无线传感器网络远程数据传输本科毕业设计.doc

摘 要无线传感器网络是由大量无处不在的微小传感器节点组成，它能根据环境自主完成指定任务的自治监控功能，使用灵活、方便，已在国内外军用、民用领域得到广泛关注，是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。本文主要是提出无线传感器网络应用于战场环境监控方面的数据远程传输解决方案。通过串口与汇聚节点连接，接收汇聚节点发送过来的数据，实现无线传感器网络监测功能。本地监控软件系统后台采用Microsoft Office Access 2007 数据库，实现数据的存储。通过利用定时器定时读取数据库，完成对节点采集数据信息的实时更新。本设计选用SQL Server 2008完成以太网中数据库远程连接，并将数据通过以太网传输至远程计算机终端。远程监控预警软件系统前台应用Visual Studio 2008编程开发环境，采用C#语言对进行界面设计、实现。本设计通过数据库远程访问技术和C#软件编程，完成了无线传感器网络数据的远程传输，实现了远程终端对无线传感器网络数据的访问，为无线传感器网络与军用网络无缝连接提供了解决办法，对无线传感器网络网络在实战中的地位、作用提高有重大意义。关键词： 无线传感器网络；界面设计；数据库远程访问；串口通信AbstractWSN consists of a mass of sensor nodes deployed everywhere . It can perform assigned task automaticlly according to deployed environment and it is flexible and convenient . Due to these advantages , WSN has gained extensive attention in military and civilian field and it has been one of technologies which have greet influence on the 21st century.In this paper , we put forward a data remote transmission solution to battlefield environment monitoring using WSN .In this solution , we connect lower computer through serial port to perform monitoring function .We apply Microsoft Office Access 2007 Database in the backgwind of local monitoring software system to complete data storage ,the timer in reading database to accomplish read-time updates of information collected ,the SQL Server 2008 in realizing remote connection of data ethernet and transmitting data to remote terminal . In the foreground of remote monitoring software system , we use C# which based on VS platform to design interface . the data remote transmission solution contribute to expanding function of WSN and it offers solution to seamless connection of WSN and military network.The date romote transmission and the remote terinal access to data of Wireless Sensor Network are completed in This design by the remote database access technology and C# software programming . It can perform assigned task according to environment .Its flexible and convenient . Key Words: Wireless Sensor Network , interface designation,Remote access databases, Serial communication目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一章 绪论1§1.1 引言1§1.2 课题背景与研究意义2§1.3 无线传感器网络应用研究现状3§1.4 设计任务5第二章 