導語：如何才能寫好一篇傳感器設計論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1.彈性元件的虛擬模型根據導體材料的應變電阻效應，電阻的相對變化與應變之間的關系。為了獲得電橋輸出與載荷的關系，需要構建彈性元件的數學模型。電阻式傳感器的彈性元件結構有圓筒式、柱環式、懸梁式和輪輻式四種基本類型，各種不同的結構型式的彈性元件應變ε與載荷F的關系如下所示。（1）柱筒式彈性元件其中E為彈性模量，A為橫截面積。（2）柱環式彈性元件其中R0為內環半徑，b為柱環寬度，h為柱環厚度，E為彈性模量。（3）懸梁式彈性元件其中l為有效長度，b為懸梁寬度，h為懸梁厚度，E為彈性模量。（4）輪輻式彈性元件其中b為輪輻條厚度，h為輪輻條寬度，G為剪切模量。將四種彈性元件類型設計在一個子VI中，通過操作“彈性元件類型”下拉列表進行選擇。

2.虛擬電橋模型電橋是目前常用的電阻式傳感器測量電路，整個電橋電路由四個橋臂組成，當橋臂接入應變電阻時則成為應變電橋。當有一個臂被接入應變電阻時，被稱為單臂電橋；兩個臂被接入應變電阻時則為雙臂電橋（也稱半橋）；四個臂均被接入應變電阻時則稱為全橋。在橋路中均未接入應變電阻時。

3.電阻屬性和接橋方式設計前面板（如圖1所示）上電橋部分的電阻屬性分為固定電阻、應變電阻和平衡電阻三種，應變電阻的貼片方式分為受拉應力和受壓應力。（1）電阻屬性。圖1中的電阻R1的屬性只有兩種：應變電阻和固定電阻。該屬性通過操作“R1”設置開關進行選擇。若R1為應變電阻屬性，其阻值會隨載荷F的增減而產生相應的ΔR1以及因溫度變化產生的ΔR1t。電阻R2的屬性與R1相同。通過操作“R2”設置開關可以選擇R2的屬性。若R2作為應變電阻，則會隨載荷F的增減而產生相應的ΔR2以及因溫度變化產生的ΔR2t。若操作“差動設置”開關，則可使R2的受力方式為受壓應力，從而會隨載荷F的增減而產生相應的-ΔR2以及因溫度變化產生的ΔR2t。R3，R4需要參與調平電路的設計，因此接線也會相對復雜。通過操作“R3”和“R4”設置開關對該電阻進行屬性操作。圖中出現的Rr顯示框為調零電路中的R5的右半部分與R6串聯然后再與R3并聯后的阻值。Rl顯示框為R5的左半部分與R6串聯后再與R4并聯后的阻值。（2）接橋方式的設計。虛擬前面板上的電橋工作方式分別為：不工作、單臂工作，半橋工作和全電橋工作方式四大類型。對于半橋和全橋方式，其中應變片又分為差動和非差動兩種布片方式。不工作方式指的是R1，R2，R3和R4都設置成固定電阻。該方式無論怎樣施加外力，輸出始終為零。單臂工作時將R1設置為應變電阻，R2、R3、R4設置為固定電阻。此時，按“R1”按鈕，“R1”按鈕變綠，圖中應變電阻R1如果顯示向上的箭頭，表明該應變電阻受拉應力，對應電阻值增大；如果應變電阻R1顯示向下的箭頭，表明該應變電阻受壓應力，對應電阻值減小。半橋非差動工作時，R1、R2設置為應變電阻，R3、R4設置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕，兩者均變綠表示接入工作臂，同時電阻R1、R2上的箭頭方向一致，表示應變片受到相同性質的應力，此時電橋輸出基本為零。半橋差動工作時，R1、R2設置為應變電阻，R3、R4設置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕，兩者均變綠表示接入工作臂，同時電阻R1顯示向上箭頭，R2顯示向下的箭頭，表示對應的應變片受到拉應力和壓應力。全橋非差動工作時R1、R2、R3、R4屬性均為應變電阻，此時，按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按鈕，均變為綠色。四個電阻上的箭頭方向一致，表明四個電阻受相同性質的應力，此時電橋輸出基本為零。全橋差動工作時，“R1”、“R3”電阻箭頭向上，表示受拉應力；“R2”“R4”箭頭向下，表示受壓應力。

4.溫度誤差計算及補償在討論應變計的工作特性時通常是以溫度恒定為前提的，但在實際應用過程中，工作溫度可能會發生變化，從而導致應變電阻的阻值發生變化。設工作溫度變化為Δt℃，則由此引起粘貼在試件上的應變電阻的相對變化為。將公式（11）代入公式（7）-（10），即可以計算出溫度變化時的電橋輸出，該輸出即為溫度誤差。單臂工作時，采用補償塊法進行溫度誤差補償，該方法利用兩塊參數相同的應變計R1、R2，R1貼于試件上并接入工作臂，R2貼于與試件材料相同溫度環境的補償塊上，但該補償塊不參與機械應變，同時接入電橋相鄰臂作為補償臂。當接通電源并施加負載時，補償臂產生的熱輸出與工作臂產生的熱輸出相同，則可達到溫度誤差補償的目的。對于半橋差動和全橋差動工作方式，根據公式（10）的和差特性即能進行溫度誤差補償。5.非線性誤差計算及補償公式（10）是對公式（9）進行線性化后的輸出。對于單臂工作時，非線性誤差可以通過在電路中加入補償臂（該臂不受外加應力作用）。對于半橋差動和全橋差動工作方式，不需要外接補償電路，因為差動工作方式具有很好的非線性補償作用。

二、虛擬操作面板的設計

用LabVIEW軟件開發虛擬儀器，用戶能“量身定制”儀器的操作面板。本實驗根據真實的電阻式傳感器實驗電路接線圖作為虛擬儀器的操作面板，能直觀地闡述電阻式傳感器實驗原理及操作方式，虛擬面板如圖1所示，主要包括虛擬彈性元件選擇、應變電阻布片方式選擇、電橋接法選擇、電橋調零模塊、差動放大模塊、直流電源模塊。此外前面板還包括電阻、外力、溫度的賦值等。

三、遠程虛擬實驗的演示步驟

電阻式傳感器實驗的遠程操作分別由DataSocket技術與Web網絡工具來實現。DataSocket技術以及網絡化技術的結合使虛擬儀器的遠程控制成為可能，可在若干計算機上對傳感器虛擬實驗進行操作及數據處理。這為傳感器虛擬實驗的互動教學提升了便捷性。電阻式傳感器虛擬實驗的遠程操作過程如下：第一步，打開服務器網頁。第二步，輸入R1、R2、R3、R4的阻值。第三步，選擇彈性元件類型。第四步，設置接橋和布片方式。第五步，打開電源開關。第六步，調節調零電位計，直至電橋近似達到初始平衡狀態。第七步，點擊“施力F”按鈕。第八步，查看客戶端網頁，查看電橋輸出曲線。第十步，點擊服務器面板中的“復位鍵”，使所有選項、開關及輸入數據均清零和初始化。第十一步，關閉電源開關。

