時間：2022-02-05 19:48:52
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光纖傳感器主要由光源、光纖與探測器3部分組成，光源發出的光耦合進光纖，經光纖進入調制區，在調治區內，外界被測參數作用于進入調區內的光信號，是其光學性質如光的強度、相位、偏振態、波長等發生變化成為被調制的信號光，再經過光纖送入光探測器而獲得被測參數，光纖傳感器中的光纖通常由纖芯、包層、樹脂涂層和塑料護套組成，纖芯和包層具有不同的折射率，樹脂涂層對光纖起保護作用，光纖按材料組成分為玻璃光纖和塑料光纖；按光纖纖芯和包層折射率的分布可分為階躍折射率型光纖和梯度折射率光纖兩種。光纖能夠約束引導光波在其內部或表面附近沿軸線方向向前傳播，具有感測和傳輸的雙重功能，是一種非常重要的智能材料。
2.光纖傳感器的類型及特點
光纖傳感器的類型很多，按光纖傳感器中光纖的作用可分為傳感型和傳光型兩種類型。
傳感型光纖傳感器又稱為功能型光纖傳感器，主要使用單模光纖，光纖不僅起傳光作用，同時又是敏感元件，它利用光纖本身的傳輸特性經被測物理量作用而發生變化的特點，使光波傳導的屬性(振幅、相位、頻率、偏振)被調制。因此，這一類光纖傳感器又分為光強調制型，偏振態調制型和波長調制型等幾種。對于傳感型光纖傳感器，由于光纖本身是敏感元件，因此加長光纖的長度可以得到很高的靈敏度。
傳光型光纖傳感器又稱非功能型光纖傳感器，它是將經過被測對象所調制的光信號輸入光纖后，通過在輸出段進行光信號處理而進行測量的。在這類傳感器中，光纖僅作為傳光元件，必須附加能夠對光纖所傳遞的光進行調治的敏感元件才能組成傳感元件。
3.光纖傳感器的應用
光纖傳感器的應用范圍很廣，幾乎涉及國民經濟的所有重要領域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣環境中使用，解決了許多行業多年來一直存在的技術難題，具有很大的市場需求。主要表現在以下幾個方面的應用:
(1)城市建設中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應用。光纖傳感器可預埋在混凝土、碳纖維增強塑料及各種復合材料中，用于測試應力松弛、施工應力和動荷載應力從而來評估橋梁短期、施工階段和長期營運狀態的結構性能。
(2)在電力系統，需要測定溫度、電流等參數，如對高壓變壓器和大型電機的定子、轉子內的溫度檢測等，由于電類傳感器易受強電磁場的干擾，無法在這些場合中使用，只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高新技術，分布式光纖溫度傳感系統不僅具有普通光纖傳感器的優點，還具有對光纖沿線各點的溫度的分布式傳感能力，利用這種特點我們可以連續實時測量光纖沿線幾公里內各點的溫度，定位精度可達米的量級，測溫精度可達1度的水平，非常適用于大范圍多點測溫的應用場合。
(3)在石油化工系統、礦井、大型電廠等，需要檢測氧氣、碳氫化合物、CO等氣體，采用電類傳感器不但達不到要求的精度，更嚴重的是會引起安全事故。因此，研究和開發高性能的光纖氣敏傳感器，可以安全有效地實現上述檢測。
(4)在環境監測、臨床醫學檢測、食品安全檢測等方面，由于其環境復雜，影響因素多，使用其它傳感器達不到所需要的精度，并且易受外界因素的干擾，采用光纖傳感器可以具有很強的抗干擾能力和較高的精度，可實現對上述各領域的生物量的快速、方便、準確地檢測。目前，我國水源的污染情況嚴重，臨床檢驗、食品安全檢測手段比較落后，光纖傳感器在這些領域具有極好的市場前景。