无线传感器网络和以太网简介7§2.1 无线传感器网络7§2.1.1 无线传感器网络工作机制7§2.1.2 无线传感器网络的协议8§2.1.3 无线传感器网络构架8§2.2 以太网9§2.2.1 IEEE802.3标准9§2.2.2 CSMA/CD共享介质以太网10§2.2.3 以太网的工作原理11第三章 基于WSN的侦察与监控系统12§3.1 基于WSN的侦察与监控系统设计12§3.2 节点的硬件系统13§3.3 侦查与监控系统本地监控软件系统14§3.3.1 本地监控软件功能设计14§3.3.2 本地数据库设计15第四章 远程传输方案实现16§4.1数据远程传输方案的论证16§4.2远程监控预警软件设计要求16§4.3 远程监控与远程预警功能设计思路17§4.4远程监控预警软件开发平台19§4.4.1 开发工具的选择20§4.4.2 开发工具概述20§4.5 远程终端串口数据获取23§4.6 数据库的远程访问24§4.6.1 远程终端的数据获取24§4.6.2 SQL Server2008设置开启远程连接25§4.6.3 Access 数据库升迁到SQL Server数据库26§4.7 远程监控软件的程序设计30§4.7.1 传感器数据远程监控功能实现30§4.7.2 远程预警功能实现33§4.7.3 数据库远程连接设置功能实现38第五章 无线传感器网络数据远程传输测试42§5.1 远程传输测试环境搭建42§5.2 远程传输测试内容42§5.3 远程传输测试步骤43§5.3.1 远程监控预警软件初始化43§5.3.2 远程数据库连接测试44§5.3.3 远程监控预警功能测试45§5.4 远程传输测试结果47第六章 总结与展望48§6.1 工作总结48§6.2 展望49§6.2.1 系统发展建议49§6.2.2 本设计发展建议49谢 辞51参考文献52附 录54附录A：主窗口的主要程序代码54附录B：后台设置框口主要代码78附录C：预警图片窗口主要代码91附录D：数据库操作DBHelperSQL.cs代码94第一章 绪论作为一种新兴技术无线传感器网络以其节点体积小、节点数量大且具有自适应性、无中心自组织、网络动态性强等特点，受到国内外专家的关注，近几年随着对无线传感器网络的研究深入，以其为技术基础开发的应用已经广泛的应用于军、民用领域中。§1.1 引言更小、更廉价的低功耗计算设备代表的“后 PC 时代”冲破了传统台式计算机和高性能服务器的设计模式，普遍的网络化带来的计算处理能力是难以估量的，微机电系统(micro-electro-mechanism system,简称 MEMS)的迅速发展奠定了设计和实现片上系统(system on chip,简称 SOC)的基础。以上三方面的高度集成又孕育出了许多新的信息获取和处理模式,传感器网络就是其中一例。随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络,借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外 声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。在通信方式上,虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式,但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用。目前GSM和3G等无线移动通信技术以及蓝牙、WIFI、Ad-hoc等无线局域网技术应用日益广泛，但这些通信技术普遍存在设备系统复杂、功耗较大、成本很高，因而不适合在一些低数据速率和通信范围较小的场合应用。而无线传感器网络采用的ZigBee是一种新兴的适合短距离、低速率无线组网通信技术。作为一种介于无线标记技术与蓝牙技术之间的技术提案，无线传感器网络主要用于近距离无线连接。它有自己的无线标准，通过数千个微小的传感器之间相互协调来实现通信。具有成本低、体积小、省去复杂的布线等优点。以传感器和自组织网络为代表的无线应用并不需要较高的传输带宽，但却要求具有较低的传输延时和极低的功率消耗，使用户能拥有较长的电池寿命和较多的器件阵列。如果将采用ZigBee技术的无线传感器网络与现有的其他各种网络连接，实现远程实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种监测对象的信息，例如将传感器节点采集到的数据通过互联网（局域网）或卫星发送给用户，则可以大大拓展无线传感器网络在各领域的应用。§1.2 课题背景与研究意义无线传感器网络的出现引起了全世界范围的广泛关注。无线传感器网络技术的研究起源于20世纪70年代，最早应用于军事领域，在卡耐基一梅隆大学成立了新一代分布式传感器网络工作组。此后，DA联合美国自然科学基金委员会设立了多项有关无线传感器网络的研究项目。我国近两年也以多种形式支持无线传感器网络的研究。这些研究推动了以网络技术为核心的新军事革命，诞生了网络中心战的思想和体系。战场感知是目前无线传感器网络技术的一个重要应用，已成为C4ISRT战场指挥系统的重要组成部分。近年来，美军相继确立了“灵巧传感器网络通信计划”、“战场环境侦察与监控系统”、“无人值守地面传感器群”及“协同作战能力计划”等23个项目。