四、結束語

篇2

知識與技能：通過實驗探究，知道磁敏傳感器的工作原理及應用；能分析、設計、制作簡單的磁敏傳感器．過程與方法：學生組裝和調試磁敏傳感器，經歷科學探究過程，學習科學研究方法，培養學生的實踐能力、團隊合作能力和創新思維能力．情感態度與價值觀：通過自己設計、制作簡單的磁敏傳感器，體驗科技創新的樂趣，體會到傳感器在生活、生產和科技中的理論意義和實踐意義，激發學習興趣．

2學習任務

任務1：制作防盜報警器．任務2：制作位置傳感器．任務3：制作模擬電梯關門控制電路。

3問題與方案

通過閱讀教材與實驗探究完成以下問題：（1）什么是霍爾效應及應用？（2）單、雙干簧管的檢測方法有哪些？（3）磁敏元件在控制電路中起什么作用？（4）用干簧管與霍爾開關設計、制作簡易的磁敏傳感器．能畫出方案圖并說出工作過程．

4探究過程

4.1熟悉器材

具體器材如下：磁敏元件，穩壓電源，負載［電位器、定值電阻、12V或6V直流電動機、蜂鳴器、小燈泡、SRD－05V或JZC－23F（12V）的直流電磁繼電器］，MF－47型萬用表，DT830B型數字萬用表，邏輯非門74LS14或74LS04，三極管（S9013，S9018，S8050等），面包板等．

4.2實驗探究

4.2.1制作防盜報警器

利用干簧管、電磁繼電器、霍爾開關、非門的特點進行設計．所做的作品和市場銷售的“門磁”相同，靈敏度高，簡單實用，形象、直觀地演示了磁敏傳感器工作原理及磁控開關的應用．（1）干簧管與繼電器制作的防盜報警器，小燈泡為“6．3V，0．15A”，根據負載選取電源電壓，J和Ja是5V繼電器，J為線圈，Ja為常閉觸點．將小磁鐵嵌入在活動門的上方邊緣上，將常開干簧管嵌入在門框內，讓兩者相對靠近，即門處于關閉狀態，此時干簧管內兩簧片閉合．接通電路，繼電器線圈得電，常閉觸點Ja動作斷開，工作電路不接通；當有人開門時，磁鐵與干簧管遠離，兩簧片斷開，線圈失電，Ja觸點釋放復位閉合，工作電路接通，蜂鳴器發聲報警，紅燈亮．（2）干簧管與非門制作的防盜報警器，采用74LS04非門，R為2．2kΩ電位器或電阻箱，首先按圖將元件接插在面包板上，接上5V電壓，再調試電位器R，當其阻值在1～2kΩ時，蜂鳴器發聲報警，然后用小磁體靠近干簧管，報警聲停止．本電路工作過程為：當門關閉時，永磁體使干簧管接通，非門輸入端A與電源負極相接，處于低電平，則輸出端Y為高電平，蜂鳴器不發聲；當開門時，沒有磁場作用，干簧管不通，非門輸入端A高電平，則輸出端Y低電平，蜂鳴器通電發聲報警．（3）制作霍爾防盜報警器，R為5kΩ電位器（或電阻箱），采用74LS04非門，首先按圖將元件接插在面包板上，接通5V電源，調試電位器，當R為2～4kΩ時，蜂鳴器發出報警聲，再將小磁鐵靠近霍爾開關平面，報警聲立刻停止．本作品在生活中應用是：將小磁鐵固定在門的上方邊緣上，將霍爾開關固定在門框的邊緣上，讓兩者靠近，即門處于關閉狀態，霍爾開關輸出為低電平，非門輸出端Y為高電平，蜂鳴器達不到工作電壓不報警；當門被撬開時，霍爾開關輸出為高電平，非門輸出端Y為低電平，蜂鳴器接通發出報警聲．

4.2.2制作干簧管位置傳感器（自動停車的磁力自動控制電路）

用于玩具車接近磁鐵時自動切斷電源的自動控制電路，電源電壓3～4．5V，R為200～500Ω電阻，M為6V直流電動機，VT為三極管9013，8050，9012等．開啟電源開關S，三極管VT基極有偏置電流，VT處于飽和導通狀態，玩具直流電動機M轉動．當磁鐵靠近H時，觸點閉合，將基極偏置電流旁路，VT截止，電動機停止轉動，保護了電動機及避免了大電流放電．

4.2.3制作模擬電梯關門控制電路

參考電路，VT為三極管9012，9014，9013等，J為12V電磁繼電器，小燈泡為6．3V，接6～11V電源，按圖接插電路元件，調試電位器，當R2阻值達到8～10kΩ，R1達到2．2kΩ，電流達到45mA時，用磁鐵靠近霍爾開關，電流達到50mA時再微調R2與R1，電流稍高于50mA時，線圈得電，觸點動作，電動機轉動，綠燈亮；磁鐵離開時，電動機停轉，綠燈熄滅，同時紅燈亮，蜂鳴器發聲報警．模擬了電梯門關閉時，電梯才能運行，不關閉時紅燈亮，蜂鳴器報警，此電路靈敏度高、可操作性強。

5探究結果

篇3

關鍵詞：無線傳感器網；理論課程教學；自制實驗平臺；實驗項目

Discussion on education of the postgraduate course: wireless sensor networks

Zhang Jianhui, Zeng Hong

Hangzhou dianzi university, Hangzhou, 310018, China

Abstract: This paper analyzed some appearing problems in teaching this course among postgraduate students, and designed a new way in theory teaching by designing and constructing test-bed, by designing and developing experiment items. Our new teaching way could change the unsmooth and bald status quo in unidirectionally teaching theoretical courses, and was a reference to promote the teaching development of postgraduate courses.

