基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路燈監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 第 15 頁(yè) 共 15 頁(yè)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路燈監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Chunguo Jing, Dongmei Shu and Deying Gu Automation Engineering Department Northeastern University at Qinhuangdao 066004 Qinhuangdao, China摘要：遠(yuǎn)程路燈監(jiān)控系統(tǒng)已應(yīng)用在城市路燈。一般情況下，該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制范圍只達(dá)到路燈變電站。在這項(xiàng)工作中，一個(gè)無(wú)線傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)來(lái)研究路燈監(jiān)控系統(tǒng)的可行性。該系統(tǒng)包含傳感器節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)程終端裝置和控制中心。傳感器節(jié)點(diǎn)安裝在每個(gè)燈柱上并用于檢測(cè)和控制燈。

2、遠(yuǎn)程終端裝置作為控制中心和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的中繼站?？刂浦行膶?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制所有路燈。設(shè)計(jì)出了傳感器節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程終端裝置的硬件。開(kāi)發(fā)出了傳感器節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)程終端裝置和控制中心的軟件。多用跳躍節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)表明該系統(tǒng)可以用于路燈控制。該系統(tǒng)在路燈中的應(yīng)用可以擴(kuò)大控制范圍到每一盞燈，減少路燈用電量和維護(hù)費(fèi)用，并提高路燈的實(shí)用性。一.簡(jiǎn)介路燈是城市基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)不可缺少的一個(gè)部分，其主要功能是在一天中黑暗的數(shù)個(gè)小時(shí)內(nèi)照亮城市的街道。它還有一個(gè)功能是裝飾街道，甚至對(duì)于減少交通事故和街頭犯罪也有一定效果1,2。因此對(duì)于公眾和城市管理者來(lái)說(shuō)保證路燈正常開(kāi)啟和關(guān)閉是很重要的。起初，路燈是通過(guò)手工操作在黃昏開(kāi)啟并在天亮?xí)r關(guān)

3、閉，然而智能控制器被用于根據(jù)日出/日落時(shí)每個(gè)變電站控制器環(huán)境的光強(qiáng)度自動(dòng)開(kāi)燈和關(guān)燈3。雖然智能控制器能夠自動(dòng)開(kāi)燈和關(guān)燈，但是由于智能控制器時(shí)間錯(cuò)誤或者光傳感器被灰塵或其他東西覆蓋而經(jīng)常出現(xiàn)白天開(kāi)燈和晚上關(guān)燈的情況。這些增加了市民眾對(duì)不正常的照明的不滿，并會(huì)導(dǎo)致車輛和行人一些潛在的危險(xiǎn)。為了找出故障路燈并減少能源浪費(fèi)，維修人員需要日以繼夜地巡邏街道。這增加了維護(hù)和管理成本。由于以上原因和路燈功能多樣化，智能路燈控制器的路燈控制不能符合路燈控制的要求?，F(xiàn)在，遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)被廣泛用于路燈監(jiān)控和操作。該系統(tǒng)是由控制中心，遠(yuǎn)程終端裝置（RTU）和通信裝置組成4。控制中心負(fù)責(zé)控制和監(jiān)測(cè)整個(gè)路燈系統(tǒng)

4、。遠(yuǎn)程終端裝置安裝在每個(gè)路燈變電站并用來(lái)控制和監(jiān)測(cè)每個(gè)遠(yuǎn)程站點(diǎn)。無(wú)線電和通用分組無(wú)線電服務(wù)是控制中心和遠(yuǎn)程終端裝置之間通信的兩個(gè)主要技術(shù)。遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)集中管理和控制所有遠(yuǎn)程終端裝置，但是系統(tǒng)的控制范圍只達(dá)到路燈變電站，個(gè)別燈的狀態(tài)不能被這個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)到。為了從控制中心控制，監(jiān)測(cè)和診斷數(shù)以百計(jì)，成千上萬(wàn)的路燈，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被用在了遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)中。一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)被建成用來(lái)研究使用傳感器網(wǎng)絡(luò)的路燈控制的可行性。二.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一些目前的技術(shù)如電力載波（PLC）也可以用作單燈控制和監(jiān)測(cè)的目的。但PLC技術(shù)也有一些問(wèn)題例如噪音，線路輸入阻抗變化，載波信號(hào)衰減，往往會(huì)導(dǎo)致通信故