(5)醫學及生物傳感器。醫學臨床應用光纖輻射劑量計、呼吸系統氣流傳感系統;圓錐形微型FOS測量氧氣濃度及其他生物參數;用FOS探測氫氧化物及其他化學污染物;光纖表面細胞質粒基因組共振生物傳感器;生物適應FOS系統應用于海水監測、生化技術、醫藥。
光纖傳感器在實踐中運用到的例子舉不勝舉，這些技術都是多學科的綜合，涵蓋的知識面廣，象光纖陀螺，火花塞光纖傳感器，光纖傳感復合材料，以及利用光纖傳感器對植物葉綠素的研究等等；隨著科技的不斷進步，越來越多的光纖傳感器將面世，它將被應用到生產生活的每一個角落。
4.光纖傳感器的技術發展方向
光纖傳感技術經過20余年的發展也已獲得長足的進步，出現了很多實用性的產品，然而實際的需要是各種各樣的，光纖傳感技術的現狀仍然遠遠不能滿足實際需要。目前，光纖傳感器技術發展的主要方向是。
(1)傳感器的實用化研究。即一種光纖傳感器不僅只針對一種物理量，要能夠對多種物理量進行同時測量。
(2)提高分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度，降低其成本，設計復雜的傳感器網絡工程。注意分布式傳感器的參數，即壓力、溫度，特別是化學參數(碳氫化合物、一些污染物、濕度、PH值等)對光纖的影響。
(3)傳感器用特殊光纖材料和器件的研究。例如:增敏和去敏光纖、熒光光纖、電極化光纖的研究等。這些將是以后傳感器進一步發展的趨勢。
(4)在惡劣條件下(高溫、高壓、化學腐蝕)低成本傳感器(支架、連接、安裝)的開發和應用。
(5)新傳感機理的研究，開拓新型光纖傳感器。
參考文獻
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[4]李文植.光纖傳感器的發展及其應用綜述,科技創業月刊,2006,7.
一、基于傳感技術探究實驗設計
在教學實踐中我利用傳感技術儀器進行實驗能夠得到很好的實驗效果。分析教材、根據教學目標及學生的年齡特點合理選擇利用數字化傳感器材能夠有效提高課堂實驗效果。課堂實驗探究的高效，傳感技術儀器的有效使用，不僅需要分析教材，合理選材，還需要精心設計實驗方案。只有通過有效的實驗設計和規范的實驗操作，以學生為主體性，讓學生配合教師來完成實驗，學生便于理解，又可增加學習興趣，才能使實驗變得簡單易行，達到教學目標。以下是四上年級《運動起來會怎樣》一個有關于心率傳感器的實驗。首先，連接手握心率傳感器、界面和計算機。其次，啟動LoggerPro或LoggerLite軟件，最后，程序將自動識別手握心率傳感器，這樣就可以準備采集數據了。測量一個人在激烈活動，例如做跳躍運動前、之間和之后的心率；測量一個人在運動后的心率返回平常心率要多久。讓學生在探究實踐的過程中，注重體驗和感悟，又便于學生對知識的接受和理解，從而也激發學生的興趣。
二、傳感技術探究實驗室的組建
為了提高實驗探究效率，保證實驗教學的有效開展，創建探究實驗室，合理利用“數字化”儀器設備是非常重要的。數據采集器和傳感器的配備，主要用于采集并儲存實驗數據并根據探究需測定的參數。通過政府采購，我們采購到探究實驗室套材，主要有濕度、音高、音量、光強、pH值、溶解氧濃度、電流、電壓、氧氣含量、二氧化碳含量等傳感器，還可以根據需求來自行選擇；同時，這些儀器的輕巧與便攜還為學生進行戶外探究提供了可能。計算機軟件的安裝將傳感器插入計算機時，傳感器可以精確地測量實驗中獲取的各種數據，并通過數據采集器傳到計算機中，計算機經由配套軟件將數據以表格和圖像的形式呈現，并進行分析處理。
三、傳感技術實驗器材在拓展課程中的應用
基于激光傳感器的船舶交通量觀測系統,以激光傳感器作為船舶數據的采集手段,實現船舶特征識別;以多激光傳感器在航船舶通行檢測系統為基礎,采用多源數據融合和機器學習方法實現船舶特征辨識和自適應誤差控制。