Key words: wireless wensor networks; teaching of theoretical course; self-developed test-bed; experiment item

無線傳感器網近年來成為IT領域的研究熱點[1]。2009年8月，總理提出盡快建立“感知中國”中心，促進我國無線傳感器網技術與產業的發展。無線傳感器網是物聯網的技術核心，2010年7月20日，教育部向社會公布了2011年全國各高校140個本科新專業詳細名單，其中“物聯網工程”專業占據30個，高居榜首。無線傳感器網是物聯網專業骨干課程之一，也是一門新課程。我們對該課程的教學方法作了些探索性的改革。

1 目前存在的問題

物聯網作為新專業有新的建設和教學思想[2]。而無線傳感器網作為新興行業的新課程，其理論基礎要求高，應用性也要強，因而給教學帶來新的挑戰。存在的主要問題有：

(1)教學內容涉及廣與系統性教學的矛盾。無線傳感器網是一門應用性和理論基礎要求都很強的課程。該課程所講述的網絡是一種集成創新型技術，同時理解和運用好該技術需要一定理論基礎。它所涉及的內容廣泛，需要多方面計算機基礎理論知識，且涵蓋面廣，包括概率論、圖論、高等數學、隨機過程等。同時，它涉及單片機編程、電子線路、無線電發射等多方面硬件知識。而這門課程的傳授對象是研究生，研究生班的學生往往來自不同專業，讀研期間的主修專業也各不相同，而其導師所指導的研究方向更是千差萬別。因而，如何系統地講授這門課，同時又能滿足學生不同需求，將成為面臨的難題。

(2)理論教學與實驗教學的脫節。無線傳感器網是門全新課程，問題(1)中所述特點使得在理論與實驗教學兩個方面的任務既各有特色又繁重，造成這兩方面的教學任務難以平衡。由于它是一門新課程，可以借鑒的教學經驗并不多。而從橫向比較來看，類似應用性很強的課程，其教學方法一般單一地偏向理論教學或實驗教學。

(3)傳統單向性教學模式的不良影響。多年來，研究生教學模式一般都是單向性的，即教師教、學生學，缺乏真正的互動，難以培養學生的獨立思維，更難以激發其主動性和創造性。從學生角度來看，這種教學模式從中學一直延續到研究生階段，沒有讓學生充分參與到教學中來，使得學生的學習效果無法保證，學習的興趣也不高。這種長期的被動式參與教學，使得學生失去了主動性、獨立性和主導性，形成了不良的學習和科研習慣，最終導致研究生創造性的缺失[5]。

2 改革方法

我們在Seminar[4]教學方法的基礎上，讓學生充分參與教學，體會完成科研任務的獨立性和自主性。總體改革方法是教師導引，學生參與學、教、實驗設計與實現全過程，形成單向教學向理論教學與實驗互動、學生參與轉變。在設計該方法時，要充分考慮到所在高校的歷史與優勢，發揮其在電子電路設計、嵌入式編程等方面的堅實基礎與專業特色，觀察學院近幾年在無線傳感器網方面的發展速度，針對前一小節所提出的問題，給出相應的教學改革方法。

夯實基礎知識，劃分學習小組。本課程選擇的教材清華大學出版社出版、孫利民等編著的《無線傳感器網絡》為主教材，以劍橋大學出版社出版的Xiangyang Li的專著"Wireless Ad Hoc and Sensor Networks: Theory and Applications"為輔助教材。在掌握無線傳感器網絡這門課程的基礎知識的同時，根據學生所學專業和研究方向，將他們分為兩大組：理論組和應用組(如圖1所示)。對于理論組和應用組分別布置不同的課外作業。為此，筆者從計算機網絡、體系結構和應用技術領域的一些最新國際頂級會議上，如SigComm，MobiCom，SenSys，InfoCom等，選擇理論和應用兩類論文。其中，根據每名學生的指導教師對研究方向的要求，對所選論文進行較細致的篩選。在所選出的論文中，學生可以根據自己的興趣進行再選擇。當然，學生也可以從指定的學術會議論文集中選擇論文。這是一個有限定的雙向選擇過程，所選論文包含諸多無線傳感器網絡應用案例和科研實例。這些論文作為課外作業讓學生自己去研讀，而教師會從兩個組中分別隨機抽取部分學生，分兩個階段，即理論階段和應用階段，讓其上講臺宣講其所讀的論文。在宣講過程中，大家可以自由提問和討論，學生由此可以充分參與到教和學的兩個環節。課堂的自由討論，使得學生從傳統課程授課模式中的被動聽課變為主動參與，提高了學生對該課程的學習和參與興趣。為保證效率，教師對宣講和討論的時間做了限定，在討論的過程中也會做一些導引。

在兩個階段(理論階段和應用階段)開始之前，教師分別講授兩個階段的基礎知識，即理論基礎知識和應用基礎知識。由于所涉及的內容非常廣泛，講授一些入門知識，而對學生所要宣講論文的相關基礎知識要深入地講解。另外一個重要的組成部分是給學生講授獲取相關知識的技巧與途徑，例如如何使用圖書館資源及學術網站，如Google scholar，Citeseer等。

圖1 教學步驟圖

在上述過程中，理論組的學生偏重理解算法的原理，應用組的學生偏重算法實現所需的硬件運行原理和編程實現。筆者所在實驗室的主要研究方向之一是無線傳感器網絡，依托這個實驗室特點，在指導學生時采用TelosB傳感器節點，在TinyOS平臺上開發算法實現程序。

統分兼顧，學生自主。如圖1所示，在“理論(應用)基礎知識”階段中，通過讓學生自己閱讀學術論文，讓兩個組的學生分別對某一方面的理論知識有了具體了解，對無線傳感器網絡中的硬件原理也有了初步認識。在緊接著的“理論(應用)案例”階段中，從學生宣讀過的學術論文中挑選出幾篇經典的論文，它們有算法設計及其性能的理論分析，又有實驗設計與驗證。為此，根據先前的理論組和應用組劃分，以及所選經典論文，進一步將學生交叉分隊。一個分隊一般由5名學生組成：一名學生負責算法原理的解釋，兩名負責TinyOS編程和調試，一名負責數據采集與硬件平臺搭建，最后一名負責協調分隊整體工作并撰寫最終實驗報告。實際教學過程中，每隊學生人數和任務分配可以視情況做適當調整，例如，當理論組學生人數較多時，在每隊中負責算法原理解釋的學生可以適當增多。當分隊組建好以后，分給每名學生的任務以課外作業的形式完成。每個分隊的進度情況由該隊負責人以實驗報告的形式按階段提交給教師。同時，在協調學生完成作業的過程中，教師應逐個分析案例，這些案例中有涉及路由設計的，有涉及面向實際應用數據采集的，也有涉及網絡時延分析的，案例涵蓋面廣，以解決課程內容涉及廣的問題。

案例分析結束以后，進入實驗驗證或者仿真分析。在這個過程中，主要分以下幾個階段：實驗平臺的構建、實驗設計、實驗驗證及其實驗報告的撰寫。在這些過程中，學生不僅充分參與，而且在有些過程中，學生還起到主導的作用。實驗平臺的構建需要一定的科研經費支持，制作過程復雜，將在下文中闡述。在無線傳感器網絡的教學中，由于實驗條件限制，不一定都能搭建硬件平臺。另外，在教學中還發現，一個實驗平臺不能同時滿足多個分隊使用，而有些分隊的任務也不一定要在實驗平臺上進行。為此，讓部分有一定C/C++語言編程基礎的學生使用一個專門的網絡仿真平臺―OMNeT++[3]。

