基于無線傳感器網絡技術的傳感器實驗平臺設計

摘要：通過分析傳統傳感器實驗平臺的技術構成，以及其相關的實驗模式存在的移動性不足的缺限，結合無線傳感器網絡的特點，對傳統傳感器實驗平臺進行改進設計和實現，可同時滿足傳統傳感器實驗和無線傳感器網絡技術實驗教學的需要。相關教學實踐表明，該改造成果使學生更好地加強了對傳感器與檢測系統的整體概念的理解和相關技能的訓練。
關鍵詞：傳感器；實驗平臺；ZigBee；改進

0 引言
傳感器種類繁多，且不同類型傳感器的工作原理、測量目標和測量環境差異很大，并且相應的檢測系統構成也不盡相同，往往在傳感器實驗室中要準備多套實驗裝置。在傳統的學校傳感器教學環境中，裝置復雜性比工程應用環境下的設備要簡單許多，且實驗僅能在固定工位進行，無法進行遠距離測量或移動性強的實驗，使得開展的實驗中驗證性實驗占多數。除此之外，更存在傳統傳感器實驗室開展的實驗中，學生的工程應用能力難以得到有效培養的問題。無線傳感器網絡是傳感器領域與信息技術深度結合的技術產物，其具有移動性強、通信可靠、網絡容量大，時延短的特點，并且其應用目標本就是針對傳感器領域的，將它應用于傳感器實驗平臺的改進設計中是順理成章的，從而彌補傳統傳感器實驗室的移動性不強的不足。

1 傳感器實驗平臺的設計思路
在確保不降低傳統傳感器實驗平臺的實驗方便性和效果的前提下，發揮無線傳感器網絡的優勢，增加實驗的移動性，使其適應可變環境的實驗開展，從而改善學生的工程應用體驗，并提高實驗室使用和管理的便利性。
1．1 傳統傳感器實驗平臺的基本結構和特點
傳統傳感器實驗平臺通常由一套多種傳感器、數據采集卡及上位機界面顯示軟件組成，結構如圖1所示。其中，各種類型傳感器的輸出的電信號，經A／D轉換后，由數據采集卡通過USB接口將其輸入到上位機顯示或處理。學生在做實驗時，可根據需要調用不同的界面程序，顯示或處理不同類型的傳感器檢測數據，或者直接用萬用表或示波器觀察傳感器輸出的電信號即可。其基本構成特點是系統組成結構層次清楚，但整套設備圍繞實驗工位布置，約束了實驗空間僅局限于實驗臺附近，一些遠距離測量和移動性要求高的測量場合難以得到滿足。

1．2 基于無線傳感器網絡的傳感器實驗平臺
采用ZigBee無線網絡的傳感器實驗平臺，各種類型的傳感器仍通過原有方式接入采集儀，各工位的采集儀作為ZigBee終端節點，而配置一臺電腦作為協調器，構成星型網絡拓撲結構的無線網絡(如圖2所示，圖中只示意出一個工位的終端)，并可通過該協調器接入局域網，這樣所有實驗工位的顯示和處理終端則可在該局域網內訪問所有的采集儀終端。