由于系統中選用了兩臺不同型號的激光傳感器作為船舶特征信息的采集,它們采用的數據接口各異。因此,需選用不同的傳輸方式獲取其數據信息。通過對三種方案的實踐和比較,最終得到了合適的傳輸方案。
激光傳感器數據的傳輸
1、激光傳感器
激光傳感器船舶交通量觀測系統由數據采集子系統、數據處理子系統和輔助子系統三個部分組成。數據采集子系統中的激光傳感器通過自身激光頭的旋轉,對物體進行短時間的線掃描,從而實現對被測物截面的二維掃描,可實時采集航道上的目標圖像。數據采集子系統主要由兩臺激光傳感器組成。
2、激光傳感器數據的傳輸
傳輸方案:
傳輸方案:本方案為最初設計的傳輸方案,設計基于設備簡單、造價低廉、安裝方便的原則。 具體方案1號激光器采用以太網的無線傳輸,2號激光器由于沒有網絡接口,采用了通訊電纜RS422方式傳輸。
極限型相對于濃差型，不需要參比氣，在固體電解質的陰極側進一步設置限制氣體擴散的擴散層。當在固體電解質兩側施加一電壓，陰極附近的氧得到電子形成O2-，O2-通過固體電解質到達陽極被還原失去電子產生氧，在電極電路中產生可測泵電流，這相當于一個電化學氧泵。施加的電壓增大，泵氧速度增大，當電壓超過某一數值，氣體擴散速度小于泵氧速度，泵電流達到極限值。依據擴散孔隙大小，分為普通擴散（孔徑遠大于分子平均自由程）和克努森（孔徑遠小于分子平均自由程）擴散。在擴散層參數（擴散系數、孔截面積、孔長度）固定時，普通擴散（如小孔型）的極限電流與氧分壓的對數成正比；克努森擴散（如多孔型）的極限電流與氧分壓成正比。極限型在理論空燃比附近以及濃燃燒（貧氧）區域產生電信號極其微弱，因此主要用于稀薄（富氧）燃燒發動機（即作為稀薄空燃比型）。極限型需要加熱器使得固體電解質達到工作溫度。為了調整傳感器的響應時間，極限型也發展了套管式、平板式。根據擴散層類型，極限型包括物理擴散障礙型（包括小孔擴散和多孔擴散）、化學擴散障礙型（致密型）。物理擴散障礙的材料一般為Al2O3；化學擴散障礙的材料是固體電子-離子混合導體，后者是依靠混合導體兩側的氧化學勢差，通過混合導體的晶格缺陷將O2-傳輸至氧泵電池的陰極，混合導體的材料可為鈣鈦礦結構的鑭系過渡金屬氧化物（如鑭鍶錳、鑭鍶鈷、鑭鍶鎳、銣鍶鈷、銣鈣鈷等）、稀土與過渡金屬摻雜的氧化鈰和氧化鋯為基體的螢石與燒綠石型氧化物。另外，利用濃差電池原理和電化學氧泵原理可組成管式或板式雙電池型寬域氧傳感器，該型傳感器可用于整個濃燃燒和稀薄燃燒范圍的空燃比控制。
2氧化物半導體型
在氧化物半導體表面上形成一對電極。根據周圍氣氛的分壓，氧化物半導體（如TiO2、Nb2O5、CeO2、CoO2、SnO2、ZnO等）自身進行氧化或還原反應，導致半導體的電阻發生變化。在溫度固定時，半導體電阻的對數與氧分壓的對數成正比。該型傳感器需要加熱器使得半導體達到工作溫度，不需要參比氣，按照結構分為燒結體型（片狀）、薄膜型、厚膜型。
3場效應晶體管（FET）型或肖特基勢壘二極管型
電極形成在FET的YSZ柵上或半導體表面的氧敏膜上。在氣/鉑/YSZ或氣/鉑/TiO2三相界面上，氧被催化為O2-，使得鉑/YSZ或鉑/TiO2界面的電位發生變化，進而使得FET閾值電壓或二極管端電壓發生變化，通過測量FET閾值電壓或二極管端電壓變化獲得氧分壓。該型傳感器適用于室溫到高溫。
4混合電勢型
1.1無線傳感網絡技術很受大眾的喜歡與它的高科技的發展是分不開的，而且許多國家也很重視它的發展，世界各國的工業界、高科技界和學術界對無線傳感網絡的發展展開了猛烈的攻勢，希望可以通過靠科技技術的結合實現無線傳感網絡技術的進步，許多國家還將無線傳感網絡技術列入國家的重點研究技術，而且一些周刊和雜志對無線網絡的評價也很高，認為無線傳感網絡技術是未來引領世界計算機進步的主要技術。