OMNeT++是一個面向對象的離散時間模擬器，由土耳其布達佩斯技術大學的Andras Varga等人設計。其內核源代碼完全開放，采用標準C++語言編寫，可以運行于Linux，Windows等幾乎所有支持標準C++的系統平臺上。它采用了一種搭積木式的建模方式，可以應用于任何離散事件系統的計算機模擬和仿真，包括模擬通信網絡的業務流，模擬通信協議的模型，排隊網絡，模擬多處理器和其他分布式系統。對于教學比較有利的是OMNeT++完全免費，有很多現成的模塊、框架和范例，相關資源可從其官方網站[3]免費下載。在教學過程中，部分學生使用該仿真軟件，完成了一些無線傳感器網絡中的案例，如消息洪泛案例仿真(如圖2所示)，目標追蹤案例仿真(如圖3所示)。在圖2，3中，灰色點和白色點表示傳感器節點，灰點表示已經接受到消息的節點；圖中間較大的點表示Sink節點；圖3左上角的黑色點表示目標。

圖2 消息洪泛仿真截圖 圖3 目標追蹤仿真截圖

自制實驗平臺，自己設計完成實驗，學生充分參與。需要實驗平臺驗證的分隊參與設計與構建了一個無線傳感器網絡平臺(如圖6所示)。該平臺高2米，寬4米，由200個自制TelosB節點(如圖4所示)、50個多接口Hub(如圖5所示)和一臺臺式機組成。2009和2010級部分研究生參與了該實驗平臺的設計與搭建。在該實驗平臺上驗證理論或應用案例的每個分隊，都自行設計、開發、調試實驗和相應的TinyOS程序。根據無線傳感器網絡這門課程教學的需要，以及學生科研和興趣的選擇，先后設計了6個實驗：時間同步、路由樹構建、基于非時間同步的通信時間調度、消息洪泛、主被動式追蹤、人物辨別。

圖4 自制TelosB傳感器節點 圖5 多接口Hub

圖6 200個節點組成的測試平臺

3 結束語

在整個教學過程中，總體教學思路是：從課程基礎知識開始，將學生分成兩類(理論類和應用類)；根據學生的興趣和科研需要，有重點地講解具體的理論和應用基礎知識；而后以國際頂級會議論文為素材，從具體案例著手，通過讓學生充分參與的方式誘導學生理解理論知識(如圖論、概率論、隨機過程等)是如何在無線傳感器網絡這個應用性技術中應用的，也讓他們體驗無線傳感器網絡中的算法是如何在實際實驗平臺上實現的。整個過程從基礎理論知識細化到具體理論知識，再到具體案例分析，循序漸進，有重點、系統性地講授了這門知識涉及面廣、結構較為龐雜的應用性課程。同時，在整個教學中，學生也從逐漸參與、充分參與到教和學中，到最后甚至在某些方面起到主導作用。新教學方法使得學生在研究生階段能夠體會從被動地學到主動地、獨立地完成一個完整的科研任務的轉變。這種轉變中蘊含著主動創新的種子，在長期的科研鍛煉中將會發芽結果。

參考文獻

[1] 李建中.無線傳感器網絡專刊前言[J].軟件學報,2007,18(05):1077-1079.

[2] 吳功宜.對物聯網工程專業教學體系建設的思考[J].計算機教育,2010,21:26-28.

[3] OMNeT++ [N/OL].省略/.

篇4

本書為第11屆意大利傳感器與微系統會議的論文集，其中精選了具有代表性的會議論文。這次會議展示了在傳感器與微系統領域的理論模擬與實際應用的最新成果。傳感器與微系統是一個新興的交叉學科，其涉及到物理、化學、材料科學以及生命科學等領域。

本書共分為六部分，第一部分為化學傳感器，主要介紹了：可調諧二極管激光光譜儀原位測量平流層微量氣體；四苯基卟啉在高有序熱解石墨上的組裝：前所未有的吸附壓縮驅動的雙層模式組裝；一種室溫下的基于鉑／氧化銥復合物的氧氣傳感器；聚合物涂層的長周期光柵作為高靈敏度化學傳感器；用于低溫下檢測氫氣的光纖傳感器；溶劑對復合薄膜形貌和傳感特性的影響；納米鈦對氣體的傳感性質；基于二元金屬的碳水化合物傳感裝置；一種快速檢測牛奶中M1黃曲霉素的便攜式熒光計；利用光學傳感器檢測橄欖油的質量；質量標準體系在計劃、設計和實現厚膜氣體檢測器中的應用；基于單壁碳納米管的光纖傳感器；合成且表征用于二氧化氮檢測的納米材料；鉑金元素作為覆蓋層的P型一氧化鈦薄膜用于對氫氣的檢測；包含銀納米簇的氟化聚亞酰胺納米復合薄膜用于對有機氣體的光學檢測等等。第二部分為物理傳感器，主要介紹了荒蕪環境中的固體定位風速計；一種具有濺射內核的二維平面磁通量閥門；一種用于探測RF電場的光學探針；通過拉曼散射來測量多孔硅結構的應力；對熱傳感器的一種十分有效的計算機模擬模型；對硅化鉻應力傳感器的認識。第三部分為生物傳感器，主要介紹了基于不定型硅基器件檢測DNA分子；抑制酪氨酸酶的有機相酶傳感器；用于人瘤病毒檢測的DNA壓電生物傳感器；用于檢測硬質小麥安全型的用戶友好的電化學手持設備；采用SPR成像技術來研究DNA―DNA生物分子的相互作用。第四部分為微米納米技術，主要介紹了實驗室芯片技術對基因進行分析；利用硅基玻璃芯片對化學物質進行快速光學檢測；采用不同導電納米顆粒來控制復合材料聚合物的傳感性質；采用電化學刻蝕硅片的方法制備嵌入式微通道；采用超聲束沉積方式制備具有氣體傳感的金屬氧化物／有機物雜化材料；聚焦離子束刻蝕用于氣體傳感技術；一種模擬IPMC傳感器的軟件工具；對印跡二氧化鈦納米粒子的合成與表征；機車安全與舒適度測量；懸臂梁的強制型阻尼振動。第五部分為傳感器陣列和多重傳感系統，主要介紹了整合型微重力化學物質檢測裝置；采用雜化電子鼻原位檢測硫質噴氣孔火山口噴發的火山氣體；對主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的檢測；多傳感器布局在敵對環境中的機器人。第六部分為傳感器網絡和對傳感器的數據分析，主要介紹了對于無線傳感器網絡的概覽：對ZGIGBEE網絡架構一瞥；動態場景下塵埃傳感器網絡：在城市環境中普遍應用性能的研究；一種配置了IEEE 802.15.4的移動設備的便攜式軟件工具；一種神經光譜分類的光學傳感器；對城市環境污染檢測無線網絡設備的設計；應用多傳感器微型化系統對橄欖油進行評價。

