无线传感器网络 (WSN) 属于多学科交叉领域, 该技术可以形成多条无线网络系统通过网络协议与控制结构自动转发数据信息。该微型传感器的节点具有3种能力:采集信息能力、计算能力和通信能力。由于无线传感器网络具有突出的数据获取和处理能力, 因此广泛应用在军事、防爆、救灾、环境、医疗、家居及工业等领域[1]。近些年来, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems微机电系统) 技术、无线通信技术、So C (Systemon-a-chip片上系统) 技术和嵌入式低功耗技术得到了快速的发展, 无线传感器网络作为一种新型的传感器网络也日趋完善。无线传感器网络属于一个多学科交叉的热点领域, 并以802.15.4为其标准。该技术借助网络协议与控制结构, 同时利用节点的采集信息能力、计算能力和通信能力, 可以自动形成转发数据信息的多跳无线网络系统。微型传感器节点的目的在于可以协作地感知采集数据并处理网络覆盖区域中所采集的信息, 最后发送到电子终端进行复杂的计算或其它数据处理[1,2,3]。苜蓿干燥过程的进程和干燥品质与干燥箱内温湿度场分布有关。研究干燥箱内温湿度分布规律时, 采用有线连接传感器网络涉及到在干燥箱上打孔穿电缆的问题, 需要多种传感器;而多点测试时, 有线传感器网络会引起干燥室密闭程度低、保温性差, 造成漏气、能量损耗大等问题, 从而对干燥过程产生一定影响, 并影响到试验数据的准确性与严谨性。研究苜蓿太阳能干燥过程中各影响因素 (环境温度、湿度, 太阳能辐射, 热空气温度、相对湿度, 牧草温度、含水率, 苜蓿密度等) 与干燥速率间关系, 必须要采用不同的传感器在干燥箱干燥苜蓿时测量各种因素, 并将测量到的数据即时传输到电脑做数据存储、处理。将无线传感技术应用在苜蓿太阳能干燥各影响因素检测中, 可提高干燥箱的密闭性和保温性, 提高测量数据的可靠性及试验设计的合理性。1 无线传感器网络结构对大部分的系统而言, 无线传感器网络主要包括传感器节点、汇聚节点、传输网络和终端用户[4]。对于复杂完整系统, 还需定义与外部网络链接的网关、基站、远程任务管理器和用户等。图1为无线传感器网络体系结构图。图1 无线传感器网络体系结构图Fig.1The structure of WSN   下载原图

WSN网络的目标检测区域中布置多个传感器节点, 通过自组织方式形成网络。传感器节点采集到信息, 经过简单处理后, 发送至汇聚节点 (sink) , 终端用户通过因特网或卫星通信接收信息。用户可对网络进行管理并布置任务, 也可通过与上述相反的过程将控制信息发送至传感器节点, 从而实现对传感器节点的监测和控制。WSN网络的目标检测区域中布置多个传感器节点, 通过自组织方式形成网络。传感器节点采集到信息, 经过简单处理后, 发送至汇聚节点 (sink) , 终端用户通过因特网或卫星通信接收信息[4]。用户可对网络进行管理并布置任务, 也可通过与上述相反的过程将控制信息发送至传感器节点, 达到监测和控制传感器节点的目的。1.1 传感器节点传感器节点是无线传感器网络的基本组成单位, 在传感器网络中通常是一个微型的嵌入式处理器, 也是构成无线传感网络的基础平台。传感器节点采集到信号之后, 再经过一些简单的处理, 经过无线网络传输到汇聚节点, 最终再传输到PC或其它终端, 对数据进行进一步的分析处理。无线接收装置可以同时完成收发功能, 如果需要, 也可以通过PC设置的参数信息经过汇聚节点发送到传感器节点, 实现对传感器节点的简单控制。传感器节点具有采集数据、接收数据、处理数据和发送数据的功能, 并以无线多跳的无中心方式为节点与节点之间的连接方式, 网络拓扑则处于动态可变状态[5]。由于资源有限且节点数量众多, 传感器各节点采集的信号类型和范围都是有限的。因此, 在有限的存储空间内, 只能对原始信号进行初步处理, 并保存有限范围和类型的处理结果。1.2 汇聚节点汇聚节点是指能够感知信息的接受者和应用者, 人、计算机或者其他设备都可以作为汇聚节点。在网内, 作为信息收集点或控制者汇聚节点可以被授权监听和处理网络的时间消息和数据, 还可以向网络发送查询请求或派发任务;在网外, 作为中继或网关可以链接到远端控制单元和用户借助各种有线或无线链路, 从而实现外界的控制单元与用户进行信息交换的功效。对比于上述节点群, 汇聚节点的各方面功能都要稍加强大, 它不仅可以在传感器网络和Internet等外部网络间建立连接, 而且能够进行两种协议之间的通信协议的转换, 并通过公布监测任务对节点进行管理, 最后把采集到的数据发送到外部网络[6]。2 无线传感器节点单元构成及功能图2为无线传感器节点单元构成图。其中, 监测区域内信息的采集与数据转换数据由采集单元负责, 传感器的种类和型号取决于被检测的物理信号及检测环境等条件;而整个传感器节点的控制是由数据处理单元实现的, 嵌入式CPU通常是微处理器的首选, 主要职责是协调节点各部分的工作;与其他传感器节点间的无线通信、交换控制消息和收发采集数据是通过通信单元来实现;能量供应单元是整个系统的最基础重要的单元。