1.2無線傳感網絡技術在我國的發展還很緩慢，這主要是由于無線傳感網絡技術在我國出現的時間比較晚，無線傳感網絡技術在我國的研究方案中還處在初級階段，與西方一些發達國家相比，存在嚴重的滯后性，我國在無線傳感網絡技術上的研究主要局限在仿真計算和網絡協議等，在人們的生活和軍事中的應用還很少，而且無線網絡現在已經可以用來作環境監測，我國卻沒有將無線傳感網絡技術應用到實處。
1.3目前，中國的未來技術研究方向中有幾項是專門針對無線傳感網絡技術進行直接論述的，而且在一些重大會議的決策里面，也將無線傳感網絡技術列為三大前沿信息技術，無線傳感網絡技術中的自發組織網絡技術和智能感知技術都成為中國重點信息技術研究，無線傳感網絡技術在我國如此重視的情況下一定會有所成就，無線傳感網絡技術也成為社會信息技術發展的必然，在我國，信息技術領域廣泛地被應用已經成為不爭的事實，對人們的生活、工作和社會的發展帶來很深刻的影響。
2無線傳感網絡技術的應用發展
2.1無線傳感網絡技術在環境監測方面的應用和發展現代社會，人類的生活水平在逐漸的提高，人們對于環境的探討也越來越重視，環境方面的應用科學也越來越多，傳統的環境探索的模式已經不能滿足人們對環境探索強烈的欲望，而且關于環境的采集數據的難度也越來越大。無線傳感網絡技術的出現及時地解決了環境探索方面的難關，無線傳感網絡技術對戶外的野生動物的跟蹤、發現和保護做出了巨大的貢獻，通過無線傳感網絡技術，人們能夠對各種野生動物的生存成長環境做監測，比如說動物生存環境的氣象、洪澇災害、地球的物理環境、環境的污染狀況、大氣的監測等等，根據監測的結果采取必要的保護措施和改善措施。
2.2無線傳感網絡技術在軍事領域的應用和發展無線傳感網絡技術起于軍事領域，無線傳感網絡技術在軍事上的應用是它能夠在國家的邊疆上站崗放哨做警衛，將無線傳感網絡器安置在國家的邊疆防線上，士兵可以直接通過無線傳感網絡技術對國家邊疆進行防御，接受來自不同方向的信息并及時果斷地做出相應的措施。無線傳感器在軍事上的另外一個應用就是可以對目標進行定位，以及時地防范敵軍的可能的侵襲和進攻，還可以通過無線傳感技術對無人駕駛的車輛進行擺布，戰爭結束后，無線傳感網絡還能對戰場的破壞性和環境污染程度進行監測并且評估。
2.3無線傳感網絡技術在家庭生活中的應用和發展無線傳感網絡技術最貼近人的生活的應用就是在家庭生活中的應用，無線傳感網絡器可以為人民的生活提供很多方便，并且能夠使人們的生活環境更舒適，無線傳感網絡技術為人們的生活提供比較人性化智能家居，比如說像冰箱、真空吸塵器、錄像機和微波爐等，這樣用戶就可以在遠處遙控這些家用產品，而且還能通過無線傳感技術在家里的主要房間安裝監測器，以便隨時控制家里的安全。
2.4無線傳感網絡技術在醫療衛生行業的應用和發展無線傳感網絡技術在健康護理人的方面的應用主要是用來對患者和醫生的行為進行監測，人的身體里面有很多我們并不知道的生理和心理數據，將無線傳感網絡技術安裝在病人的身上就可以隨時觀察病人的病情，并得到及時的救治，無線網絡傳感技術在不久的將來會更加的方便，用途也會更加的多，還能實現醫療的遠程遙控。
3結束語
現在在各個領域當中都普遍的運用到了傳感器技術，集成化方向已經成為機電系統當中的傳感器技術的發展趨勢，集成化傳感器具有較強的穩定性、較輕的重量、較小的體積以及較高的可靠性等特點，同時還具有較低的生產成本，非常容易實現批量生產，因此具有非常廣闊的發展前景。
2傳感器技術在機電技術當中的應用