无线传感器网络是由大量无处不在的具有通信与计算机能力的微小传感器节点，密集布设在无人值守的监控区域而构成的，能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治监控网络系统。无线传感器网络是一种超大规模、无人值守、资源严格受限的全分布系统，采用多跳对等的通信方式，其网络拓扑动态变化，具有自组织、自治、自适应等智能属性。本设计是完成一种基于ZigBee技术的无线传感器网络系统数据的远程传输，进而将其应用于战场环境的远程监控方面。因为这种远程监控网络成本较低、无需布线，多个传感器节点布置于各种监控环境。无线传感器网络技术是一种低功耗、自组织的短距离技术，可以实现监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境对象数据。传感器网络配合监控软件就可以实现数据的采集和分析，从而降低人工维护成本和设备成本。基于ZigBee的传感器网络技术如果结合有线网络(如以太网)开发应用，能够实现整个战场范围敌我态势的远程实时监控;也可以将其结合无线蜂窝网络技术可以实现手机等移动终端对战场的实时监测，因此无线传感器网络数据的远程传输的研究具有重要的应用价值。对比外军,我军尚无用于实战的无线传感器网络系统，无线传感器网络用于战场环境侦察与监控，相比人工侦察、监控手段更加隐蔽、更加准确，情报传递也更加即时。采用无线传感器网络不但节省了人力、保障了士兵的生命安全，更重要的是它能够更加高效的为指挥员提供一个实时、透明战场态势图，为我军作战决策提供重要依据。目前我军有线光线网络已经成熟，本设计的实现将为无线传感器网络与现有军用有线网络无缝连接提供可行解决方案，为指挥员在战时决策提供情报依据。§1.3 无线传感器网络应用研究现状MEMS 支持下的微小传感器技术和节点间的无线通信能力为传感器网络赋予了广阔的应用前景,目前已经广泛运用在军事、环境、健康、家庭和其他商业领域。1、 军事应用在军事领,传感器网络将会成为C4ISRT系统不可或缺的一部分。C4ISRT系统的目标是利用先进的高科技技术,为未来的现代化战争设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监控、侦察和定位于一体的战场指挥系统,受到了军事发达国家的普遍重视。因为传感器网络是由密集型 低成本 随机分布的节点组成的,自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃,这一点是传统的传感器技术所无法比拟的,也正是这一点,使传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括监控我军兵力、装备和物资,监控冲突区,侦察敌方地形和布防,定位攻击目标,评估损失,侦察和探测核、生物和化学攻击。在战场,指挥员往往需要及时准确地了解部队、武器装备和军用物资供给的情况,铺设的传感器将采集相应的信息,并通过汇聚节点将数据送至指挥所,再转发到指挥部,最后融合来自各战场的数据形成我军完备的战区态势图。传感器网络也可避免核反应部队直接暴露在核辐射的环境中。在军事应用中,与独立的卫星和地面雷达系统相比,传感器网络的潜在优势表现在以下几个方面:(1) 分布节点中多角度和多方位信息的综合有效地提高了信噪比,这一直是卫星和雷达这类独立系统难以克服的技术问题之一。(2) 传感器网络低成本、高冗余的设计原则为整个系统提供了较强的容错能力。(3) 传感器节点与探测目标的近距离接触大大消除了环境噪声对系统性能的影响。(4) 节点中多种传感器的混合应用有利于提高探测的性能指标。(5) 多节点联合,形成覆盖面积较大的实时探测区域。(6) 借助于个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构的调整能力,可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点。2、环境科学随着人们对于环境的日益关注,环境科学所涉及的范围越来越广泛。通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作。传感器网络为野外随机性的研究数据获取提供了方便,比如,跟踪候鸟和昆虫的迁移,研究环境变化对农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。?系统中就有数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分,并依此预测爆发山洪的可能性。类似地,传感器网络对森林火灾准确 及时地预报也应该是有帮助的。此外,传感器网络也可以应用在精细农业中,以监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。3、医疗健康如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点,如心率和血压监测设备,利用传感器网络,医生就可以随时了解被监护病人的病情,进行及时处理。