基于LabVIEW的無線傳感器網絡監測平臺設計

　　無線傳感器網絡是由分布在監測區域內的大量傳感器節點組成的無線網絡，由于其快速展開、抗毀性強、監測精度高、覆蓋區域大等特點而產生了廣闊的應用前景，由此成為當前信息領域的研究熱點。無線傳感器網絡的狀態、采集的信息需通過一個友好的人機界面提供給觀測者。本文介紹基于LabVIEW平臺設計的無線傳感器網絡監測平臺。

　　LabVIEW是美國NI公司推出的一種基于編譯型圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發平臺。其集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能，其強大的函數庫使編程過程生動有趣，開發周期縮短，且其圖形化的前面板為使用者提供了直觀清晰的人機界面。

　　本文在PC機上利用LabVIEW設計實現了無線傳感器網絡監測平臺。觀測者通過操作此監測平臺，可以方便的觀察無線傳感器網絡的狀態；并可進行對無線傳感器網絡的操作，主要包括檢測無線傳感器網絡的狀態、獲取網絡中傳感器節點采集的數據清晰的觀察無線傳感器網絡采集的數據信息。

　　2 無線傳感器網絡介紹

　　2.1 無線傳感器網絡綜述

　　無線傳感器網絡的典型結構圖如圖1所示。

　　圖1無線傳感器網絡組成框圖

　　其中通常包括傳感器節點、匯聚節點和管理節點。傳感器節點部署在監測區域，通過自組織方式構成網絡。傳感器節點監測的數據沿著其它節點逐跳進行傳輸，經過多跳后達到匯聚節點，由匯聚節點傳送至管理節點。本文中采用PC機作為管理節點，使用PC機上的LabVIEW平臺編程設計無線傳感器網絡監測平臺實現觀測者對無線傳感器網絡的觀察與操作。

　　2.2 無線傳感器網絡硬件介紹

　　本文設計了一個精簡的星型結構無線傳感器網絡，整個網絡由三個無線傳感器節點、一個匯聚節點和一個管理節點組成。其中傳感器節點分布于監測區域內，執行數據采集、處理和通信等工作；匯聚節點負責無線傳感器網絡的組建并通過串口方式與PC機進行通訊，將各節點采集的數據信息匯總到PC機上，在本文中，PC機作為無線傳感器網絡的管理節點使用。觀測者可通過PC機上的可視界面對無線傳感器星型網絡進行配置。無線傳感器網絡的硬件結構圖如圖2所示。

　　圖2 無線傳感器網絡硬件結構

　　2.3 無線傳感器網絡協議介紹

　　無線傳感器網絡的價值就在于它的低成本和大的容量配置。因此，無線傳感器網絡的某些特性必須實現標準化，以得到更廣發的應用。目前標準化工作的最主要成果是IEEE 802.15.4低速無線個域網協議，ZigBee聯盟是該協議主要的市場推廣和兼容性認證組織。

　　本文采用的無線傳感器網絡協議即包括了IEEE 802.15.4網絡協議[9]和ZigBee協議棧兩個部分。其中，ZigBee標準協議棧架構是在OSI（Open Systems Interconnection）七層模型的基礎上根據市場和應用的實際需要定義的。IEEE 802.15.4協議定義了網絡的物理層和媒體接入控制層，ZigBee協議棧在此基礎上定義了網絡的網絡層和應用層，其中應用層又包括應用支持子層。

　　3 無線傳感器網絡的監測平臺設計

　　3.1 功能描述

　　本監測平臺通過串口與無線傳感器網絡通訊，通過面板上的指示燈和串口接收數據來顯示無線傳感器網絡的狀態。觀測者可通過操作面板上的按鈕實現對無線傳感器網絡的操作并可獲取網絡采集的傳感器數據。

　　3.2 面板設計

　　本監測平臺的虛擬面板設計如圖3所示：

　　圖3 無線傳感器網絡監測平臺面板

　　儀器面板主要由以下幾個模塊組成：

　　1．串口配置按鈕模塊：在此模塊中使用LabVIEW中的VISA Configure Serial Port模塊，在面板上有三個按鈕實現對PC機串口的配置。

　　2．操作按鈕模塊：此模塊八個按鈕、一個Ring控件、一個Numeric控件及一個String控件，實現對無線傳感器網絡的操作。

　　3．串口接收數據顯示框模塊：在此模塊中使用String控件顯示監測平臺通過PC機的串口接收到的無線傳感器網絡信息。

　　4．指示模塊：此模塊中包括四個指示燈，指示無線傳感器網絡各節點的運行狀態。

　　5．傳感器數據顯示模塊：此模塊中設置三個Numeric Indicator控件分別顯示三個傳感器節點的傳感器數據；將三個Graph控件拖入一個Tab Control控件中實現三種傳感器歷史數據的重疊選擇顯示。