5、障。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被選作路燈控制這項(xiàng)工作。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是最近幾年的一項(xiàng)新技術(shù)。很多研究者已經(jīng)很努力研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。它被認(rèn)為是一種把信息世界和物理世界連接在一起的技術(shù)。一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)，匯節(jié)點(diǎn)，因特網(wǎng)或信息傳輸網(wǎng)絡(luò)和用戶計(jì)算機(jī)組成5。傳感器節(jié)點(diǎn)用無(wú)線方式彼此通信并在ISM頻段操作。節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率受限制，所以它的分離節(jié)點(diǎn)用階躍網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。圖1是一個(gè)常見(jiàn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理圖。圖1.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)原理圖在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)被組成一個(gè)節(jié)點(diǎn)群；每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少屬于一個(gè)群。每一個(gè)群有一個(gè)匯節(jié)點(diǎn)作為這個(gè)群的一個(gè)局域節(jié)點(diǎn)控制器或者通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程用戶計(jì)算機(jī)

6、連接。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)通常由三個(gè)層次組成：一個(gè)物理層，一個(gè)中間存取控制（MAC）層和一個(gè)應(yīng)用層。每一層用定義好的接口向上述層提供服務(wù)。圖2顯示了一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的層結(jié)構(gòu)和每一層的功能。在不同的應(yīng)用中，物理層會(huì)有些區(qū)別，這些包括傳感器類型，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器的數(shù)量。圖2.在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是成本低和大量的分布。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模徐濤達(dá)到低成本的大市場(chǎng)，某些無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品特點(diǎn)需要標(biāo)準(zhǔn)化，所以不同廠商的產(chǎn)品可能一起經(jīng)營(yíng)。有兩個(gè)關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)由IEEE出版。它們是IEEE 802.15.4低速率無(wú)線私人局域網(wǎng)絡(luò)（WPAN）標(biāo)準(zhǔn)7和IEEE 14

7、51.5無(wú)線智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)8。因此，在學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是要遵循這些標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景包括工業(yè)控制和監(jiān)測(cè)，家庭自動(dòng)化和家用電子產(chǎn)品如無(wú)線鍵盤和個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的加強(qiáng)型玩具，安全和軍事遙感，資產(chǎn)追蹤和供應(yīng)鏈管理，智能農(nóng)業(yè)和健康監(jiān)測(cè)。在這項(xiàng)研究中，一個(gè)實(shí)驗(yàn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)出來(lái)用于控制，監(jiān)測(cè)和診斷路燈。路燈系統(tǒng)控制和維護(hù)是路燈局一個(gè)勞動(dòng)密集型高成本的任務(wù)。在路燈上使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有以下優(yōu)點(diǎn)。首先，靈活的路燈控制方法可以大大的節(jié)約能源消耗。當(dāng)很少人外出的非常晚的時(shí)候系統(tǒng)可以允許三分之二的燈亮。該系統(tǒng)還具有調(diào)光控制功能，個(gè)人或岸邊低流量時(shí)段路燈可變成60%額定光強(qiáng)度水平。

8、一個(gè)由每個(gè)埃施朗公司的研究表明，利用街道照明監(jiān)控系統(tǒng)可以在提高道路安全的情況下減少30%路燈電費(fèi)消耗10。其次，傳感器節(jié)點(diǎn)是安裝在單個(gè)的燈柱上可以監(jiān)控每一盞燈的狀態(tài)；它取代了人力沿街巡邏維護(hù)。因此它明顯的降低了維護(hù)和管理成本。第三，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控確保一檢測(cè)到遠(yuǎn)程終端裝置或路燈故障就快速恢復(fù)，提高了民眾對(duì)路燈的滿意度，減少了服務(wù)調(diào)用。三.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)由控制中心，遠(yuǎn)程終端裝置，GPRS模塊和無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)組成。圖3顯示了采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的一個(gè)結(jié)構(gòu)圖。傳感器節(jié)點(diǎn)被安裝在每個(gè)燈柱上。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的功率限制，傳感器節(jié)點(diǎn)采用階躍路徑傳輸數(shù)

9、據(jù)。所有的傳感器節(jié)點(diǎn)功率通過(guò)相同的變電站組成一個(gè)群。遠(yuǎn)程終端裝置把這個(gè)群執(zhí)行匯節(jié)點(diǎn)功能。為了簡(jiǎn)化從遠(yuǎn)程終端裝置到控制中心的路徑，遠(yuǎn)程終端裝置和控制中心的信息傳輸采用GPRS網(wǎng)絡(luò)。圖3.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路燈電力電纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖在中心計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序被用于控制和監(jiān)測(cè)路燈系統(tǒng)。它包括很多特征如顯示系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和地理地圖，更新遠(yuǎn)程終端裝置和燈的相關(guān)信息，設(shè)置照明計(jì)劃，發(fā)送控制指令到遠(yuǎn)程終端裝置，根據(jù)故障發(fā)出可視的或可聽(tīng)的警報(bào)，轉(zhuǎn)發(fā)短信警報(bào)留言到人事部 ，產(chǎn)生報(bào)告單。圖4顯示了從一個(gè)路燈應(yīng)用程序的一個(gè)屏幕截圖。圖4.從一個(gè)路燈應(yīng)用程序的一個(gè)截圖遠(yuǎn)程終端裝置作為在每個(gè)路燈變電站的匯節(jié)點(diǎn)，同時(shí)