还可以利用传感器网络长时间地收集人的生理数据,这些数据在研制新药品的过程中是非常有用的,而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来太多的不便。此外,在药物管理等诸多方面,它也有新颖而独特的应用。总之,传感器网络为未来的远程医疗提供了更加方便 快捷的技术实现手段。4、空间探索探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想,借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测,应该是一种经济可行的方案。NASA的 JPL(Jet Propulsion Laboratory)实验室研制的Sensor Webs就是为将来的火星探测进行技术准备的,已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和完善。5、其他商业应用自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点,这些特点决定了传感器网络在商业领域应该也会有不少的机会。比如,嵌入家具和家电中的传感器与执行机构组成的无线网络与 Internet 连接在一起将会为我们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境；德国某研究机构正在利用传感器网络技术为足球裁判研制一套辅助系统,以减小足球比赛中越位和进球的误判率。此外,在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产线等众多领域,无线传感器网络都将会孕育出全新的设计和应用模式。当然,在空间探索和灾难拯救等特殊的领域,传感器网络也有其得天独厚的技术优势。§1.4 设计任务主要任务是分析CC2530协调器串口传输的传感器数据格式，通过C#.NET串口通信和C#语言编程实现的Access数据库写入、读出处理。将Access数据库升迁至SQL Sever数据库，通过以太网网络设置、SQL Server数据库账户配置等操作实现以太网内数据的远程传输，供监控程序调用数据，从而实现对无线传感器网络的远程实时监控。并编写可视化界面，实时对传感器数据进行远程监控，同时设置传感器数据报警范围，可以进行报警事件进行记录、弹出图片窗口等处理。本人所做工作主要包括如下几点:1、学习掌握无线传感器网络基本知识和工作原理。2、学习C#语言，基于Visual Studio2008平台，编写完成远程监控预警软件界面设计。3、学习Visual C#.NET串口通信，完成串口数据读取、分析。4、学习SQL Server数据库的设计、远程访问以及数据分发。第二章 无线传感器网络和以太网简介本设计主要担负的基于WSN的侦察与监控系统中远程终端对本地终端的数据远程访问任务及无线传感器网络数据的远程传输任务。其主要涉及的有无线传感器网络技术、以太网网络通信技术和C#编程语言，以及Visual Studio2008开发平台和SQL Server数据库。§2.1 无线传感器网络无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。 无线传感器网络由称为“微尘mote”的微型计算机构成。这些微型计算机通常指带有无线链路的微型独立节能型计算机。无线链路使得各个微尘可以通过自我重组形成网络，彼此通信，并交换有关现实世界的信息。它是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。其目的是协作的感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的监测信息，并报告给用户。它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN。 §2.1.1 无线传感器网络工作机制大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。 传感器网络通常由覆盖一个地区的若干传感器节点组成。每个传感器节点独立进行数据收集及处理，并将得到的数据通过无线连接传送到汇聚节点，再由汇聚节点向互联网发送。对于传感器网络，路由协议设计是很具挑战性的。首先，节点没有全球唯一的标识符，传统的互联网路由协议无法应用在传感器网络中。第二，传感器网络中的所有节点都是源节点，向唯一的目的节点Sink发送数据。第三，由于在被测对象内部或附近部署了大量的节点，它们采集到的数据是相同或相近的。这就需要路由协议具有数据融合力，以节约电能，提高带宽利用率。第四，节点具备处理能力。节点的电能存储能力是很有限的，需要强大的资源管理和任务调度能力。因此，传感器网络的路由协议是与传统网络截然不同的。在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能。而这正对应着现代信息技术的三大基础技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。§2.1.2 无线传感器网络的协议ZigBee协议基础IEEE802.15.4规范的主要内容仅包括有底层的物理层和MAC层相关协议，没有网络层等高层协议规范。