本書幾乎涵蓋了傳感器方面的所有方向，包括化學、物理、生物以及傳感器構架等等。相信從事任何傳感器研究方向的科研人員都會在本書中找到有參考價值的內容。

篇5

【關鍵字】傳感器；內容編寫；輔助教材結構

【中圖分類號】G40057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097（2008）13―0077―01

一 輔助教材編寫的背景

《傳感器》課程是測控技術與儀器專業以及電子信息類專業的一門核心課程，它涉及多學科的知識，是一門內容繁雜的交叉學科。我校測控技術與儀器專業的性質是一門以電子測控技術、智能儀器技術和自動測試技術為技術基礎，以計算機及電子信息技術為工具的高新技術學科。由于專業課程設置，學生學習電子技術及電子測量相關的課程較多，因此在傳感器的授課中對檢測不必過多講解，而本專業學生缺少機械、儀器設計及工程力學方面的知識，也就是說在傳感器應用和設計方面的基礎知識欠缺，這樣就導致在《傳感器》教材的選擇上具有一定的局限性。近幾年來,本專業一直使用的教材是強錫富教授主編的《傳感器》，學生反映在傳感器的設計和應用方面理解比較困難，究其原因是學生缺乏機械原理、精密儀器、工程力學方面知識。對比各種教材，不太切合我校測控專業的實際，因此根據專業特色，主要參考強錫富教授主編的《傳感器》一書，結合本專業的課程設置制作課件，編寫多媒體輔助教材，并將多媒體輔助教材提供給學生，進而改善了教學效果。

二 輔助教材編寫的特色

1 內容簡單明白。通過知識的提煉，輔助教材具有言簡意賅，深入淺出、通俗易懂，一目了然的效果。輔助教材對內容的提煉主要體現在以下幾個方面：

首先，合理的內容結構有助于學生對傳感器知識的系統掌握，每章內容從五個方面介紹：基本效應、基本結構、基本電路、基本特性、基本應用。傳感器的基本物理效應、基本結構及基本電路是反映事物本質的理性知識，是本課程的講授重點。而基本特性及基本應用則是寓于理性知識的反映事物表面現象的感性知識，其準確性及唯一性都欠佳，而且易學易忘，因而不能教授過多，但考慮到這兩方面內容在教學中是相輔相成的，因此輔助教材對后者也有相當篇幅的闡述。以半導體氣體傳感器為例，對此進行說明，具體內容見表1。

其次，教學難點實例引入，以諧振式傳感器原理介紹為例。對于諧振式傳感器，輔助教材此部分主要以單自由度二階振動系統為例，通過分析受迫振動和阻尼振動得出系統振動頻率的表達式，然后介紹分類、測量電路及應用。這種對于較難章節原理深入淺出的講解方法，有利于學生的理解。

2 原理知識與實際應用的結合。傳感器原理方面的知識大部分在相關課程如大學物理、模擬電路等課程已學過，如果在課堂上重新敘述原理，學生會感到沒有興趣，輔助教材中，講解原理的重點是啟迪學生如何運用所學的知識解決問題。如電容式傳感器，輔助教材先舉例說明實際的應用，然后讓學生分析原理，通過不同問題的回答，讓學生自己分析出其分類、缺點及解決方法。這種講解方式即消除了講解原理知識的枯燥，又增加了學生對實際問題的思考。另一方面，用簡圖和實際裝配圖結合的方式介紹傳感器的應用，簡圖講解傳感器應用的測量原理，裝配圖介紹傳感器的實際應用方法，這樣即增加對傳感器的理性認識，又增加對傳感器的感性認識。

3 基礎與現代的結合。為了使學生了解當代傳感器的新技術，增長知識，以利于學生創新思維和研發能力的提高，在輔助教材中加入了新型傳感器。對新型傳感器及傳感器最新動態的介紹主要體現在以下方面：（1）集成傳感器的應用，如在介紹熱式傳感器的應用時，介紹數字溫度傳感器DS18B20與模擬溫濕傳感器HSM-20R的應用；（2）敏感器件和測量電路結合起來的新技術，如在介紹熱電偶冷端溫度補償時，介紹MAXIM公司近期推出的數字輸出K型熱電偶信號處理集成芯片MAX6675的特點及應用；（3）常見傳感器目前的近況，如電容傳感器中的觸覺傳感器等。

4 課后設計題的設置，擴充了學生傳感器的知識面，提高了學生創新和設計能力。輔助教材每章設置一兩個應用性設計題和思考題，學生以小論文的形式完成設計性習題。如應變片傳感器章節布置電子稱的設計、光電傳感器章節布置太陽灶陽光跟蹤系統的設計、超聲波傳感器章節布置水泵流量測量儀設計等。學生要完成這些題目，需要查閱相關資料，結合電子測量、智能儀器、測控電路等相關專業知識完成，提高了學生工程設計的能力和專業知識綜合運用的能力。

三 總結與展望

輔助教材針對本專業的特色和課程設置，積累授課教師多年的授課和科研經驗編寫而成。此輔助教材已經使用兩年，通過使用第一年學生的調查，大部分同學反映簡單明白，改善了學習效果，少部分學生反映輔助教材內容不夠深和廣，因此輔助教材在第二年加入思考題和小型設計題進行完善，通過這一環節，解決課時少和知識面廣之間的矛盾。通過調查，大部分學生反映輔助教材簡潔清楚，提高了學習效率。但是由于設計題是課后習題，學生重視程度不一，做的結果差別很大，因此需要采取一定的措施，以調動學生的積極性，提高學生的完成質量，這方面在今后的教學中需要不斷改進。

《傳感器》課程是在大四第一學期進行，這階段的學生由于就業壓力，對課堂內容往往不夠重視，因此課堂的質量和效率是吸引學生的關鍵。自從采用將輔助教材發到學生的手中和多媒體教學結合的方法，課堂氣氛活躍，通過課后設計題的完成，激發了學生的學習興趣，鞏固了專業知識，擴展了學生的視野和增強了自信心，可謂一種成功的教學方法。

參考文獻

篇6

關鍵詞：體系結構；水文自動測報；傳感器網絡技術

中圖分類號：TN711 文獻標識碼：A 文章編號：

傳感器最早在軍事等領域應用，傳感器網絡由空間上分布的許多自動裝置構成計算機網絡，通過傳感器，裝置對不同位置的物理或者污染物、運動、壓力、振動、聲音、濕度等環境狀況進行協同監控。雖然傳感器網絡最早起源于軍事監測，現今已經在交通控制、家庭自動化、健康監護、生態監測等很多民用領域應用。傳感器集成了分布式信息處理技術、嵌入式計算技術、通信技術、傳感器技術，具備通信、計算、感知等功能。而論文中的主角傳感器網絡技術可以對網絡分布區域內各種監測或環境對象的感知和采集，并對其進行處理，最后以多跳中繼的方式，通過隨機無線通信網絡，給用戶終端傳輸信息。在交通管理、醫療衛生、環境監測、遠程控制等領域方面都離不開傳感器網絡技術，我們就來了解一下其在水文自動測報系統中的應用。

