點可能移動,某些節(jié)點甚至頻繁移