因此为了保证ZigBee协议的完整性，保证ZigBee协议实现的一致性和标准性，ZigBee联盟在IEEE802.15.4规范的基础土对ZigBee网络高层协议的详细内容和服务接GAPI进行了补充和标准化。完整的ZigBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议山ZigBee联盟制定，IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准，ZigBee具体应用相关的应用层由协议栈用户自己定义实现ZigBee协议构架。§2.1.3 无线传感器网络构架由于无线传感器和无线传感器网络巨大的市场和应用前景，目前全世界许多公司都推出了各自的无线传感器网络，这些技术百花齐放、各有千秋，但是这些技术之间，几乎不能相互兼容和互通。无线传感器网络系统的基本架构包括三部分：第一部分是无线收发芯片。其职责是将数字信息转换为高频无线信号传送出去和将接收到的高频无线信号恢复成数字信息。无线传感器收发芯片而言IEEE 802.15.4能为无线传感器应用提供最佳方案，这是因为IEEE 802.15.4规范可能是主要且可能唯一的实用标准。目前全球有多家公司提供这方面的收发芯片。像TI公司的CC2420,CC2520等芯片都特别适用于钮扣电池和低电能应用的低功耗特性。第二部分是运行于单片机或者无线单片机内部的嵌入式软件，也称软件协议栈network stack,网络堆栈有两个职责。首先，它必须要处理节点间的无线链接通信质量的频繁变化和环境因数对无线通讯造成的干扰，并具有对网络自组织、自恢复的能力。网络堆栈的第二个职能是要具有很强的路由算法能力，确保讯息可靠高效地通过各种网络拓扑、星状、网状等等。第三部分应用软件，这部分包括各种根据用户现有开发的软件代码，这些代码目前大部分是采用C语言来进行开发，可以之间以接口和API方式调用软件协议栈的功能。 无线传感器和传感器网络，由于具有覆盖区域广阔、监测高精度、可远程监控、可快速部署、可自组织和高容错性等特点，尽管目前无线传感器网络仍处于初步应用阶段，网络安全研究等方面还面临着许多不确定的因素和有待解决的问题，但已经展示出了非凡的应用价值。§2.2 以太网以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10Mbit/s的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802.3系列标准相类似。以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准的以太网（10Mbit/s)、快速以太网（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太网，采用的是CSMA/CD访问控制法，它们都符合IEEE802.3。§2.2.1 IEEE802.3标准IEEE802.3规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术，它很大程度上取代了其他局域网标准。如令牌环、FDDI和ARCNET。历经100M以太网在上世纪末的飞速发展后，目前千兆以太网甚至10G以太网正在国际组织和领导企业的推动下不断拓展应用范围。常见的802.3应用为：10M: 10base-T （铜线UTP模式）100M: 100base-TX （铜线UTP模式）100base-FX（光纤线）1000M: 1000base-T（铜线UTP模式）该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。§2.2.2 CSMA/CD共享介质以太网带冲突检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD)技术规定了多台电脑共享一个通道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet，它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网要简单。当某台电脑要发送信息时，必须遵守以下规则：开始- 如果线路空闲，则启动传输，否则转到第4步； 发送- 如果检测到冲突，继续发送数据直到达到最小报文时间 （保证所有其他转发器和终端检测到冲突），再转到第4步。成功传输- 向更高层的网络协议报告发送成功，退出传输模式。线路忙- 等待，直到线路空闲，线路进入空闲状态- 等待一个随机的时间，转到第1步，除非超过最大尝试次数。超过最大尝试传输次数- 向更高层的网络协议报告发送失败，退出传输模式。就像在没有主持人的座谈会中，所有的参加者都通过一个共同的媒介（空气）来相互交谈。每个参加者在讲话前，都礼貌地等待别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话，那么他们都停下来，分别随机等待一段时间再开始讲话。这时，如果两个参加者等待的时间不同，冲突就不会出现。