由于傳感器的電磁兼容性能比較強，因此具有較高的數據存儲技術可行性，同時還不容易丟失其中的模塊參數。智能濾波算法以及A/D轉換技術等先進的技術都在傳感器當中得到了應用，就算是滿量程的時候，傳感器仍然可以使穩定的輸出碼得到保證。傳感器的通訊接口屬于標準的接口，其能夠與計算機進行直接的連接，同時也可以連接標準的工業控制總線，具有十分靈活的使用方式。
2.1在機器人中傳感器技術的應用
作為典型的仿生裝置，機器人對傳感器技術進行了充分的應用。通過將感知到的物理量向電量進行轉化，機器人就可以實現信息輸出，在這個過程中對機器人傳感技術進行了充分的利用，其中包括兩方面的內容，也就是外部傳感器以及內部傳感器。外部傳感器需要通過檢測外部信息，從而對工作環境進行判別，為機器人提供必要的信息，使之能夠對操作對象進行準確的控制。而實施系統的控制是內部傳感器的主要功能，其能夠對機器人的狀態進行有效的檢測，保證機器人在工作的過程中能夠按照要求來進行。內部傳感器可以將具有價值的信息提供給外部傳感器，從而能夠使機器人對外部的環境產生有效的感知，并且將相應的動作做出。與此同時，在科技生產的過程中，還可以利用對機器人的操作從而能夠對反饋的意見進行獲取。
2.2在機械制造行業中傳感器技術的應用
由于在機械制造行業當中需要實施包括加工精度等在內的動態特性測量，因此要利用傳感器針對機械阻抗以及振動等相關部件當中的參數進行測量，從而對其動態特性進行檢驗。如果需要在線監測與控制超精加工中的零件尺寸的時候，就要利用傳感器將相關的信息提供出來。比如利用傳感器針對數控車床中車刀的位置進行檢測；由于工件的表面精度以及尺寸在很大程度上都會受到刀尖形狀的影響，可以采用在車刀上放置的振動傳感器對其鋒銳的程度進行檢驗。還可以利用液面傳感器針對液壓系統中的油量以及車床中的油進行監測。
2.3在環境當中傳感技術的應用
傳感器網絡在環境監測當中通常具有一系列的優點，其中包括無需專人現場維護、可以長期不用對電池進行更換、具有十分簡單的布置等。可以利用對節點進行密集的布置，從而對微觀的環境因素進行觀察。在環境監測領域當中對傳感器網絡具有非常廣泛的應用，其中包括微觀觀測生物群落、森林火災報警、觀察氣象現象、觀測海島鳥類的生活規律等。
2.4在火災報警當中傳感器技術的應用
防災報警裝置是現代建筑必須要具備的，其中最為關鍵的就是火災報警系統。在發生火災的時候一般都會出現有害氣體、高溫、火光以及煙霧等。如果將傳感器運用到火災報警系統當中，就可以對異常的信號進行轉化，使之變成容易進行傳送的形式，然后就可以利用消防網絡向指揮中心提供火災地點的報告。
3結語
本文以常用的車載物流過程為研究對象，在貨柜中部署傳感器節點，來實時監測貨物運輸過程的相關環境參數，WSN中的匯聚節點通過藍牙傳輸協議將數據傳給作為網關的智能手機，智能手機通過GPS衛星定位將位置信息加入到參數數據中，再通過移動通信網絡將數據傳輸到后臺系統中。本論文研究主體為車載部分，其架構如圖2所示。
1.1傳感器節點的設計本系統中，傳感器節點的主要任務是實時監測相關環境參數，并對其他節點轉發來的數據進行存儲和轉發，使數據通過WSN傳輸到匯聚節點處，其處理能力、存儲能力和通信能力要求不高，因此采用簡單節約的設計方案。如圖3所示，傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、射頻模塊、電源模塊和電路等部分組成。傳感器模塊負責對所需參數進行采集和模數轉換。處理器模塊負責控制整個傳感器節點的操作，存儲和處理傳感器模塊采集的以及射頻模塊發送過來的數據。射頻模塊負責與其他節點之間的通信，對數據進行發送或接收。電源模塊負責為整個節點提供運行所需的能量，是決定節點壽命的關鍵因素之一。