10、負(fù)責(zé)控制和監(jiān)測(cè)在它覆蓋范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)，采用GPRS模塊與控制中心通信，并儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程終端裝置也收集有關(guān)單燈狀態(tài)，電源線電壓和電流的信息，處理這些數(shù)據(jù)并發(fā)送它們到控制中心或采取相應(yīng)的行動(dòng)。傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)控制和監(jiān)測(cè)燈桿。它根據(jù)從遠(yuǎn)程終端裝置接收到的指令開(kāi)燈或關(guān)燈。傳感器節(jié)點(diǎn)也有調(diào)光路燈的功能。傳感器節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程終端裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸采用階躍協(xié)議。GPRS作為控制中心和遠(yuǎn)程終端裝置之間通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)通道。它是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的鏈接解決方案。它可用于幾乎所有的GSM網(wǎng)絡(luò)。GPRS的吞吐率可達(dá)到115kbit/s。所以它特別適合發(fā)送和接收小連發(fā)數(shù)據(jù)。四.系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括依稀項(xiàng)目：遠(yuǎn)程

11、終端裝置的硬件設(shè)計(jì)，傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程終端裝置的軟件開(kāi)發(fā)，傳感器節(jié)點(diǎn)軟件開(kāi)發(fā)和控制應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。A. 硬件設(shè)計(jì)由于在一個(gè)大城市中有成千上萬(wàn)的路燈和數(shù)百個(gè)了燈變電站，各個(gè)節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程終端裝置必須是便宜的才能在未來(lái)幾年內(nèi)收回在路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)中的投資。在硬件設(shè)計(jì)中必須考慮低成本和高集成性的設(shè)備。傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有傳感和通信功能，并可以作為一個(gè)發(fā)射機(jī)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)接收器節(jié)點(diǎn)或一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)。一個(gè)城市中有成千上萬(wàn)根燈柱，所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)是低成本無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。單片機(jī)裝置（MCU）類型，無(wú)線電收發(fā)器應(yīng)仔細(xì)挑選，以滿足節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)低成本，高性能。有許多MCU和

12、無(wú)線接收器可以在商業(yè)市場(chǎng)上挑選。可用的MCU包括ATmega128，PIC168F8X和ARM7/9等等?？捎玫膯涡酒瑹o(wú)線接收器包括Nrf903，nRF2401，CC1000，CC2420等等。芯片的確定可以考慮性能，價(jià)格，外部設(shè)備擴(kuò)展功能等。圖5展示了根據(jù)MICA211和適用于這項(xiàng)工作的一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)。圖5.傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)框圖AVR8位微控制器ATmega128被選到這個(gè)設(shè)計(jì)中，是由于它提供了一個(gè)16MIPS性能，128K字節(jié)可編程閃存，足夠的外圍設(shè)備如8通道10位ADC，UARTS,SPI串聯(lián)接口，I/O接口，兩個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，6種可以低能耗運(yùn)行的睡眠模式

13、12。無(wú)線收發(fā)器CC1000使用FSK調(diào)制范圍在315/433/868和915MHZ ISM頻段。該頻率可以通過(guò)程序改變。功率消耗非常低，最大傳輸電流是7.4mA，電源電壓在2.1V到3.6V之間。它需要非常少的外元件。數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)76.8kB13。因此，它適合無(wú)線短距離通信應(yīng)用和這項(xiàng)設(shè)計(jì)中。在這項(xiàng)工作中，頻率選擇在433MHZ，它的范圍可達(dá)到200米。傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)從遠(yuǎn)程終端裝置接收到的指令開(kāi)啟或關(guān)閉路燈。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)檢測(cè)電源線電流確定燈的狀態(tài)。只有當(dāng)燈的狀態(tài)改變時(shí)發(fā)送燈的狀態(tài)到遠(yuǎn)程終端裝置。如果燈亮的時(shí)候傳感器節(jié)點(diǎn)報(bào)告了燈是關(guān)閉狀態(tài)，可以認(rèn)為是燈出現(xiàn)故障并需要發(fā)送燈電流狀態(tài)到控制中心。

