無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在酒窖溫度監(jiān)測(cè)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(duì)酒窖環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)中，在很大程度上彌補(bǔ)了目前基于有線連接，導(dǎo)致酒窖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)線纜布局復(fù)雜、成本高、維護(hù)性差、系統(tǒng)靈活性差等缺點(diǎn)。文章從酒窖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)模型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行論述。和傳統(tǒng)的采用有線方式連接的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在酒窖溫度監(jiān)測(cè)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

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

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(duì)酒的儲(chǔ)存就成了一個(gè)很重要的問題，不同的酒對(duì)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(duì)酒品質(zhì)的影響是很大的，特別是一些價(jià)格昂貴的葡萄酒，對(duì)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(duì)酒窖溫度的監(jiān)測(cè)控制就顯得非常重要了。

怎樣對(duì)酒窖的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jì)，但這種方法存在不足之處，它需要定期定時(shí)的去酒窖查看溫度值，如果不在理想的溫度范圍就對(duì)酒窖溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這顯然相當(dāng)繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外一種稍微先進(jìn)一點(diǎn)的方法就是在酒窖鋪設(shè)有線連接的傳感器檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，即在酒窖的一定位置上安置溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器按照一定頻率實(shí)時(shí)的進(jìn)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(duì)酒窖溫度進(jìn)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(hù)性差、系統(tǒng)的靈活性也較差，如果需要增加監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，必然會(huì)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(cè)試測(cè)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(diǎn)具有局部信號(hào)處理能力，很多信號(hào)都可以在傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)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(cè)系統(tǒng)的運(yùn)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(cè)系統(tǒng)的成本，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性。因此，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有的多種優(yōu)點(diǎn)，其在酒窖溫度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用也成為了業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。

2酒窖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型

酒窖溫度監(jiān)測(cè)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(gè)相對(duì)獨(dú)立的監(jiān)測(cè)子網(wǎng)組成了整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。酒窖溫度數(shù)據(jù)的采集部分包含了多個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，這些監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)分布在監(jiān)測(cè)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(cè)區(qū)域內(nèi)的各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)（網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)將匯聚后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)終端，在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)終端可以對(duì)酒窖的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，若此時(shí)的溫度低于或者高于正常值則再通過溫度控制端對(duì)酒窖溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)整。

3酒窖溫度監(jiān)測(cè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在酒窖溫度監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，由于酒窖的監(jiān)測(cè)范圍一般不是很大，因此測(cè)量點(diǎn)數(shù)不是很多，最多幾十個(gè)，這與一般的大量節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，采用星型拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问剑话粋€(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)只能和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。在本酒窖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，根據(jù)酒窖的大小，在需要監(jiān)測(cè)的地方安置若干個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)子網(wǎng)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)主要功能是對(duì)酒窖溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，而網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主要功能是對(duì)整個(gè)星型監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)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(diǎn)損壞或者能量耗盡而使整個(gè)監(jiān)測(cè)子網(wǎng)無效，本系統(tǒng)有一個(gè)備用網(wǎng)關(guān)，在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常時(shí)使用。

4酒窖溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

4.1傳感器節(jié)點(diǎn)

由于酒窖的特殊環(huán)境要求，其溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用的傳感器節(jié)點(diǎn)必須體積較小，精度要高，而且使用壽命要長(zhǎng)等，及時(shí)而準(zhǔn)確地獲取酒窖溫度數(shù)據(jù)是完成監(jiān)測(cè)和控制的前提條件。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中用到的傳感器節(jié)點(diǎn)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(duì)酒窖溫度進(jìn)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(chǔ)以及對(duì)自身和其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；無線通信模塊的主要功能是控制與其它節(jié)點(diǎn)的無線通信以及將最終數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)測(cè)終端；電源供應(yīng)模塊的主要功能是為節(jié)點(diǎn)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(cè)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(diǎn)個(gè)數(shù)少，但其采集的溫度數(shù)據(jù)信息量比較大，而整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要小。如果將每個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都發(fā)送到監(jiān)測(cè)終端，將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，而且會(huì)產(chǎn)生較大的延遲。因此，在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)需要先將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)于傳統(tǒng)有線連接的網(wǎng)絡(luò)在很多方面存在優(yōu)勢(shì)，比如：其傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體積小、精度高、生命周期長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展方便等。因此，它非常適合應(yīng)用在酒窖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。