電路則包括聲光電路、復位電路及接口電路等。（1）處理器模塊。處理器模塊是傳感器節點的核心部分，本設計方案中，處理器選用德州儀器（TI）公司的16位超低功耗微控制器MSP430F135，該處理器采用1.8V-3.6V的低電壓供電，可以在低電壓下以超低功耗狀態工作，非常適合應用在對功耗控制要求甚高的無線傳感器網絡。該處理器同時擁有較強的處理能力和較豐富的片內資源，擁有16kB閃存、512BRAM、2個16位的定時器、1個通用同步異步接口（USART）、12位的模數轉換器（ADC）和6個8位并行接口。（2）射頻模塊。在無線傳感器網絡實際應用中，傳感器節點既需要發射又需要接收數據，因此本設計方案中的射頻模塊采用收發一體的無線收發機。射頻模塊采用Chipcon公司推出的無線收發芯片CC2420，它的工作電壓位于2.1~3.6V之間，收發電流不超過20mA，功耗低；其具有很高的集成度，只需要較少的電路就可工作，天線設計采用PCB天線，進一步減小模塊體積。CC2420工作在2.4GHz頻段上，支持IEEE802.15.4和Zig-Bee協議；采用O-QPSK調制方式，抗鄰道干擾能力強；128B接收和128B發射用的數據緩存空間，數據傳輸速率高達250kb-ps。（3）傳感器模塊。傳感器節點的數據采集部分根據實際需要選擇相應的傳感器，如溫度、濕度、振動、光敏、壓力等傳感器。本文的研究重點不在傳感器上，因此僅以溫濕度傳感器作為例子。本方案采用Sensirion公司的SHT15溫濕度傳感器，該傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一起，輸出完全標定的數字信號[3]。其工作溫度范圍在-40℃-123.8℃之間，其在-20℃-70℃范圍內，溫度測量精度在±1℃以內；濕度范圍在0%-100%之間，在10%-90%范圍內，濕度測量精度在±2%以內。
1.2匯聚節點的設計在本系統中，匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，進行存儲和處理后傳輸到網關節點處，同時，接收來自網關節點的信息，向傳感器節點監測任務。匯聚節點是連接WSN和外部網絡的接口，實現兩種協議間的轉換，使用戶能夠訪問、獲取和配置WSN的資源，對其處理能力、存儲能力和通信能力要求較高。而為了與傳感器節點匹配，匯聚節點的硬件結構與傳感器節點基本相似，如圖4所示，匯聚節點沒有傳感器模塊，增加了存儲器模塊和藍牙通信模塊。（1）處理器模塊。同樣的，處理器模塊也是匯聚節點的核心部分，主要負責控制整個匯聚節點的操作，存儲和處理來自射頻模塊或者藍牙通信模塊的數據，再將處理結果交給射頻模塊或者藍牙通信模塊發送出去。本設計方案中，處理器選用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F1611，該處理器和MSP430F135一樣，可以在1.8V~3.6V的低電壓下以超低功耗狀態工作，但其擁有更強的處理能力和更豐富的片內資源，48kB閃存和10KBRAM、2個16位定時器、1個快速12位ADC、雙12位DAC、2個USART接口和6個8位并行I/O接口。（2）存儲器模塊。考慮到物流運輸過程中環境多變，容易帶來一些不確定因素，這些不確定因素可能引起處理器自帶的存儲器中的數據丟失，因此匯聚節點需要存儲一些重要的數據。本設計方案中，匯聚節點的外部存儲器芯片選用由Mi-crochip公司生產的24AA64，工作電壓低至1.8V，它采用低功耗CMOS技術，工作時電流僅為1mA，而且可以在惡劣的環境下穩定工作。由于匯聚節點對存儲容量要求不高，而且24AA64芯片的存儲容量為64KB，擦寫次數可達到百萬次，因此一塊芯片即可滿足本系統的存儲要求。