14、由于不同的傳感器節(jié)點(diǎn)有不同的ID，控制中心可以確定故障燈并在地理地圖是哪個(gè)顯示出來(lái)。維修人員可以快速到達(dá)故障燈的地點(diǎn)并修復(fù)它。遠(yuǎn)程終端裝置設(shè)計(jì)：遠(yuǎn)程終端裝置是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。圖6是遠(yuǎn)程終端裝置硬件的一個(gè)結(jié)構(gòu)框圖。在遠(yuǎn)程終端裝置設(shè)計(jì)中單片機(jī)和無(wú)線收發(fā)器的選擇和傳感器節(jié)點(diǎn)硬件一樣用來(lái)簡(jiǎn)化遠(yuǎn)程終端裝置的硬件和軟件設(shè)計(jì)。圖6.遠(yuǎn)程撞斷裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖為了簡(jiǎn)化遠(yuǎn)程終端裝置的工藝路線和提高系統(tǒng)可靠性，所有在遠(yuǎn)程終端裝置和控制中心之間的信息傳輸都采用GPRS協(xié)議。在本設(shè)計(jì)中，GPRS模塊選擇來(lái)自摩托羅拉公司的G18無(wú)線模塊。單片機(jī)和G18之間的接口是RS-232在9600字節(jié)每秒。G18受AT指令控制，并允

15、許在GSM網(wǎng)絡(luò)上使用GPRS協(xié)議連接任何嵌入式系統(tǒng)或者設(shè)備到互聯(lián)網(wǎng)。這個(gè)模塊與遍布全世界的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的頻率900MHZ/1800MHZ/1900MHZ兼容14。在此應(yīng)用中，TCP/IP數(shù)據(jù)包通過(guò)G18模塊傳輸。遠(yuǎn)程終端裝置主要作為匯節(jié)點(diǎn)，它也有控制和數(shù)據(jù)采集的功能。該傳感器節(jié)點(diǎn)可能不會(huì)安裝在不太重要的和遠(yuǎn)離中心街道的燈柱上出于縮減成本的原因。即然這樣，遠(yuǎn)程終端裝置在變電站通過(guò)控制中間繼電器開(kāi)關(guān)電源的方法直接開(kāi)燈或關(guān)燈。通過(guò)檢測(cè)電源線電流判斷當(dāng)前的路燈狀態(tài)。如果傳感器節(jié)點(diǎn)被安裝在每個(gè)燈柱上，遠(yuǎn)程終端裝置發(fā)送控制指令到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)并從傳感器節(jié)點(diǎn)接收等的狀態(tài)。抄表模塊是用來(lái)計(jì)算變電站的總能量消耗。當(dāng)

16、出現(xiàn)異常天氣如下雨，下雪或大霧時(shí)光強(qiáng)度可以用來(lái)開(kāi)燈或關(guān)燈。遠(yuǎn)程終端裝置可以在沒(méi)有控制中心管理的情況下獨(dú)立運(yùn)行。等開(kāi)/關(guān)時(shí)間表存在于每個(gè)遠(yuǎn)程終端裝置中。這種特性提高了系統(tǒng)的可靠性。B. 軟件開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)包括傳感器節(jié)點(diǎn)軟件開(kāi)發(fā)，遠(yuǎn)程終端裝置軟件開(kāi)發(fā)和中心應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。傳感器節(jié)點(diǎn)軟件開(kāi)發(fā)：傳感器節(jié)點(diǎn)軟件開(kāi)發(fā)最好的方法是用NESC編程語(yǔ)言的TinyOS操作系統(tǒng)15,16。TinyOS是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中具有非常有限資源的事件驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)。TinyOS支持模塊性和由組件的概念的基礎(chǔ)編程。一個(gè)組件包含語(yǔ)義上相關(guān)的功能，例如，處理一個(gè)無(wú)線接口或計(jì)算路徑。這樣的組件包含一個(gè)框架中所需

17、的狀態(tài)信息，并操作事件或指令。NESC語(yǔ)言是C語(yǔ)言的一種擴(kuò)展，設(shè)計(jì)它來(lái)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)化概念和TinyOS的執(zhí)行模型。它允許程序員定義接口類型來(lái)一起定義指令和事件。這使得很容易通過(guò)將指令和它們所相應(yīng)完成的事件對(duì)應(yīng)到同一接口來(lái)表達(dá)分項(xiàng)程序設(shè)計(jì)方式。組件提供某些接口給它們的用戶并輪流使用其他組件的接口。在這項(xiàng)研究中，在TinyOS下使用NESC語(yǔ)言開(kāi)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)軟件。下面是NESC語(yǔ)言程序的一個(gè)例子。階躍是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路徑的基本特征，因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)能量是有限的。傳感器網(wǎng)絡(luò)是不均勻節(jié)點(diǎn)收集和傳播周圍數(shù)據(jù)的密集無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。有很多情況可能會(huì)用到這種網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由數(shù)百或成千上百個(gè)小的，便宜的電池驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)展

