1。3。2 本文结构安排

本文内容安排如下： 第一章进行背景和国内外研究现状的介绍。第二章对系统的相关技术和平台进行概述。第三章对本系统进行需求分析和整体设计。然后，在第四章对系统各个层次的 详细设计、硬件选型、原理介绍和软硬件的实现进行详细阐述。一些硬件电路测试方 法、模块测试结果、整体测试效果和误差分析处理在第五章展现，用以证明设计的实 用性。最后，是本文的总结。

第二章 系统相关技术概述

2。1 无线传感网络技术

2。1。1 传感器网络的体系结构

传感网是由很多散落在目标监测区域中，具有处理能力和通信功能的传感器节点 构成，它们通过自组织的方式组成传感器网络，感知、采集网络覆盖区域中监测对象 的信息并及时发送给监控者。1．传感器节点的体系结构 传感器节点是无线传感网的一个基础单元。大多数传感器节点由感知单元、处理

单元、通信单元、能量提供单元和其他一些扩展单元组成。传感器节点的体系构架如 图 2－1 所示：

图 2－1 传感器节点的体系结构

感知单元主要用来采集监测对象的信息，并将采集的信息进行处理，再交给处理 单元进行处理。处理单元对数据进行相应的处理，并暂存节点采集的数据和其他节点 转发的数据。通信单元负责收发数据和控制命令，是传感器节点与外界互动的窗口。 能量供给单元为传感器节点提供能量，保证传感器正常工作。另外根据不同需求，传 感器节点会需要相应的应用支持单元，满足实际应用过程中的需求。2．传感器网络结构 传感器网络由大量传感器节点组成，节点之间通过无线方式通信，一般传感器网络体系结构通常包括传感器节点、汇聚节点和任务管理节点，如图 2－2 所示。传感 器节点散落在监测区域中，这些节点采集、分析数据，并把采集的数据路由到一个指定的汇聚节点。传感器节点之间通过自组织方式构成网络，可以根据需求智能采取不 同的网络拓扑结构。传感器节点的数据常以多跳方式沿其他节点逐跳传输，经过路由 到其他中间节点进行数据融合和转发后到达汇聚节点，最后通过互联网或者卫星到达 用户可以操作的任务管理节点，任务管路节点可以对传感器网络进行配置管理[7]。论文网

2。2 单片机技术

图 2－2 传感器网络结构

2。2。1 Arduino

Arduino 是一种广泛使用的开源单板单片机开发平台，具有灵活，易于使用的硬 件和软件组件。Arduino Uno R3 基于 Atmel Atmega328 微控制器并具有 16 MHz 的时 钟速度，如图 2－3 所示。它有 6 个模拟输入和 14 个数字 I / O 管脚，因此可以将多 个传感器连接到单个 Arduino 板上。Arduino 的兼容专用传感器扩展板，被称为盾， 可以开发直接插入 Arduino UNO 板的标准化引脚头[8]。Arduino UNO 可以使用开发完 成的电子元件，如继电器、传感器，或者控制电机、LED、蜂鸣器等其他输出装置。 Arduino 也可以独立运行，成为一个与软件沟通的平台。

2。2。2 树莓派

图 2－3 Arduino 开发板

树莓派配备一枚微型计算机，它具备个人计算机的绝大部分功能，使用 SD 卡当 作存储媒体，且拥有一个 Ethernet，两个 USB 接口，以及 HDMI（支持声音输出）和 RCA 端子输出支持。树莓派只有一张信用卡大小，如图 2－4 所示。操作系统采用开 源的 Linux 系统，比如 Debian，自带的 Iceweasel、KOffice 等软件能够满足基本的网 络浏览，文字处理以及电脑学习的需要。支持 Python 作为主要编程语言，支持 BBC BASIC，C 和 Perl 等编程语言[9]。