無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在酒窖溫度監(jiān)測中的應(yīng)用

沈昕

摘要：隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用到它的地方也越來越多，將該技術(shù)引入對酒窖環(huán)境溫度的監(jiān)測中，在很大程度上彌補了目前基于有線連接，導(dǎo)致酒窖溫度監(jiān)測系統(tǒng)線纜布局復(fù)雜、成本高、維護性差、系統(tǒng)靈活性差等缺點。文章從酒窖溫度監(jiān)測系統(tǒng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)模型、拓撲結(jié)構(gòu)、技術(shù)實現(xiàn)等方面進行論述。和傳統(tǒng)的采用有線方式連接的溫度監(jiān)測系統(tǒng)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在酒窖溫度監(jiān)測中具有明顯的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；酒窖溫度監(jiān)測

1前言

目前，不論是國內(nèi)還是國外，大大小小的酒莊數(shù)不勝數(shù)，酒莊中對酒的儲存就成了一個很重要的問題，不同的酒對酒窖溫度的要求也是不一樣的，如果一種酒不能在適宜的溫度下存放，對酒品質(zhì)的影響是很大的，特別是一些價格昂貴的葡萄酒，對存放的溫度是很挑剔的，它們需要在特定的溫度下存放才能保證酒的品質(zhì)，因此對酒窖溫度的監(jiān)測控制就顯得非常重要了。

怎樣對酒窖的溫度進行實時有效的監(jiān)控呢，最常規(guī)的做法就是在酒窖中安置溫度計，但這種方法存在不足之處，它需要定期定時的去酒窖查看溫度值，如果不在理想的溫度范圍就對酒窖溫度進行調(diào)節(jié)，這顯然相當繁瑣，費時費力。另外一種稍微先進一點的方法就是在酒窖鋪設(shè)有線連接的傳感器檢測網(wǎng)絡(luò)，即在酒窖的一定位置上安置溫度傳感器節(jié)點，傳感器按照一定頻率實時的進行溫度數(shù)據(jù)的采集，最后將采集到的數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心再通過分析接收到的溫度數(shù)據(jù)對酒窖溫度進行控制調(diào)整。但這種方法也存在缺陷，即是線纜布局較復(fù)雜、成本比較高、網(wǎng)絡(luò)維護性差、系統(tǒng)的靈活性也較差，如果需要增加監(jiān)測節(jié)點的數(shù)量，必然會增加布線等方面的成本。

隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用到它的地方也越來越多，在測試測量等工程領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有局部信號處理能力，很多信號都可以在傳感器節(jié)點進行處理，將大大減少數(shù)據(jù)量在后續(xù)網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成的系統(tǒng)是一種并行的、分布式的信息處理系統(tǒng)，極大的提高了監(jiān)測系統(tǒng)的運行速度及可靠性、靈活性。除此之外，用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以降低監(jiān)測系統(tǒng)的成本，提高監(jiān)測系統(tǒng)的靈活性和可維護性。因此，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有的多種優(yōu)點，其在酒窖溫度的監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用也成為了業(yè)界關(guān)注的熱點。

2酒窖溫度監(jiān)測系統(tǒng)模型

酒窖溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要由三部分組成，即：酒窖溫度數(shù)據(jù)采集、酒窖溫度數(shù)據(jù)匯聚、酒窖溫度數(shù)據(jù)傳輸，如圖1所示。多個相對獨立的監(jiān)測子網(wǎng)組成了整個監(jiān)測系統(tǒng)。酒窖溫度數(shù)據(jù)的采集部分包含了多個監(jiān)測節(jié)點，這些監(jiān)測節(jié)點分布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)采集數(shù)據(jù)，最后通過特定的網(wǎng)絡(luò)組成方式構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。其工作過程即是：監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各個監(jiān)測節(jié)點分別完成各自的溫度數(shù)據(jù)的采集，接著將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點（網(wǎng)關(guān)節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中起數(shù)據(jù)匯聚的作用），最后網(wǎng)關(guān)節(jié)點將匯聚后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測終端，在數(shù)據(jù)監(jiān)測終端可以對酒窖的溫度進行實時的分析，若此時的溫度低于或者高于正常值則再通過溫度控制端對酒窖溫度進行準確的調(diào)整。

3酒窖溫度監(jiān)測拓撲結(jié)構(gòu)

在酒窖溫度監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，由于酒窖的監(jiān)測范圍一般不是很大，因此測量點數(shù)不是很多，最多幾十個，這與一般的大量節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比，其網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍要小很多，因此，在本系統(tǒng)中使用人工方式布點，采用星型拓撲結(jié)構(gòu)搭建網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過IEEE802.15.4協(xié)議組建，如圖2所示。

星型拓撲結(jié)構(gòu)是最簡單的一種網(wǎng)絡(luò)拓撲形式，它只包含一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點和若干個監(jiān)測節(jié)點，每個監(jiān)測節(jié)點只能和網(wǎng)關(guān)節(jié)點進行通信。在本酒窖溫度監(jiān)測系統(tǒng)中，根據(jù)酒窖的大小，在需要監(jiān)測的地方安置若干個監(jiān)測節(jié)點，監(jiān)測節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點構(gòu)成了星型拓撲結(jié)構(gòu)的監(jiān)測子網(wǎng)，監(jiān)測節(jié)點主要功能是對酒窖溫度數(shù)據(jù)進行采集，而網(wǎng)關(guān)節(jié)點的主要功能是對整個星型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點進行維護以及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，另外，為了防止由于網(wǎng)關(guān)節(jié)點損壞或者能量耗盡而使整個監(jiān)測子網(wǎng)無效，本系統(tǒng)有一個備用網(wǎng)關(guān)，在網(wǎng)關(guān)節(jié)點出現(xiàn)異常時使用。

4酒窖溫度監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)

4.1傳感器節(jié)點

由于酒窖的特殊環(huán)境要求，其溫度監(jiān)測系統(tǒng)中采用的傳感器節(jié)點必須體積較小，精度要高，而且使用壽命要長等，及時而準確地獲取酒窖溫度數(shù)據(jù)是完成監(jiān)測和控制的前提條件。本監(jiān)測系統(tǒng)中用到的傳感器節(jié)點內(nèi)部由4部分組成，如圖3所示。

圖中，傳感器模塊的主要功能是對酒窖溫度進行采集以及之后的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊的主要功能是控制數(shù)據(jù)的存儲以及對自身和其他節(jié)點的數(shù)據(jù)進行處理；無線通信模塊的主要功能是控制與其它節(jié)點的無線通信以及將最終數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)測終端；電源供應(yīng)模塊的主要功能是為節(jié)點供電，通常采用微型電池。

4.2數(shù)據(jù)采集與處理

酒窖溫度監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比較，規(guī)模較小，節(jié)點個數(shù)少，但其采集的溫度數(shù)據(jù)信息量比較大，而整個監(jiān)測系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)時延要小。如果將每個監(jiān)測節(jié)點的數(shù)據(jù)都發(fā)送到監(jiān)測終端，將會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，而且會產(chǎn)生較大的延遲。因此，在網(wǎng)關(guān)節(jié)點需要先將溫度數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合處理后再轉(zhuǎn)發(fā)。

5結(jié)語

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相對于傳統(tǒng)有線連接的網(wǎng)絡(luò)在很多方面存在優(yōu)勢，比如：其傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點體積小、精度高、生命周期長、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點擴展方便等。因此，它非常適合應(yīng)用在酒窖溫度監(jiān)測系統(tǒng)中。