18、節(jié)點(diǎn)組成并繞著一個(gè)無(wú)線調(diào)制解調(diào)器共同完成一個(gè)監(jiān)測(cè)或控制任務(wù)。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上述特征，很多路由協(xié)議已出臺(tái)如能量有效路由，定向傳播，地理和能量感知路由。在這個(gè)應(yīng)用中，一組傳感器節(jié)點(diǎn)每晚都可以再充電，能量不是主要問(wèn)題。在一個(gè)變電站范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量是有限的，并且每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置是固定的。為了避免由于節(jié)點(diǎn)故障而引起的路由損壞，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，一個(gè)是運(yùn)行的，另一個(gè)是備份的。遠(yuǎn)程終端裝置軟件開(kāi)發(fā)：由于遠(yuǎn)程終端裝置的微控制器和無(wú)線收發(fā)器和傳感器節(jié)點(diǎn)的是一樣的，所以遠(yuǎn)程終端裝置的軟件開(kāi)發(fā)也用TinyOS下的NESC語(yǔ)言。傳感器代碼中的部分代碼也可以用在遠(yuǎn)程終端裝置軟件開(kāi)發(fā)中。主要的區(qū)別

19、是遠(yuǎn)程終端裝置需要用GPRS協(xié)議和控制中心通信。G18模塊是一個(gè)具有GPRS功能的GSM911/1800/1900/設(shè)備，單它不是直接地支持TCP/IP應(yīng)用。為了通過(guò)G18傳輸TCP/IP數(shù)據(jù)包，它需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)GPRS API來(lái)發(fā)送和接收TCP/IP數(shù)據(jù)包。這些應(yīng)用程序界面處理輸入和輸出數(shù)據(jù)流和Socket API的完全一樣。為了維持這種模塊性，這些數(shù)據(jù)流必須和Socket API非常相似，除非有額外添加的功能。因此，定義了三個(gè)級(jí)別來(lái)管理G18模塊。監(jiān)測(cè)器：線程檢查信號(hào)強(qiáng)度。當(dāng)監(jiān)測(cè)器檢測(cè)到信號(hào)強(qiáng)度低是，它會(huì)發(fā)送一個(gè)異常信號(hào)來(lái)描述問(wèn)題。GPRS API：極好的用來(lái)初始化和設(shè)置G18設(shè)備。服

20、務(wù)器：一旦Socket登陸被確認(rèn)服務(wù)器就接收I/O數(shù)據(jù)流。GPRS Socket極好的用AT指令初始化和配置該設(shè)備。每一條指令調(diào)用G18設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回應(yīng)。指令的類型依賴回應(yīng)的類型。每一個(gè)回應(yīng)以一個(gè)OK或ERROR信息結(jié)尾。如果該指令被發(fā)布來(lái)獲得信息，接收到信息后以一個(gè)OK信息結(jié)束。例如，要知道信號(hào)的強(qiáng)度，發(fā)出以下指令：如果用AT命令初始化G18設(shè)備。它必須執(zhí)行以下步驟：在遠(yuǎn)程終端裝置中執(zhí)行根據(jù)遠(yuǎn)程終端裝置的位置和當(dāng)前的數(shù)據(jù)計(jì)算日出/日落時(shí)間的算法。當(dāng)電源線沒(méi)安裝傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，遠(yuǎn)程終端裝置根據(jù)日出/日落時(shí)間之間開(kāi)燈和關(guān)燈。控制中心軟件開(kāi)發(fā)：控制中心軟件是遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的核心。中心的應(yīng)用

21、程序有以下特點(diǎn)：首先，軟件應(yīng)是易于使用的并且接口必須是支持的。其次，應(yīng)用程序應(yīng)該是可配置和可擴(kuò)展的。當(dāng)新的遠(yuǎn)程終端裝置被安裝，它可以很容易的加進(jìn)系統(tǒng)中。第三，地理信息系統(tǒng)（GIS）可以顯示遠(yuǎn)程終端裝置和傳感器節(jié)點(diǎn)的位置和狀態(tài)。為了滿足所有這些要求，可用寶藍(lán)公司C+生成器5.0和MapInfo MapX5.0開(kāi)發(fā)軟件。該軟件在Windows操作系統(tǒng)上運(yùn)行。寶藍(lán)C+生成器（BCB）是一個(gè)快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具。和程序代碼相比，它允許程序員可視化編程。這項(xiàng)技術(shù)的核心是組件。BCB程序編程非常的容易。程序員只需輸入一些VCL就可以完成一個(gè)簡(jiǎn)單的程序。因此，在這個(gè)應(yīng)用程序中選擇BCB來(lái)寫控制中心代碼。Ma