（3）藍牙通信模塊。本系統采用智能手機作為后臺系統和WSN之間的網關，來實現遠距離的數據傳輸。為了使匯聚節點與智能手機能夠進行通信，采用藍牙通信協議。而在匯聚節點使用藍牙通信方式需要增加一個藍牙通信模塊。本設計方案中，采用SparkFun公司的BlueSMiRF模塊，其工作電壓為3.3V-6V，工作電流最大為25mA，功耗較低；其最大傳輸距離為100m，通信速率最高可達115200bps；其天線為PCB天線，所需器件很少，故模塊的體積很小，可以通過串行接口直接與處理器模塊相連。
1.3網關節點的設計本系統要求在后臺系統和WSN部署點間進行雙向通信，為了實現遠距離的數據傳輸功能，有兩種方案，一是匯聚節點增加移動通信模塊，如GPRS模塊[4]；二是采用智能手機作為后臺系統和匯聚節點之間的網關。方案一對匯聚節點的要求進一步提高，不僅處理過程更加復雜，其能量消耗也大大提高；另一方面要實現物流過程的跟蹤，還需有定位功能，一般采用GPS模塊[5]，這樣成本也將大大提高。相比之下，方案二優勢明顯，采用智能手機可以進行各種復雜的數據處理，進行大量數據的存儲，使用移動通信網絡與后臺系統進行通信，使用內置的GPS定位功能，后臺用戶可以在緊急事件發生時直接聯系貨車司機等。因此，本系統采用智能手機作為網關節點。本設計方案中，采用中國移動M811手機作為測試對象，其支持4G/3G/GPRS等移動網絡，可以方便地使用移動網絡與后臺系統進行通信；其具有GPS定位功能，可以實現貨車定位；具有藍牙通信功能，可與匯聚節點間采用藍牙通信；使用An-droid4.0操作系統，擁有豐富的開源資源，方便軟件的設計。
2系統軟件部分設計
本系統使用WSN中的傳感器節點檢測物流過程中相關環境參數并發送到匯聚節點處，由其將數據通過藍牙連接傳輸到智能手機，智能手機通過移動通信網絡將加入GPS信息的數據傳輸到后臺服務器。系統各部分的工作任務不一，硬件條件也有很大差別，因此系統的軟件設計也十分關鍵。
2.1傳感器節點程序設計傳感器節點主要承擔數據采集和發送的工作，由于其能量及處理資源有限，因此需要采取節能和減少數據處理的設計方案。本設計方案中，傳感器節點采取按需求喚醒的工作方式，檢測等待時間（等待時間可由后臺設置）未到或者沒有收到匯聚節點命令時節點處于休眠狀態；當等待時間一到或者收到命令時，立刻開始工作，進行采集數據并發送，或者根據命令完成相應操作，完成后又進入休眠狀態，等待下一次激活，其程序流程如圖5所示。
2.2匯聚節點程序設計匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，處理后通過藍牙傳輸到網關節點處，同時接收來自網關的命令，完成相應的操作。相比于傳感器節點，匯聚節點的工作更加復雜，而且其能量和處理資源也不多，因此采取與傳感器節點相似的節能設計方案，將復雜的數據處理工作交予網關節點，其程序流程如圖6所示。
2.3智能手機APP設計智能手機作為本系統的網關節點，承擔協議轉換、數據傳輸、數據處理等復雜工作，因此開發相應的應用程序（Applica-tionProgram，簡稱APP）來實現上述功能，其流程圖如圖7所示。該APP實現對智能手機內部藍牙模塊的調用，通過藍牙連接與匯聚節點通信；利用智能手機的GPS模塊獲取位置信息，加入到接收到的傳感器數據中，再通過移動通信網絡傳輸到后臺系統；接收后臺系統的命令，完成相應的操作；同時通過智能手機對應的界面提供數據顯示、告警提醒以及日志功能。
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