用于環境監測的自供電傳感器網絡分析

常兵磊 亓大千 栗 騰

1.聯合泰澤環境科技發展有限公司山東分公司，山東濟南 250000；2.山東省煤田地質局第五勘探隊，山東泰安 271000

加強用于環境監測的自供電傳感器網絡分析，有利于增強環境監測工作落實效果，保持其良好的監測工作狀況，實現對可能發生環境問題的有效應對。因此，需要通過對信息化時代背景下環境監測要求的充分考慮，對適用于其監測方面的自供電傳感器網絡進行有效分析，且在與之相關的分析研究工作支持下，保持這類網絡應用過程中良好的功能特性，最大限度地滿足環境監測方面的多樣化需求。在此基礎上，可提升環境監測方面的信息化水平。

1 基于環境監測的自供電傳感器網絡結構分析

為了使自供電傳感器網絡在環境監測應用中可發揮出應有的作用，給予其監測工作高效開展相應的支持，則需要對這類網絡結構有所了解。具體表現為：（1）數據采集端。通過對這類智能化模塊的合理設置，可使自供電傳感器網絡在環境監測應用中實現對數據的高效采集。實踐中的數據采集端包括：溫濕度數字傳感器、PIC 18系列的MCU和ZigBee兼容的無線收發芯片組成。其中，MCU與無線收發芯片通過SPI總線連接，二者構成無線傳輸模塊。相應的通信協議與應用程序都在MCU上實現；（2）數據接收與采集端。自供電傳感器網絡結構形成過程中，通過對數據接收端的合理設置，且在無線傳輸模塊、PC機通信及異步串口的配合作用下，可實現對環境監測數據的有效接受。此時，數據采集端可對主機發出的信號進行及時處理，并在無線傳輸方式的支持下將采集到的信號發送出去，且能將環境監測中采集到的數據進行上傳處理，使得自供電傳感器網絡的潛在應用價值提升；（3）主機通過相應監控程序，向數據采集端發出數據采集請求，接收數據并實時顯示數據。實踐中通過對這些不同結構組成部分的配合使用，可增強自供電傳感器網絡在環境監測方面的應用效果，完善這類網絡的服務功能。

2 基于環境監測的自供電傳感器網絡的ZigBee通信協議

由于實踐中自供電傳感器網絡對性能可靠的無線傳感器依賴性強，因此，為了確保這類網絡在環境監測方面的應用效果良好性，則需要對與之相關的ZigBee通信協議加以分析。具體表現為：（1）通過對ZigBee通信協議的科學使用，有利于滿足基于環境監測的自供電傳感器網絡的節能需求，減少能耗的同時確保環境監測工作落實有效性，并提高環境監測中的信息傳遞效率；（2）基于ZigBee通信協議的自供電傳感器網絡，其運行過程中可實現對ZigBee網絡設備的高效利用，使得這類設備支持下的環境監測數據傳輸更加高效，且在無線通信模塊的配合作用下，優化自供電傳感器網絡使用功能，避免對環境監測工作落實效果造成不利影響。同時，通過對ZigBee通信協議、無線傳感器等要素的科學使用，可使基于環境監測的自供電傳感器網絡功能更加完善，實現對環境監測信息的高效處理。

3 基于環境監測的自供電傳感器網絡的硬件設計

實踐中通過對環境監測要求及實際情況的分析與考慮，在構建其所需的自供電傳感器網絡過程中，為了提升其實踐應用水平，也需要注重這類網絡相關的硬件設計。其設計要點包括以下方面。

3.1 傳感器節點總體結構及功耗估計

實踐中的傳感器節點組成部分較多，像處理器模塊、無線通信模塊、能量供應及傳感器模塊，都隸屬于傳感器節點的范疇。其中，在對環境監測方面的數據進行分析及處理時，需要發揮傳感器節點中處理器模塊的實際作用，且在這類模塊的支持下，通過對其工作電壓、電流的合理設置，有利于降低基于環境監測的自供電傳感器網絡中硬件部分的能耗；在與其它監測端及節點間進行無線通信時，需要通過對傳感器節點中無線通信模塊的合理設置予以應對，從而提升基于環境監測的自供電無線傳感器網絡的通信水平；能量模塊的作用在于：為傳感器節點提供所需的能量，使得與之相關的網絡能夠處于正常的運行狀態；傳感器模塊的作用在于：負責監測區域內溫濕度信息的采集和數據轉換，能夠使相應的網絡應用中的數據信息傳遞效率逐漸提高。實踐中通過對這四個不同模塊功能特性的充分考慮，可實現對傳感器節點總體結構的合理設置，滿足基于環境監測的自供電傳感器網絡的穩定運行要求。