22、px是一個(gè)插件，它是由MapInfo公司開(kāi)發(fā)的。它很容易集成MapX到新的和已有Visual Basic，Visual C+和 Delphi應(yīng)用程序中去。所以它是鑲嵌地圖功能到應(yīng)用程序中最簡(jiǎn)單的，最具有成本效益的方法19。在這個(gè)應(yīng)用程序中，MapX被用來(lái)實(shí)現(xiàn)GIS功能。圖7顯示了遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的部分屏幕截圖。所有的傳感器節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程終端裝置顯示在地圖上。一旦傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)燈狀態(tài)改變，它會(huì)通過(guò)遠(yuǎn)程終端裝置發(fā)送狀態(tài)信息到控制中心，并且它的狀態(tài)會(huì)立即顯示在地圖上。用戶可以發(fā)現(xiàn)故障遠(yuǎn)程終端裝置或故障燈并決定修復(fù)它。圖7.路燈電力電纜監(jiān)測(cè)地圖紅旗注明故障燈和遠(yuǎn)程終端裝置的位置數(shù)據(jù)庫(kù)功能通過(guò)微軟Ac

23、cess 2021 來(lái)完成。所有傳感器節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程終端裝置的名字和參數(shù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。采集到的數(shù)據(jù)和報(bào)警信息也儲(chǔ)存在它里面。所有數(shù)據(jù)均可制作成一份報(bào)告并可以打印出來(lái)。五.總結(jié)在本文中，提出了一個(gè)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。傳感器節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程終端裝置的硬件采用ATmega 128 MCU，CC1000無(wú)線電收發(fā)器和G18無(wú)線模塊設(shè)計(jì)。傳感器節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程終端裝置的軟件在TinyOS操作系統(tǒng)下采用NESC語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。具有GIS功能的控制中心軟件采用BCB和MapX開(kāi)發(fā)。結(jié)果表明，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于監(jiān)測(cè)和控制每一盞路燈。這個(gè)系統(tǒng)在路燈部門的應(yīng)用可以減少能量消耗，基層管理和維護(hù)費(fèi)用

24、。該設(shè)計(jì)也可以作為許多其他應(yīng)用和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)平臺(tái)。今后的工作包括降低傳感器節(jié)點(diǎn)的成本，測(cè)試傳感器通信可靠性和在異常天氣中的控制方法等。參考文獻(xiàn)1 Eduard Zaloshnja, Ted R. Miller, Maury S. Galbraith, Bruce A. Lawrence, Lemyra M. DeBruyn, Nancy Bill, Kenny R. Hicks, Michael Keiffer, Ronald Perkins, “Reducing injuries among Native Americans: five cost-outcome analyses

25、,” Accident Analysis and Prevention, vol. 35 no. 5 pp. 631-639, 2021 . 2 B. A. J. Clark, “Outdoor lighting and crime,” Astronomical Society of Victoria, Inc., Australia, 2021 . 3 Robinson, Gail M., “Smart photoelectric control senses lighting problems,” Design News, vol. 50, no. 8, pp. 99, Apr. 1995

26、. 4 Motorola Inc. Streetlight Monitoring System. Online. Available: http:/moscad- 5 J. Hill, R. Szewczyk, A. Woo, S. Hollar, D. Culler, K. Pister, David Culler, Kristofer Pister, “System architecture directions for networked sensors”, ACM SIGPLAN Notices, vol. 35, no. 11, pp. 93-104, November 2021 .

27、 6 C. Chien, I. Elgorriaga, and C. McConaghy, “Low-power direct-sequence spread-spectrum modem architecture for distributed wireless sensor networks”. Presented at In Proceedings of the International Symposium on Low Power Electronics and Design(ISLPED), Huntington Beach, CA, August 2021 . 7 IEEE St

28、andard for Information Technology - Telecommunications and Information Exchange between Systems - Local and Metropolitan Area Networks - Specific Requirements - Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs

29、). IEEE Std. 802.15.42021 . 8 Lee, K., “IEEE 1451: A standard in support of smart transducer networking”, Proceedings of the 17th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, Baltimore, MD, May 1-4, 2021 , Vol. 2, pp. 525-528. 9 D. Estrin et al., “Instrumenting the world with wireless

30、 sensor networks”, presented at Proc. IEEE Intl. Conf. Acoustics, Speech, and Signal Processing, 2021 , vol 4, pp. 20332036. 10 “City of Oslo to cut sStreetlight energy costs by 30% while increasing roadway safety using echelon technology,” Online. Available: 11 MICA2 DataSheet, CrossBow Technology

