什么是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)主要由三個(gè)部分組成：節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和軟件?？臻g分布的測(cè)量節(jié)點(diǎn)通過(guò)與傳感器連接對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)可以與有線(xiàn)系統(tǒng)相連接，這樣就能使用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析和顯示。路由器是一種特別的測(cè)量節(jié)點(diǎn)，你可以使用它在WSN中延長(zhǎng)距離以及增加可靠性。

　　WSN架構(gòu)

　　你可以使用NIWSN平臺(tái)靈活的創(chuàng)建簡(jiǎn)單而獨(dú)立的無(wú)線(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，也可以創(chuàng)建一個(gè)集成了有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)測(cè)量的完整測(cè)試系統(tǒng)，而且只需要用LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境就可以訪問(wèn)所有的NI平臺(tái)。

　　基本的WSN架構(gòu)

　　對(duì)于大多數(shù)的WSN應(yīng)用來(lái)說(shuō)，你只需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)基本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在這個(gè)架構(gòu)中，分布式測(cè)量節(jié)點(diǎn)從周?chē)沫h(huán)境中獲得數(shù)據(jù)，然后將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，如圖1所示。

圖1.在WSN應(yīng)用中，你可以創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在這個(gè)架構(gòu)中，分布式測(cè)量節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)并將結(jié)果發(fā)送至網(wǎng)關(guān)。

　　你可以將WSN以太網(wǎng)關(guān)連接至基于Windows的控制器或者LabVIEW實(shí)時(shí)控制器，如圖2所示。基于Windows的控制器可以是PC，也可以是嵌入式PC，需要安裝基于Windows操作系統(tǒng)的LabVIEW軟件。也就是說(shuō)，你可以輕松地為任何基于Windows的系統(tǒng)添加無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)記錄功能。如果連接至LabVIEW實(shí)時(shí)控制器，比如NICompactRIO或其它可編程自動(dòng)化控制器（PAC），則可以把無(wú)線(xiàn)測(cè)量放置在有線(xiàn)測(cè)量或控制應(yīng)用旁邊。在主控制器上運(yùn)行LabVIEW軟件就可以對(duì)來(lái)自傳感器網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析和顯示。

圖2.你可以將WSN以太網(wǎng)關(guān)連接至基于Windows的控制器或者LabVIEW實(shí)時(shí)控制器。

　　改進(jìn)你的WSN架構(gòu)

　　NI平臺(tái)可以幫助你進(jìn)一步定制和增強(qiáng)WSN架構(gòu)。因?yàn)橐蕴W(wǎng)連接的靈活性，你可以為你的WSN系統(tǒng)添加其它的設(shè)備和功能，無(wú)論是像數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)器這樣的企業(yè)級(jí)設(shè)備，還是有線(xiàn)I/O接口、控制系統(tǒng)和第三方WSN產(chǎn)品。LabVIEW實(shí)時(shí)模塊允許網(wǎng)關(guān)進(jìn)行嵌入式數(shù)據(jù)記錄和開(kāi)放式通信，同時(shí)，LabVIEWWSN模塊允許節(jié)點(diǎn)定制和節(jié)點(diǎn)層的本地決策。

圖3.NIWSN具有硬件定制和軟件改進(jìn)選項(xiàng)。

　　集成LabVIEW可以幫助你增強(qiáng)無(wú)線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的功能。LabVIEW不僅有常用的高級(jí)處理以及可視化功能，而且它的Web服務(wù)可以將你的測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)布到Web服務(wù)器上，比如集成在NI9792上的Web服務(wù)器，這樣，幾乎在任何地方都可以方便地遠(yuǎn)程訪問(wèn)你的WSN。在這個(gè)完整的系統(tǒng)架構(gòu)中，你可以先使用NIWSN快速而輕松地獲取數(shù)據(jù)，處理之后將其發(fā)布到服務(wù)器上，然后就能使用像iPhone或筆記本電腦這樣的無(wú)線(xiàn)智能設(shè)備方便地遠(yuǎn)程訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)。

　　網(wǎng)關(guān)

　　在NIWSN系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)就相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)員，負(fù)責(zé)管理節(jié)點(diǎn)認(rèn)證，消息緩沖，以及在IEEE802.15.4無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和有線(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)之間建立橋梁，在以太網(wǎng)絡(luò)中，你可以使用各種NI軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析和顯示。你可以在WSN中使用多個(gè)網(wǎng)關(guān)，并通過(guò)軟件設(shè)置每個(gè)網(wǎng)關(guān)在不同的無(wú)線(xiàn)通道中進(jìn)行通信。你可以連接8個(gè)WSN終端節(jié)點(diǎn)（在星形拓?fù)渲校┗蛘叨噙_(dá)36個(gè)WSN節(jié)點(diǎn)（在網(wǎng)狀拓?fù)渲校┲罻SN網(wǎng)關(guān)。你可以為NIWSN選擇兩種網(wǎng)關(guān)。

　　可編程網(wǎng)關(guān)

?LabVIEW實(shí)時(shí)目標(biāo)
?533MHz處理器
?2GB板載存儲(chǔ)能力
?集成Web服務(wù)器
?2.4GHz，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)電，可與NIWSN測(cè)量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信

　　NI9792由LabVIEW實(shí)時(shí)控制器和WSN網(wǎng)關(guān)組成，是實(shí)現(xiàn)嵌入式無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)記錄的理想產(chǎn)品。NI9792具有雙以太網(wǎng)端口，使其可與企業(yè)級(jí)設(shè)備，有線(xiàn)I/O接口，控制系統(tǒng)或者第三方產(chǎn)品進(jìn)行通信。這個(gè)高性能工業(yè)級(jí)控制器具有533MHz的處理器，2GB的板載存儲(chǔ)能力和2.4GHz的IEEE802.15.4無(wú)線(xiàn)電，可與多達(dá)36個(gè)分布式NIWSN測(cè)量節(jié)點(diǎn)（在網(wǎng)狀拓?fù)渲校┻M(jìn)行通信。集成的Web服務(wù)器可以讓你在WSN系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