水文測報系統

傳感器網絡與其他無線網絡的本質區別在于：它是以數據為核心的網絡，它是具有分布式的智能網絡系統。傳感器網絡實現了虛擬計算世界和真實物理世界的耦合。傳感器網絡中，網絡在得到信息后，將其匯報給用戶。社會經濟的飛速發展，科學技術水平的不斷提升，水文測報系統也進入了網絡時代。水文測報系統為一個計算機網絡。而系統按照不同的用戶，將其分為中央機、中樞機、中心機、現場機。在國家防洪防旱調度指揮中心或者國家水利部服務的為中央機，在流域級管理的信息系統稱為中樞機，服務于市級管理部門的信息系統稱為中心機，而布置在現場環境的水文傳輸以及遙測系統稱為現場機。建立水文測報系統的目的就是要將在現場采集的水文數據傳達到數據處理中心，再通過決策和融合處理，滿足系統同于管理與組織的目的。由現地機到中心機、由中心機到中樞機、中樞機到中央機，水文測報系統采用網絡拓撲結構。通過現場裝配的傳感器，將各種水文數據由各個水文測站進行采集后，在進行存儲前，適配器會將不同標準與格式的數據轉變為具有統一標準格式的數據，并通過等無線方式或等有線方式傳輸到中心機，再對各種數據分析、處理、存儲后，通過例如：、等傳輸至上層控制中心。

獲取與處理信息是為了能夠使傳感器資源達到最優工作狀態，用戶除了能夠及時掌握環境內的影響因素數值外，就需要控制與管理資源。管理層與系統組織控制與管理了分布于網絡環境中各個節點上的數據源設備。智能儀表儀器、工作站、計算機等都在網絡節點上體現。其核心設計就是采用分布模式代替了原來集中控制的測控網絡，使其成為具有智能化、網絡化、分散性、可互操作性、開放性的測控系統。

水文測報系統中傳感器網絡技術的應用

由處理、傳遞、收集水文實施數據的各種計算機、通訊設備、傳感器等裝置共同組成了水文自動測報系統。主要用于水利的調度和防汛，其分為中心控制站、信息傳輸通道、遙測站這3部分。水文自動測報系統僅需要幾分鐘的時間就可以處理小流域范圍內的數據收集，并提供出水庫、重點河段的水清和雨情等。

中心控制站將各個遙測站的水文數據集中，在經過了整理和計算后，對閘門的啟閉進行控制，并及時預報洪水情況，最終實現水利調度。中心控制站的設備主要有電子計算機和通信電臺等組成。信息傳輸通道分為無線和有線兩類，作為電波傳輸線，它將中心控制站與遙測站連接。無線電通道克服了距離或障礙的困難，中繼站在通信距離大于五十公里位置設置，能夠滿足各個方向通信要求。而有線通道可采用電話線為其專用線路，有線通道的不足之處在于受惡劣天氣影響較大，會增加架空線等設備的成本。而有線通道最大的特點就是使用較為可靠方便，抗干擾能力強等。人們往往采用脈沖調制數字通信來作為傳輸信息的方式。遙測站中有電源設備、電臺、數傳機、編碼器、水位計、雨量計等儀器設備，通過中心控制站的控制，遙測站實現自動收集水文參數實時數據，并將這些數據編成脈沖信號，傳遞于中心控制站。

我國的湖泊、江河分布范圍廣，例如太湖、長江等流域范圍內存在著人力難以觀測障礙，而在這些難于達到的流域部署傳感器節點，就可對高精度的數據做到了如指掌，在水文監測中，使用傳感器節點所組成的傳感器網絡，具有著顯著的特點。第一，傳感器的節點可以在節點之間進行監控，且具有通信能力，可以通過環境的變化來實現對復雜情況的控制。無線傳感器節點其自身也具備了一定的存儲功能和計算功能。第二，傳感器的網絡節點具有精度高、采集數據量大等特點，每一個局部區段的具體信息都可以由每個節點檢測，其節點分布的范圍廣、密度高。第三，該傳感器網絡人為影響流域的因素小，因為傳感器節點的部署簡便，僅需要部署一次即可，且體積小。

2.1結構

傳感器節點能夠分布在不相鄰的測控區域中，也可以集中部署在同一個區域內，不管如何布置，都可以形成傳感器網絡。傳感器網絡在水文測報中的應用如圖所示。傳感器節點向網關節點傳送感知到的數據，而將傳感器節點傳輸來的數據傳到基站就是網關節點的任務，期間，數據會經由傳輸網絡進行傳輸。傳輸網

圖傳感器網絡用于水文測報系統的體系結構圖

絡的傳輸方式可以是無線也可以是有線。它負責協同綜合網關節點、傳感器網絡網關節點信息的局部網絡。基站備有本地數據庫，用于傳感數據的存放。通過，基站可以將數據傳輸至用戶數據處理中心。用戶可以在任何時候、任何地方，通過連接了的計算機，發出命令控制基站。

2.2功能

傳感器網絡通過分析流域內水文測報傳感網絡，而構建了其功能。在其功能中，從下至上分別為基礎層、網絡層、中間件層、數據處理與管理層、應用開發層。一個傳感器的集合體現在基礎層中，基礎層是以研究水文測控系統中的蒸發器急閘門開度儀、雨量計、水位計等傳感器及其系統為核心，它的主要功能有信息的初步處理、感知信息的傳輸與、感知對象信息的采集、監測感知對象等。網絡層支持多傳感器之間的寫作，成功完成大型感知工作，網絡層實現用戶與傳感器、傳感器與傳感器之間的通信，有效管理和控制傳感器節點。通過軟件系統，中間件層能夠分析傳感器網絡系統的動態環境和資源管理。傳感器數據管理與處理是數據處理層的核心，其中包括了對各種數據進行管理，支持感知數據的查詢、存儲、采集等，并對軟件系統進行分析和處理。另外，還包括，對大型分布式傳感器陣列的圖像識別方法，排除誤差信息的方法、新型統計算法等等。應用開發曾能夠使用不同的應用層軟件，開發各種傳感器網絡應用軟件，它以檢測任務為基礎，傳感器網絡的管理層有遠程管理、網絡管理、拓撲管理、能量管理等。傳感器管理主要對傳感器智能設備和資源的管理，這時從廣域上來講的。另外，傳感器的管理還可以看成是對傳感器網內節點的管理。