31、Inc. 12 ATmega 128 Datasheet, Atmel Corporation 13 CC1000 Datasheet (rev. 2.2), Chipcon AS. 14 G18 GSM/GPRS OEM Embedded Module Developers Guide, Motorola Communications Ltd., 2021 15 J. Hill, R. Szewczyk, A. Woo, S. Hollar, D. E. Culler, and K. S. J. Pister, “System Architecture Directions for Netw

32、orked Sensors,” In Proceedings of the 9th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pages 93104, Cambridge, MA, 2021 . 16 TinyOS Getting Start Guide, Rev. A, Crossbow Technology Inc., October 2021 . 17 D. Gay, P. Levis, R. von Behren, M. Welsh

33、, E. Brewer, and D. Culler, “The nesC Language: A Holistic Approach to Networked Embedded Systems,” Proceedings of ACM SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Implementation, pages 111. ACM Press, 2021 . 18 Gay D, Levis P. Culler D, Brewer E, “nesC v1.1 Language Reference” 19 MapInfo M

34、apX Developer Guider V5.0, MapInfo Inc. 暑期實(shí)習(xí)報(bào)告我們馬上就要上大三了，在大一大二的時(shí)候，我就想應(yīng)該找點(diǎn)工作來(lái)做做，可惜一直都因沒(méi)有適當(dāng)安排好時(shí)間而作廢，我正想這個(gè)假期應(yīng)該可以去上班試試看，總歸得回歸社會(huì)嘛，農(nóng)村在暑期基本上農(nóng)活并不多，我就想這確實(shí)是個(gè)去實(shí)習(xí)的好機(jī)會(huì)，可能今后未必就有這么好的機(jī)會(huì)。巧的是，老師也這么要求，那我就更是有這個(gè)必要去實(shí)習(xí)實(shí)習(xí)了。我剛開(kāi)始就是去小鎮(zhèn)上找找看，有沒(méi)有什么活干，我看到街上的昭示，有百貨超市啊，餐館啊，還有就是招人打小工的，不過(guò)因?yàn)楫吘惯@個(gè)是需要蓋章的，所以呢，超市就是個(gè)不錯(cuò)的選擇，而且關(guān)鍵在于，在我們今天這個(gè)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)

35、帶動(dòng)作用下，懂得銷售技巧是非常好的，不光要求把商品推銷出去，把自己推銷出去，還有把一種理念，一個(gè)招牌打出去。我本來(lái)平時(shí)就比較喜歡和人交流，就喜歡人與人交流的那種思想碰撞的感覺(jué)，人也和藹可親，可是呢，感覺(jué)有時(shí)候又缺乏一定的技巧，最后給人一種不存在的感覺(jué)，有些不服氣，這不，這文銘家用電器超市啊是賣家用電器的，我們那邊的離一公里的兩個(gè)小鎮(zhèn)都開(kāi)有他們的店，他們家在一邊，只能照看一頭的生意，另外一頭是新開(kāi)的，就需要個(gè)可靠的人給他們照看家用電器和家具，他們是希望招一個(gè)能說(shuō)會(huì)道而且可靠的人，給他們招呼客人。如果遇到什么生意，需要把人家客人款待好些，讓他們看看家用電器和家具，給他們介紹介紹價(jià)格和性能什么的，然

36、后說(shuō)服他們到老板家那個(gè)小鎮(zhèn)去說(shuō)去看，我二姨家就住在街上，和這家人關(guān)系很好，聽(tīng)說(shuō)我需要找工作，就向他們介紹我，而且還不說(shuō)，我和他們的侄女就是初中同學(xué)，我也去過(guò)他們家玩，只是他們需要招的是長(zhǎng)期的工作人員，我說(shuō)我一個(gè)月，然后把他們出的工資降低，又和他們?cè)僬f(shuō)說(shuō)，終于就在他們的另一個(gè)小鎮(zhèn)承擔(dān)起了負(fù)責(zé)人的態(tài)度，平時(shí)我就住在我大娘家，我大娘家的對(duì)面就是那個(gè)超市。找工作的路途讓我明白，這個(gè)社會(huì)人脈是很重要的，人更愿意相信和自己有些關(guān)系，有些來(lái)往的人，這會(huì)增加一種信任度，還有就是人際交流，自己需要展示好的品質(zhì)，比如誠(chéng)實(shí)，謙虛，和藹可親，有說(shuō)服力。誠(chéng)實(shí)是最打動(dòng)人的，如果一個(gè)人油腔滑調(diào)，旁人是不會(huì)放心地任務(wù)交在他的

