無線傳感器網絡主要由三個部分組成:節點、網關和軟體。空間分布的測量節點通過與傳感器連接對周圍環境進行監控。監測到的數據無線發送至網關,網關可以與有線系統相連接,這樣就能使用軟體對數據進行採集、加工、分析和顯示。路由器是一種特別的測量節點,你可以使用它在WSN中延長距離以及增加可靠性。
WSN架構
你可以使用NI WSN平臺靈活的創建簡單而獨立的無線監控網絡,也可以創建一個集成了有線和無線測量的完整測試系統,而且只需要用LabVIEW開發環境就可以訪問所有的NI平臺。
基本的WSN架構
對於大多數的WSN應用來說,你只需要創建一個基本的網絡架構,在這個架構中,分布式測量節點從周圍的環境中獲得數據,然後將測量結果發送至網關,如圖1所示。
圖1. 在WSN應用中,你可以創建一個網絡架構,在這個架構中,分布式測量節點收集數據並將結果發送至網關。
你可以將WSN乙太網關連接至基於Windows的控制器或者LabVIEW實時控制器,如圖2所示。基於Windows的控制器可以是PC,也可以是嵌入式PC,需要安裝基於Windows作業系統的LabVIEW軟體。也就是說,你可以輕鬆地為任何基於Windows的系統添加無線數據記錄功能。如果連接至LabVIEW實時控制器,比如NI CompactRIO或其它可編程自動化控制器(PAC),則可以把無線測量放置在有線測量或控制應用旁邊。在主控制器上運行LabVIEW軟體就可以對來自傳感器網絡的測量數據進行採集、加工、分析和顯示。
圖2. 你可以將WSN乙太網關連接至基於Windows的控制器或者LabVIEW實時控制器。
改進你的WSN架構
NI平臺可以幫助你進一步定製和增強WSN架構。因為乙太網連接的靈活性,你可以為你的WSN系統添加其它的設備和功能,無論是像資料庫和伺服器這樣的企業級設備,還是有線I/O接口、控制系統和第三方WSN產品。LabVIEW實時模塊允許網關進行嵌入式數據記錄和開放式通信,同時,LabVIEW WSN模塊允許節點定製和節點層的本地決策。
圖3. NI WSN具有硬體定製和軟體改進選項。
集成LabVIEW可以幫助你增強無線測試系統的功能。LabVIEW不僅有常用的高級處理以及可視化功能,而且它的Web服務可以將你的測量數據發布到Web伺服器上,比如集成在NI 9792上的Web伺服器,這樣,幾乎在任何地方都可以方便地遠程訪問你的WSN。在這個完整的系統架構中,你可以先使用NI WSN快速而輕鬆地獲取數據,處理之後將其發布到伺服器上,然後就能使用像iPhone或筆記本電腦這樣的無線智能設備方便地遠程訪問這些數據。
網關
在NI WSN系統中,網關就相當於一個網絡協調員,負責管理節點認證,消息緩衝,以及在IEEE 802.15.4無線網絡和有線乙太網絡之間建立橋梁,在乙太網絡中,你可以使用各種NI軟體對測量數據進行採集、加工、分析和顯示。你可以在WSN中使用多個網關,並通過軟體設置每個網關在不同的無線通道中進行通信。你可以連接8個WSN終端節點(在星形拓撲中)或者多達36個WSN節點(在網狀拓撲中)至WSN網關。你可以為NI WSN選擇兩種網關。
可編程網關
NI 9792由LabVIEW實時控制器和WSN網關組成,是實現嵌入式無線數據記錄的理想產品。NI 9792具有雙乙太網埠,使其可與企業級設備,有線I/O接口,控制系統或者第三方產品進行通信。這個高性能工業級控制器具有533MHz的處理器,2GB的板載存儲能力和2.4GHz的IEEE 802.15.4無線電,可與多達36個分布式NI WSN測量節點(在網狀拓撲中)進行通信。集成的Web伺服器可以讓你在WSN系統中對數據進行遠程訪問。
乙太網關
NI WSN-9791乙太網關是一個傳遞設備,不提供板載存儲功能和編程功能。乙太網關的2.4 GHz、IEEE 802.15.4標準的無線電能夠收集源自傳感器網絡的測量數據,10/100 Mbits/s的乙太網埠可靈活連接Windows或LabVIEW實時主控制器。
測量節點
NI WSN測量節點的特點是傳感器的直接連接性,通信的可靠性,以及工業評級標準。測量節點由電池供電,4節AA鹼性電池可持續工作3年,也可以將其與NI戶外外殼結合使用,從而進行長期的戶外部署。你可以使用WSN設備的LabVIEW驅動來添加第三方WSN網關和節點至你的測量系統。每個節點都提供可編程和不可編程兩種型號。對於可編程節點,可以使用LabVIEW WSN模塊的圖形化編程環境定製節點的行為。查看本文關於軟體的介紹以了解更多LabVIEW WSN的功能。
NI WSN-3202模擬輸入測量節點
NI WSN-3202測量節點作為一款無線設備,提供4路±10 V模擬輸入通道和4路雙向數字通道,你可以單獨將各路數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,設備提供的12 V、20 mA電源輸出可以直接驅動需要外部電源供電的傳感器。直接使用4節1.5V、AA鹼性電池為該測量節點供電,4節電池的電量可持續工作3年,也可採用9 V至30 V的外部電源(需單獨採購)供電。
NI WSN-3212熱電偶測量節點
NI WSN-3212測量節點作為一款無線設備,提供4路24位熱電偶輸入通道和4路雙向數字通道。你可以單獨將各路數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1.5V、AA鹼 性一次性電池為該測量節點供電,4節電池的電量可持續工作3年,也可採用9 V至30 V的外部電源(需單獨採購)供電。
軟體
傳統上,對無線傳感器節點編程不僅需要編程人員具有嵌入式系統的知識,還要了解供應商所選定的某種基於文本的程式語言。但有了LabVIEW WSN Pioneer,你只需要使用同一種圖形化編程方法就可以為NI的無線傳感器節點添加智能,這種方法已經成為開發數據採集和處理應用的工業標準。LabVIEW WSN Pioneer還可靈活地將C代碼與圖形化代碼直接結合,並在節點上運行,從而可實現算法重用。
LabVIEW WSN Module Pioneer
NI LabVIEW無線傳感器網絡(WSN) Module Pioneer拓展了LabVIEW圖形化編程環境,可創建和部署嵌入式應用至可編程NI WSN測量節點。LabVIEW WSN Module Pioneer可以通過優化節點行為來延長電池使用壽命,也可以在可編程NI WSN測量節點上實現自定義分析和嵌入式決策的制定。
使用LabVIEW創建智能無線傳感器網絡
了解如何用NI LabVIEW建立一個完整的無線傳感器網絡(WSN)系統。你可以添加NI WSN硬體到任何Windows或嵌入式LabVIEW實時系統,從而建立一個完整的集成了有線和無線的測量系統。你同樣可以使用圖形化編程將智能嵌入到NI WSN測量節點中。