篇7

關鍵詞 無線傳感器網絡 節點能耗檢測 裝置

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

0 概述

目前，無線傳感器網絡的相關裝置實現了對環境的檢測以及各個網絡節點進行自組織的方式構成無線傳感器網絡，無線傳感器網絡節點通常是沒有穩定能源提供能量，只能靠自身攜帶的電池作為能源。若無線傳感器網絡節點出現能源耗盡，則管理端不能正常顯示其傳感器節點檢測的結果，會導致管理端無從得知該網絡節點不能正常顯示的真正原因，即電池能量耗盡；還是傳感器節點硬件電路出現問題導致的不能正常顯示；同時也會導致無線傳感器網絡中其他節點在不知道該節點已經無法正常工作的情況下仍然會繼續將信息發送到該故障節點，這樣不利于整個網絡的節能，不利于延長整個網絡的使用壽命。

1 設計方案

1.1 本裝置的功能要求

首先，該裝置可以將傳感器節點的能耗發送給管理端，使得在管理端軟件實時讀取傳感器的能耗信息。其次，該裝置能檢測傳感器節點電池的剩余電量。再次，該裝置對于電池快枯竭的節點能自動地向管理端和其他節點發送能量即將耗盡的信息，從而避免管理端和其他節點繼續向該節點發送信息，導致不必要的浪費，以達到節能、延長整個網絡的使用壽命的目的。

1.2 采用的技術方案

在無線傳感器網絡節點上加入低功耗單片機MSP430F247。首先，MSP430實現無線傳感器網絡節點的能耗檢測，其方法是通過非常靈敏的采樣電阻對以CC2530為主要芯片的高頻發射模塊進行電壓采樣。通過RS—232串口將實時采樣信息傳遞給管理端軟件，已達到在管理端軟件實施時讀取傳感器的能耗信息。其次，利用MSP430中集成的A/D轉換器，定期采集電池電量信息進行模數轉換，將轉換得到的數字信號與預先設定的閾值相比較，若低于該閾值MSP430通過發射模塊將信息發送給管理端和其他無線傳感器節點。最后，該方案集成了傳感器模塊和高頻發射模塊，傳感器模塊由溫濕度傳感器和光照傳感器組成。傳感器將采集的光照信息或溫濕度信息通過發射模塊將信息傳遞給管理端。指示模塊由兩種不同顏色的發光二級管組成，每種顏色的二極管點亮與熄滅均代表該節點的工作狀態。

1.3 裝置的整體結構

本論文的無線傳感器網絡節點主要由MSP430F247構成的檢測模塊、Po188光照傳感器構成的光照傳感器模塊、SHT11傳感器構成的溫濕度傳感器模塊、LT2051構成的信號放大模塊、兩種不同顏色的發光二極管構成的工作狀態指示模塊、CC2530構成的2.4GHz高頻發射模塊、MSP430F247構成的能耗檢測模塊、AP1117構成的電池/電源供電模塊、MAX3223構成的串口輸出模塊。具有能耗檢測功能的無線傳感器節點結構如圖1所示。

電池電源供電模塊為整個無線傳感器網絡節點提供穩定的能量使各模塊上電工作，使用中先將光照傳感器或溫濕度傳感器插在傳感器插座上，上電后以CC2530為主的高頻發射模塊基于Zigbee技術以自組織的方式與其他傳感器網絡節點組網。光照傳感器/溫濕度傳感器感知節點周圍的光照強度/溫度、濕度，將感知的信息傳遞給與其串聯的CC2530，再通過發射模塊將感知的信息傳遞給其他節點或管理端。

提前設置在MSP430的兩個閾值（一個是電量較少的閾值，另一個是電量即將枯竭的閾值）進行比較。若電池電量低于電量較少的閾值，那么MSP430會將信號經過高頻發射模塊將信號發送給管理端或其他節點，達到少使用該節點目的，進而平衡整個網絡的電量避免因一個節點的電量提前耗盡而導致整個網絡崩潰，延長網絡使用壽命；若電量低于電量即將枯竭的閾值，那么MSP430會將信號經過高頻發射模塊將信號發送給管理端或其他節點，達到管理端或其他節點得知該傳感器電量耗盡即將不能工作，不會繼續向該節點發送信息與指令節省發射信號時所浪費的電量，進而延長網絡的使用壽命。

2 不足與展望

首先，本方案只實現了對電源能耗的監測，不能提供更有效的方式維持無線網節點的正常工作；其次，當網關節點程序連接到主控端后，若因不可控制原因網關節點掉線，程序無法自動再連接，未來需要深入研究，解決這一問題；再次，本方案只是個硬件設計，在以后的設計中，加入軟件，實現監測信息的有效存儲和直觀的顯示。

參考文獻

[1] 陳勇，劉建平.無線傳感器網絡應用綜述[J].安防科技，2009.5.

[2] 余向陽.無線傳感器網絡研究綜述[J].單片機與嵌入式系統應用，2008.8.

篇8

無線傳感器網絡WSN（Wireless Sensor Network）是一種由傳感器節點構成的網絡，能夠實時監測、感知和采集節點部署區觀察者感興趣的感知對象的各種信息（如光強、溫度、濕度等物理現象），并對這些信息進行處理后以無線的方式 發送。無線傳感器網絡在軍事偵察、環境監測、醫療護理、智能家居、工業生產控制等領域有著廣闊的應用前景。在低功耗的無線傳感器網絡中，傳感器節點一般采用電池供電，而有限的電池能量限制了傳感器節點的工作壽命，從而影響整個傳感器網絡的生存周期。為了擺脫傳感器節點對電池的依賴，作者做了大量工作。本書介紹了無線能量傳輸技術在傳統電池供電的傳感器網絡應用的簡明指南。

全書共6章：1. 引言：包括相關背景和基本概念的介紹，如無線充電技術、電磁輻射、磁耦合共振等內容；2.網絡結構和原理：包括網絡組件、無線充電傳感器網絡設計原則，有能源設計、節點壽命估計、自適應充電閾值，最后進行了總結；3.分布式節點狀態報告：主要介紹其協議的設計，包括狀態請求、狀態報告和補給、應急報告和補給、層次維護等；4.充電調度：包括緊急補給調度問題、正常補給調度、自適應充電調度算法和加權算法等相關內容；5.績效評估：包括參數設置、充電調度算法的比較、能量演化、充電車輛的運動能量消耗、與靜態優化方法的比較等；6.結論：對全書內容進行總結，對工作成果及局限性進行了分析，并提出了未來研究的目標。

作者楊元元現任紐約州立大學石溪分校終身教授。長期擔任紐約州立大學石溪分校電子與計算機工程系研究生部主任、紐約州無線與信息技術中心通信與設備部主任等職務。在網絡交換技術，無線網絡和光網絡等領域進行了深入研究并做出了突破貢獻，在此領域已發表230多篇學術論文，其中在IEEE Transactions on Computer、IEEE/ACM Transactions on Networking，IEEE Transactions on Communications等頂級國際期刊上60多篇。擔任許多重大國際會議如IEEE INFOCOM，GLOBECOM，ICC等的主席，程序委員會主席、分會主席。2009 年當選為IEEE Fellow。