如果传输失败超过一次，将采用退避指数增长时间的方法（退避的时间通过截断二进制指数退避算法（truncated binary exponential backoff）来实现）。§2.2.3 以太网的工作原理以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问（CSMA/CD）机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。以太网的工作过程如下：当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行：1、监听信道上是否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续监听，直到信道空闲为止。2、若没有监听到任何信号，就传输数据3、传输的时候继续监听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送会返回到监听信道状态。注意：每台计算机一次只允许发送一个包，一个拥塞序列，以警告所有的节点）4、若未发现冲突则发送成功，所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。第三章 基于WSN的侦察与监控系统本设计依托是全国大学生创新训练项目“基于WSN的侦察与监控系统设计与实现”开展的一个子课题，基于WSN的侦察与监控系统一个硬件制作和软件编程结合的无线传感器网络系统，在硬件方面主要是完成了汇聚节点板、传感器节点板、电池板、温度传感器、震动传感器、人体红外传感器、温度传感器的电路设计和制作。软件编程方面完成了本地监控软件和远程监控预警软件的设计。§3.1 基于WSN的侦察与监控系统设计图3.1 无线传感器网络监控平台系统结构图本系统由各类传感器节点感应战场环境，通过无线传感器网络将感应的数据回传，通过计算机对传感器数据的实时处理，以及开发的应用软件，实现了本地和远程同时对战场环境的实时监测。本系统是一个完整的传感器网络，由4个采集节点、1个汇聚节点、1个便于用户查看和控制的上位机以及局域网内远程用户终端组成。系统结构如图3.1所示。采集节点用于对环境数据的采集、数据的预处理，同时承当数据的路由转发功能；汇聚节点负责整个网络的开启和维护，向采集节点发送命令，收集节点的数据以及和PC的串口通信；上位机是数据收集的终端设备，并且可以根据用户的需要对节点的采集时间间隔、休眠时间间隔、传感器的开关进行相应设置，上位机程序分为了本地程序和远程程序。本地程序主要将串口数据读出来放进Access数据库，在本地进行分析处理，然后将结果显示在可视化界面上，并将Access数据库升迁至SQL Server数据库。远程程序主要是通过局域网远程访问SQL Server数据库里的数据，在远程计算机上实时更新监测数据，并根据预警值设置进行弹出图片窗口达到远程预警的目的。§3.2 节点的硬件系统图3.2 传感器网络硬件架构图3.2为ZigBee无线传感器网络节点的硬件系统总体框图，该系统由CC2530器件模块和无线收发模块组成。CC2530射频器件模块由CC2530器件和相关外围电路构成。CC2530内部集成有无线收发器和8051内核，可以简化电路设计，在单片机和无线收发器之间不加接口电路就能够进行通信，经实际测量发现，两个网络节点在空旷地面的通信距离是1075 m，如果这个距离不能满足应用需要，可以在CC2530器件与天线之间加一级接口电路即无线收发模块，用来放大接收和发送信息的功率，从而加大数据传送距离。为降低各个模块的连接复杂程度，同时适应现代的电脑通信习惯，本设计在硬件允许的情况下将各个模块进行优化融合设计，实现了节点与电脑的USB通信，模块简单化的连接，传感器通用化的接口，只需采取不同的智能传感器即能完成特定功能。§3.3 侦查与监控系统本地监控软件系统本地监控软件以Windows 7为操作系统平台，采用C#语言在Visual Studio 2008 .NET环境下编写完成的，并且集成了大量实用的类库。本系统上位机部分主要使用Serial Port类和Thread类进行串口通信还有多线程编程。§3.3.1 本地监控软件功能设计本地监控软件的应用数据功能和管理控制功能分别通过显示窗口和设置窗口实现，显示窗口分为地图监控、即时监控、数据分析、网络结构四个界面。本地监控软件功能结构图3.3所示。图3.3 上位机软件功能结构图软件各项功能设计要求如下：地图监控功能应实现显示节点在地图中的位置，并实时监测节点的状态，通过控制节点图标的亮、灭，判断节点是否加入网络等。即时监控应实现实时显示节点运行情况和节点数据，节点信息经过串口发送pc解码后在窗口显示，并提供报警记录查看，即查看数据库中超出给定范围的数据。数据分析应实现选择不同的节点，将节点数据以表格和图表的形式展现，通过图表的展示，更能直观的掌握数据的变化情况；图表显示是将每次接受到的解码信息在坐标轴上描出，最终观察所描数据点的变化情况，此外，界面还提供历史数据查询功能，输入时间信息即可调取数据库中的历史信息。网络结构显示应实现显示节点组网拓扑结构。设置窗口应实现可提供传感器设置、服务器设置、系统设置等功能。传感器设置应实现根据测试需要，对各种传感器的参数进行设置。