在傳感器節點功耗估計中，需要設計人員能夠根據這類節點中組成部分的實際情況，針對性的開展其功耗估計工作，并將節能理念融入到傳感器節點設置過程中，使得基于環境監測的自供電傳感器網絡硬件設計更具合理性，并完善其在實踐中的設計方案。

3.2 太陽能供電模塊的合理使用

為了使傳感器節點在實踐中所需的儲能裝置使用壽命得以延長，且減少其維護工作量，滿足節能環保方面的實際要求，則需要設計人員在基于環境監測的自供電傳感器網絡硬件設計中注重太陽能供電模塊的合理使用。具體表現為：（1）設計人員應通過對傳感器節點能量需求的考慮，將太陽能供電模塊應用于基于環境監測的自供電傳感器網絡硬件設計中，使得這類網絡硬件部分的能量供應方面可滿足節能環保要求，確保其中的傳感器節點應用效果良好性；（2）傳感器節點中設置太陽能供電模塊時，也需要在光伏與可充電池之間配置一定容量的超級電容器，并通過并聯控制器控制超級電容器來實現有效的能量流動。同時，用超級電容器和可充電池混合儲能的光伏系統，可在太陽能板、超級電容器等構件的配合作用下，滿足傳感器節點的能量需求，并提升太陽能供電模塊的潛在應用價值。

3.3 其它方面的硬件設計要點

基于環境監測的自供電傳感器網絡硬件設計，除過前面所述的設計內容，也需要關注其在這些方面的設計要點：（1）重視溫濕度傳感器模塊的設置與使用。在這類模塊的作用下，可實現對環境監測中溫度、濕度數據信息的采集、分析及處理，完善自供電傳感器網絡的硬件設計方案，給予環境監測水平提升科學保障；（2）加強無線模塊的硬件使用。設計人員在實踐中若能加強這類模塊的硬件使用，則可提高適用于環境監測的自供電傳感器網絡中的數據傳輸效率。在此期間，應考慮選用功耗低、集成度高，且與ZigBee協議兼容性良好的芯片，從而滿足自供電傳感器網絡硬件設計方面的要求，并實現對無線模塊硬件的高效利用，確保這類硬件組成部分支持下的環境監測工作開展能夠達到預期效果。

4 基于環境監測的自供電傳感器網絡的軟件設計

4.1 設計中的初始化

該網絡軟件設計中的初始化，包含了這些內容：（1）定義信息包傳輸的基本格式；（2）定義不同的端口，且需要將電壓調節器打開，復位并開啟晶體振蕩器；（3）注重緩沖接受模式與緩沖發送模式的配合使用，使得基于環境監測的自供電傳感器網絡中的軟件設計更加合理，增強這部分的設計效果。

4.2 設計中的中斷服務流程

基于環境監測的自供電傳感器網絡的軟件設計工作開展，為了確保該網絡中數據信息的傳輸狀況良好性，則需要設計人員合理設置中斷服務流程。具體表現為：（1）根據這類網絡的功能特性，針對性的設置好開中斷、把接收到的數據存放到自定義的緩沖區、尋址過程分析、關中斷等中斷服務流程；（2）當中斷服務流程設置好后，需要對其在基于環境監測的自供電傳感器網絡中的作用效果進行全面評估，以便提升該網絡的軟件設計水平。

4.3 設計中的上位機顯示

在基于環境監測的自供電傳感器網絡軟件應用中的上位機顯示效果是否良好，體現著其軟件設計水平。因此，設計人員在這類網絡設計中應通過對采樣分析、串口傳送下的數據傳輸狀況、PC機的應用工況等要素的考慮，實現軟件設計中的上位機顯示，從而將環境監測數據在自供電傳感器網絡中的軟件作用下顯示出來。

5 結語

綜上所述，通過對自供電傳感器網絡的有效使用，可使環境監測工作開展更具科學性，逐漸增加其監測過程中的技術含量。因此，未來在實現環境監測方面的信息化發展目標時，應關注自供電傳感器網絡的科學使用，使得這類網絡作用下的環境監測工作更加高效，并實現對其監測中所需豐富信息資源的高效利用，從而改善環境監測方面的工作狀況，滿足生態建設方面的實際要求。長此以往，可為我國環境監測積累豐富的實踐經驗。