　　以太網(wǎng)關(guān)

?2.4GHz，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)電，可與NIWSN測(cè)量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信
?可通過(guò)以太網(wǎng)連接至Windows或LabVIEW實(shí)時(shí)主控制器
?-30℃到70℃的操作溫度范圍
?9到30V外部電源供電

　　NIWSN-9791以太網(wǎng)關(guān)是一個(gè)傳遞設(shè)備，不提供板載存儲(chǔ)功能和編程功能。以太網(wǎng)關(guān)的2.4GHz、IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)電能夠收集源自傳感器網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量數(shù)據(jù)，10/100Mbits/s的以太網(wǎng)端口可靈活連接Windows或LabVIEW實(shí)時(shí)主控制器。

　　測(cè)量節(jié)點(diǎn)

　　NIWSN測(cè)量節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是傳感器的直接連接性，通信的可靠性，以及工業(yè)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量節(jié)點(diǎn)由電池供電，4節(jié)AA堿性電池可持續(xù)工作3年，也可以將其與NI戶(hù)外外殼結(jié)合使用，從而進(jìn)行長(zhǎng)期的戶(hù)外部署。你可以使用WSN設(shè)備的LabVIEW驅(qū)動(dòng)來(lái)添加第三方WSN網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)至你的測(cè)量系統(tǒng)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都提供可編程和不可編程兩種型號(hào)。對(duì)于可編程節(jié)點(diǎn)，可以使用LabVIEWWSN模塊的圖形化編程環(huán)境定制節(jié)點(diǎn)的行為。查看本文關(guān)于軟件的介紹以了解更多LabVIEWWSN的功能。

　　NIWSN-3202模擬輸入測(cè)量節(jié)點(diǎn)

?4節(jié)AA堿性電池供電
?長(zhǎng)達(dá)3年的電池壽命
?4路模擬輸入通道
?可選輸入范圍：±10，±5，±2，±0.5V
?傳感器電源輸出，20mA時(shí)高達(dá)12V

　　NIWSN-3202測(cè)量節(jié)點(diǎn)作為一款無(wú)線(xiàn)設(shè)備，提供4路±10V模擬輸入通道和4路雙向數(shù)字通道，你可以單獨(dú)將各路數(shù)字通道按需要配置為輸入、漏極輸出或源極輸出。18針螺絲端子連接器可與傳感器直接連接，設(shè)備提供的12V、20mA電源輸出可以直接驅(qū)動(dòng)需要外部電源供電的傳感器。直接使用4節(jié)1.5V、AA堿性電池為該測(cè)量節(jié)點(diǎn)供電，4節(jié)電池的電量可持續(xù)工作3年，也可采用9V至30V的外部電源（需單獨(dú)采購(gòu)）供電。

　　NIWSN-3212熱電偶測(cè)量節(jié)點(diǎn)

?4節(jié)AA堿性電池供電
?長(zhǎng)達(dá)3年的電池壽命
?4路電熱偶輸入通道
?支持J、K、R、S、T、N、B和E熱電偶類(lèi)型

　　NIWSN-3212測(cè)量節(jié)點(diǎn)作為一款無(wú)線(xiàn)設(shè)備，提供4路24位熱電偶輸入通道和4路雙向數(shù)字通道。你可以單獨(dú)將各路數(shù)字通道按需要配置為輸入、漏極輸出或源極輸出。18針螺絲端子連接器可直接連接J、K、R、S、T、N、B和E型熱電偶。直接使用4節(jié)1.5V、AA堿性一次性電池為該測(cè)量節(jié)點(diǎn)供電，4節(jié)電池的電量可持續(xù)工作3年，也可采用9V至30V的外部電源（需單獨(dú)采購(gòu)）供電。

　　軟件

　　傳統(tǒng)上，對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)編程不僅需要編程人員具有嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)，還要了解供應(yīng)商所選定的某種基于文本的編程語(yǔ)言。但有了LabVIEWWSNPioneer，你只需要使用同一種圖形化編程方法就可以為NI的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)添加智能，這種方法已經(jīng)成為開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集和處理應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。LabVIEWWSNPioneer還可靈活地將C代碼與圖形化代碼直接結(jié)合，并在節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，從而可實(shí)現(xiàn)算法重用。

　　LabVIEWWSNModulePioneer

?延長(zhǎng)電池壽命
?實(shí)現(xiàn)自定義分析
?增加本地采樣率
?實(shí)現(xiàn)嵌入式?jīng)Q策制定

　　NILabVIEW無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)ModulePioneer拓展了LabVIEW圖形化編程環(huán)境，可創(chuàng)建和部署嵌入式應(yīng)用至可編程N(yùn)IWSN測(cè)量節(jié)點(diǎn)。LabVIEWWSNModulePioneer可以通過(guò)優(yōu)化節(jié)點(diǎn)行為來(lái)延長(zhǎng)電池使用壽命，也可以在可編程N(yùn)IWSN測(cè)量節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)自定義分析和嵌入式?jīng)Q策的制定。

　　使用LabVIEW創(chuàng)建智能無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　了解如何用NILabVIEW建立一個(gè)完整的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）系統(tǒng)。你可以添加NIWSN硬件到任何Windows或嵌入式LabVIEW實(shí)時(shí)系統(tǒng)，從而建立一個(gè)完整的集成了有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的測(cè)量系統(tǒng)。你同樣可以使用圖形化編程將智能嵌入到NIWSN測(cè)量節(jié)點(diǎn)中。