传感器数据的解码是根据公式Y=AX2+BX+C进行计算的，Y是解码后的传感器值，X是原始值，通过设置参数A、B、C可实现不同的解码算法，另外还可设置各个节点的最大值与最小值，调整监测范围。§3.3.2 本地数据库设计本地监控软件数据库采用Access 2007数据库，数据库中主要需要两种类型数据表，一个是用于地图监控功能读取数据的节点信息数据表（t-node数据表），两个是用于记录单个传感器节点数据的单个传感器节点数据包（t-data-*数据表）。要求节点信息数据表包括：nID、nodeID、typeID、nodeName、atatus、posX、posY、lastUpdat、lastRecet、areaID等项。要求单个传感器节点数据表包含：dataID、receiveTime、nodeID、传感器数据等项。数据从串口传输到PC，监控软件从PC串口读取数据后，根据数据帧结构进行数据分析得到数据。数据在监控软件界面显示的同时将数据存入数据库。数据库从串口读取数据后，按照通信协议，将收到的数据分析析，再在数据库里生成相应的数据表。数据表设计如图3.4、图3.5所示。图3.4 节点信息数据表图3.5 单个传感器节点数据表第四章 远程传输方案实现无线传感器网络是通过与PC连接的，而现在的网络技术已经十分成熟，所以有许多网络技术途径都能够实现无线传感器网络数据的远程传输。§4.1数据远程传输方案的论证在本设计选择方案论证过程中主要挑选了三种备选远程传输方案进行对比，一是开发基于移动蜂窝网络的Andrew系统无线终端网络应用；二是开发基于Windows Qt系统的ARM平台的WiFi技术传输方案；三是在运行Windows 7系统的PC上使用SQL Server远程访问本地终端数据库。通过论证三种方案的可行性都十分高，谷歌公司的Andrew系统集成了许多网络传输和网页访问功能都能够完成无线传感器网络数据的远程传输；ARM平台可以S3C6410芯片与无线传感器网络汇聚节点直接进行串口通信，再通过WiFi模块进行网络通信完成无线传感器网络数据的远程通信；SQL Server远程访问服务器方案具有技术成熟、开发简单、参考实例多、传输数据量大、性能稳定等优点。因为设计目的是应用在军事领域，为了提高保密性和可靠性最终选择SQL Server远程访问服务器方案，缩短开发周期也是选取此方案的一个重要因素。§4.2远程监控预警软件设计要求基于WSN侦察与监控远程监控预警软件在VS2008平台上用C#语言编写，主要实现了数据在局域网的远程发送和在远程终端对数据的监控。此外本软件可以通过预设阈值，根据传感器节点监控的数据对于战场情况进行初步的判定，以实现远程预警功能。基于WSN侦察与监控系统远程监控预警软件在本设计中担负了无线传感器网络数据的远程传输与人机交互任务，主要采取的是以太网远程访问远程服务器数据库的形式来完成此功能的。软件主要要求具备下功能特点：（1）软件具有良好的人机界面。（2）简洁明了的数据远程监控功能。（3）方便的各节点数据分类显示。(4)定时更新数据库，合理的数据更新间隔减轻系统工作压力，即时监控战场态势。（5）图片远程预警，警示值班员战场变化。（6）串行口数据自动接收，自动分析，自动处理，无需人工干预。（7）可以自定义数据来源，随意选择数据库，灵活方便，兼容性好。（8）通过阈值设定，智能判断战场情况，为决策提供参考。§4.3 远程监控与远程预警功能设计思路本设计中无线传感器网络数据的远程传输和远程预警功能主要是通过无线传感器网络远程监控预警软件实现的，为了完成以上两个各功能，在开发过程中主要为软件设计了远程监控窗口（如图4.1）、后台设置窗口（如图4.2）和远程预警弹图窗口（如图4.3）三个窗体，设计界面简洁明了，使用人员易学易懂、操作方便。图4.1 远程监控窗口图4.2 后台设置窗口图4.3 远程预警弹图窗口1、 数据远程监控功能设计思路数据远程监控功能主要是通过设置数据库连接，远程访问SQL Server服务器中目标数据库，通过单击传感器类型选择按钮促发事件，读取目标SQL Server数据库数据，将读取的数据列表显示在显示窗体内。2、 远程预警功能设计思路远程预警功能是通过创建判断规则，不同的规则通过处理综合处理不同类型传感器传回的数据判断战场可能出现的情况，根据规则中操作人员对传感器阈值的设置，系统会对无线传感器网络数据进行初步的逻辑判断，如果符合设置规则条件，系统将自动弹出图片窗口警示执勤人员。远程监控预警软件主要功能：（1）远程监控，通过图形界面操作，执勤者既可以选择监控所有节点最新数据信息，也可以选择监控单个传感器节点数据信息。（2）预警值设置，对既有的传感器节点采集值进行阈值设置，系统自动分析初判战场可能出现的情况。（3）数据库连接设置，灵活自由的设置数据来源，一个远程终端可以随时选择监控的对象，节约资源，增强系统实用价值。（4）远程预警，根据预警值设置分析，自动弹出相关图片，给执勤人员警示作用，提示其采取相应措施，作出相应决策。软件功能结构图4.4所示。图4.4 软件功能结构图§4.4远程监控预警软件开发平台根据方案要求，远程监控预警软件的实现需要在本地监控软件将从串口读取数据进行处理、分析和显示等操作同时，远程的用户终端通过SQL server 远程访问由本地监控软件Access数据库升迁到SQL Server的数据库