37、手上，另外，如果自己可以說(shuō)服他們雇用自己，他們即便就會(huì)認(rèn)為自己可以說(shuō)服自己的顧客購(gòu)買自己的商品，還有就是保障，這是一樁大生意，家具若有任何閃失，損失的就是一大筆錢，我二姨家和店主他家很親近，他們是信得過(guò)的，我二姨說(shuō)，若我犯了什么閃失她來(lái)?yè)?dān)保，而且想必考取一個(gè)名牌大學(xué)的學(xué)生，人格上他們還是信得過(guò)，另外，店主他家也偶爾會(huì)來(lái)看一看哪里有沒(méi)有什么問(wèn)題。再說(shuō)，他們有我的個(gè)人信息，我是不會(huì)因小失大犯事兒的。因此，我最終就謀上了這個(gè)職位，松了一口氣，感覺(jué)自己很幸運(yùn)。因?yàn)槲沂桥R時(shí)工，而且主要是為了鍛煉自己的市場(chǎng)營(yíng)銷能力，薪水不是關(guān)鍵，本來(lái)的職工薪水是底薪一千二百元，百分之一的提成，而我，是底薪八百元，百分之一

38、的提成。若是由我這邊介紹的人，最終買了家具，我就可以拿到提成，想想還是蠻可以的。我在這個(gè)鎮(zhèn)上是住在我大娘家，她家就在我們這個(gè)超市的對(duì)面。早晨我七八點(diǎn)起床，速速做飯吃了，就去開(kāi)店門。然后在那里坐著守著，還可以拿我喜歡的故事書，名著啊什么的在那里閱讀，和周圍忙活的人閑聊說(shuō)說(shuō)話，還可以打開(kāi)音響，放著他家這里的碟片，聽(tīng)各種美妙的音樂(lè)。貴州的氣候本就涼爽，小鎮(zhèn)在山半腰就更加清風(fēng)吹拂，是避暑的好地方，我抬頭就能看見(jiàn)我最喜歡的青山，總是一直聳立在那里，有一種父親的風(fēng)骨，更有一種超凡脫俗的韻味，看見(jiàn)山我就覺(jué)得自己是自然的一分子，覺(jué)得自己很高，我覺(jué)得這日子舒服極了！每次趕集，我媽媽都會(huì)背來(lái)一些菜啊，瓜果之類的來(lái)

39、賣，一些給我大娘家，就當(dāng)是我在我大娘家住的生活費(fèi)用，畢竟是我得麻煩人家一個(gè)月呢！生活上的事情是無(wú)憂無(wú)慮的了，至于生意上的事情，基本上是冷冷清清，隔三岔五才會(huì)有人來(lái)問(wèn)一下，當(dāng)有人來(lái)問(wèn)家具或電器的時(shí)候，我就十分地欣喜，覺(jué)得又是個(gè)鍛煉的好機(jī)會(huì)，有客人來(lái)了我就希望盡我的全力，讓人家買我的產(chǎn)品，這樣才能實(shí)現(xiàn)我的價(jià)值，也證明了店主家沒(méi)有白白雇用我，家用電器和家具的性能店主家都給我說(shuō)的，我基本上也會(huì)了，還有我又有自己看說(shuō)明書，知道怎么說(shuō)產(chǎn)品的性能。我微笑著招呼人家，和人家談?wù)摦a(chǎn)品性能，還和人家拉拉家常，其實(shí)賣家具和買菜就差不多，主要是人家看著差不多，你又會(huì)說(shuō)，人家感覺(jué)舒服就愿意向你買，我一遇到問(wèn)的人，就好象

40、激活了我渾身的細(xì)胞，總想把東西賣出去，一欣喜，臉就會(huì)紅，覺(jué)得世界非常美好，想到我的工資可以加，名聲也會(huì)更好聽(tīng)，我媽媽也更加喜歡我了，（我好像長(zhǎng)不大，從小就喜歡這些），人會(huì)變的很友善很機(jī)靈，很努力的款待人家，還有一點(diǎn)，貴州的農(nóng)村人都是很喜歡機(jī)靈可愛(ài)的人的，我感覺(jué)我給他們留下的印象就不錯(cuò)。他們有在議論這個(gè)姑娘機(jī)靈。我賣的第一套家具是我姐夫的二哥買的，他們是自己看的，我給他們說(shuō)了一下性能，沒(méi)說(shuō)產(chǎn)品什么好話，他們看著還可以，估計(jì)覺(jué)得買別人的還不如買自家人的，最終我就算完成第一筆生意。生意不是天天都賣成，所以，每每完成一筆生意，我就在心里記得很清楚，想著就高興，然后期待下一場(chǎng)生意的到來(lái)。有幾個(gè)只是隨便問(wèn)一下，然后又去別的地方看，有