本書討論了如何利用新的無線可充電技術為傳統的無線傳感器網絡提供持久的能量來源。書中提供了無線充電技術及其影響的最新文獻綜述；通過描述網絡組件和它們的特征，介紹了無線充電傳感器網絡架構的兩個調度算法，進行了模擬，并從性能方面對模擬結果進行了比較。本書適用于網絡、無線通信、能源技術和信息技術的專業人員及工作人員，電氣工程和計算機科學高水平的學生。

篇9

【關鍵詞】傳感器；無線；環境監測

1.引言

無線傳感器可以用于探測包括環境溫濕度、光強強度、噪聲強度、地動地震強度、移動物速度方向等環境參數。可以應用在：農業、工業、地理科學、軍事國防及緊急救災等各大環境領域。目前煤礦井下環境復雜多變，在實際應用中，有些場合沒有及時布線，因此很多環境監測儀器無法正常使用，通常是工人攜帶監測儀器去人工采集，這種方法效率低，而且無法保障所采集參數的實時性，本論文針對這一情況，設計了一種用于環境參數采集的無線傳感器。本無線傳感器硬件節點外形小、集成度高、功耗低、成本低、有安全保證，適用于現有井下環境。

2.硬件模塊設計

設計時，我們充分考慮到無線傳感器體積小、功耗低、在高組裝密度下運行、制造成本低、能自動運行、無人操作、要適應惡劣環境等許多限制條件。通過使用溫濕度傳感器SHT11、光傳感器BH1750和瓦斯傳感器MH-440V/D采集環境的相應數據，通過STC89C52單片機的數據處理，由CC2420射頻芯片實現節點間無線的短距離數據通信。從而能很好地保證環境參數采集的準確性和節點間通信的成功率。

2.1無線通信模塊設計

CC2420的電路由射頻輸入/輸出電路、晶振時鐘電路和對應控制器接口電路等三部分組成。由于射頻芯片頻率是2.4GHz，我們在設計PCB板時充分考慮了元件的合理布局和線路的走向，特別是電源和接地的處理。射頻電路集成度高，布線密度大，跟據CC2420提供的數據資料我們利用電壓可靠的電源適配器進行供電，較好地實現就近接地，有效地降低寄生電感。能夠有效地加強信號的傳輸長度，能大幅度地減少高頻信號對外的發射和相互間的耦合，降低信號間的交叉干擾。

2.2數據采集單元設計

瓦斯濃度采集使用了MH-440V/D紅外氣體傳感器，瓦斯的主要成分為甲烷，所使用的傳感器根據瓦斯氣體對波長吸收率的特點，來測量環境中的瓦斯濃度，該傳感器具有體積小、集成度高的特點。集成傳感器內部的溫度傳感器可以對元器件的溫漂進行補償。該傳感器具有電路簡單，設計方便的特點，可以很好的適應煤礦井下的惡劣環境。

光照強度采集使用的是BH1750傳感器，該傳感器內置16位的模數轉換器，它能夠直接輸出一個數字信號，不需要再做復雜的計算。這款環境光傳感器能夠直接通過光度計來測量。光強度的單位是流明"lx"。

溫濕度采集使用了DHT11傳感器，這是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。

3.結束語

本設計綜合考慮精度、成本等因素，合理選用了傳感器、單片機及其芯片，分析了各種類型的傳感器特點，完成了監測系統的硬件電路和軟件結構設計。以CC2420無線射頻模塊為核心，以52系列單片機作為微型處理器，以3種傳感器來檢測環境參數數值。本文所設計的監測儀外形小、集成度高、功耗低、成本低、有安全保證。

參考文獻

[1]孫利民.無線傳感器網絡[M].清華大學出版社，2005.

[2]李曉.無線傳感器網絡技術[M].北京理工大學出版社，2007.

篇10

關鍵詞：無線傳感器網絡，關鍵技術，傳感器節點

 

1 前言

環境保護越來越受到重視，環境監測是環境保護的基礎，其目的是為環境保護提供科學的依據。目前無線傳感器網絡在環境監測中發揮著越來越重要的作用。與傳統的環境監測手段相比，使用無線傳感器網絡進行環境監測有三個顯著優勢[1]：一是傳感器節點的體積很小且整個網絡只需要部署一次，因此部署傳感器網絡對被檢測環境的人為影響很小。二是傳感器節點數量大，分布密度高，每個節點可以采集到某個局部環境的詳細信息并匯總融合后傳到基站，因此傳感器網絡具有數據采集量大，探測精度高的特點。三是傳感器節點本身具有一定得計算能力和存儲能力，可以根據物理環境的變化進行較為復雜的檢測，傳感器節點還具有無線通信能力，可以在節點間進行協同監控。因為傳感器網絡節點對環境變化、傳感器網絡自身變化以及網絡控制指令做出及時反應，所以無線傳感器網絡適用于多種環境監測應用中。

2 環境監測應用中無線傳感器網絡節點的硬件設計

圖1節點硬件組成

微處理器采用TI公司的超低功耗的MSP430系列處理器，功能完善、集成度高，而且根據存儲容量的多少提供多種引腳兼容。

無線通信采用CC2420ZigBee芯片，CC2420ZigBee芯片通過SPI接口與MSP430相連接。

電源用電池供電，使用AA電池。

傳感器節點可以不在節點中包含模數轉化器，而是使用數字換能器接口。

3 無線傳感器網絡用于環境監測中的關鍵技術

3.1 節點部署

好的無線傳感器的節點部署必須同時考慮覆蓋和連通兩個問題。覆蓋要求在感知中的每個地方都能至少被一個節點監視到，而連通要求在網絡通信上不被分割。覆蓋受節點的敏感度影響，而連通受到節點的通信距離影響。

因監測環境的復雜性和監測環境對于外來設備的敏感性、為了獲得周圍環境的確切參數和為了延長傳感器網絡部署的有效時間、增強傳感器網絡的實用性，所以用于環境監測的傳感器節點需要滿足體積小、精度高、生命周期長的要求。

選擇可替換、高精度的傳感器對于環境監測來說至關重要。一般來說，同類的傳感器測得數據之間誤差應不超過3%，這樣通過一定得補償機制可以將誤差控制在1%之內。選擇傳感器的另一個重要因素是傳感器的啟動時間。在啟動時間內傳感器需要一個持續的電流作用，因此需要采用啟動時間較短的傳感器以節省能量。

3.2 能量管理

目前的傳感器節點大多使用兩節AA電池供電，這樣的電力在3V情況下大約是2200mAh。如果需要持續工作9個月，每個節點平均每天只有8.148mAh的電量。表列出了傳感器節點常用操作消耗的能量。實際應用中需要仔細地在本地計算、數據采集和通信之間分配能量