用于环境监测的自供电传感器网络分析

常兵磊 亓大千 栗 腾

1.联合泰泽环境科技发展有限公司山东分公司，山东济南 250000；2.山东省煤田地质局第五勘探队，山东泰安 271000

加强用于环境监测的自供电传感器网络分析，有利于增强环境监测工作落实效果，保持其良好的监测工作状况，实现对可能发生环境问题的有效应对。因此，需要通过对信息化时代背景下环境监测要求的充分考虑，对适用于其监测方面的自供电传感器网络进行有效分析，且在与之相关的分析研究工作支持下，保持这类网络应用过程中良好的功能特性，最大限度地满足环境监测方面的多样化需求。在此基础上，可提升环境监测方面的信息化水平。

1 基于环境监测的自供电传感器网络结构分析

为了使自供电传感器网络在环境监测应用中可发挥出应有的作用，给予其监测工作高效开展相应的支持，则需要对这类网络结构有所了解。具体表现为：（1）数据采集端。通过对这类智能化模块的合理设置，可使自供电传感器网络在环境监测应用中实现对数据的高效采集。实践中的数据采集端包括：温湿度数字传感器、PIC 18系列的MCU和ZigBee兼容的无线收发芯片组成。其中，MCU与无线收发芯片通过SPI总线连接，二者构成无线传输模块。相应的通信协议与应用程序都在MCU上实现；（2）数据接收与采集端。自供电传感器网络结构形成过程中，通过对数据接收端的合理设置，且在无线传输模块、PC机通信及异步串口的配合作用下，可实现对环境监测数据的有效接受。此时，数据采集端可对主机发出的信号进行及时处理，并在无线传输方式的支持下将采集到的信号发送出去，且能将环境监测中采集到的数据进行上传处理，使得自供电传感器网络的潜在应用价值提升；（3）主机通过相应监控程序，向数据采集端发出数据采集请求，接收数据并实时显示数据。实践中通过对这些不同结构组成部分的配合使用，可增强自供电传感器网络在环境监测方面的应用效果，完善这类网络的服务功能。

2 基于环境监测的自供电传感器网络的ZigBee通信协议

由于实践中自供电传感器网络对性能可靠的无线传感器依赖性强，因此，为了确保这类网络在环境监测方面的应用效果良好性，则需要对与之相关的ZigBee通信协议加以分析。具体表现为：（1）通过对ZigBee通信协议的科学使用，有利于满足基于环境监测的自供电传感器网络的节能需求，减少能耗的同时确保环境监测工作落实有效性，并提高环境监测中的信息传递效率；（2）基于ZigBee通信协议的自供电传感器网络，其运行过程中可实现对ZigBee网络设备的高效利用，使得这类设备支持下的环境监测数据传输更加高效，且在无线通信模块的配合作用下，优化自供电传感器网络使用功能，避免对环境监测工作落实效果造成不利影响。同时，通过对ZigBee通信协议、无线传感器等要素的科学使用，可使基于环境监测的自供电传感器网络功能更加完善，实现对环境监测信息的高效处理。

3 基于环境监测的自供电传感器网络的硬件设计

实践中通过对环境监测要求及实际情况的分析与考虑，在构建其所需的自供电传感器网络过程中，为了提升其实践应用水平，也需要注重这类网络相关的硬件设计。其设计要点包括以下方面。

3.1 传感器节点总体结构及功耗估计

实践中的传感器节点组成部分较多，像处理器模块、无线通信模块、能量供应及传感器模块，都隶属于传感器节点的范畴。其中，在对环境监测方面的数据进行分析及处理时，需要发挥传感器节点中处理器模块的实际作用，且在这类模块的支持下，通过对其工作电压、电流的合理设置，有利于降低基于环境监测的自供电传感器网络中硬件部分的能耗；在与其它监测端及节点间进行无线通信时，需要通过对传感器节点中无线通信模块的合理设置予以应对，从而提升基于环境监测的自供电无线传感器网络的通信水平；能量模块的作用在于：为传感器节点提供所需的能量，使得与之相关的网络能够处于正常的运行状态；传感器模块的作用在于：负责监测区域内温湿度信息的采集和数据转换，能够使相应的网络应用中的数据信息传递效率逐渐提高。实践中通过对这四个不同模块功能特性的充分考虑，可实现对传感器节点总体结构的合理设置，满足基于环境监测的自供电传感器网络的稳定运行要求。

在传感器节点功耗估计中，需要设计人员能够根据这类节点中组成部分的实际情况，针对性的开展其功耗估计工作，并将节能理念融入到传感器节点设置过程中，使得基于环境监测的自供电传感器网络硬件设计更具合理性，并完善其在实践中的设计方案。

3.2 太阳能供电模块的合理使用

为了使传感器节点在实践中所需的储能装置使用寿命得以延长，且减少其维护工作量，满足节能环保方面的实际要求，则需要设计人员在基于环境监测的自供电传感器网络硬件设计中注重太阳能供电模块的合理使用。具体表现为：（1）设计人员应通过对传感器节点能量需求的考虑，将太阳能供电模块应用于基于环境监测的自供电传感器网络硬件设计中，使得这类网络硬件部分的能量供应方面可满足节能环保要求，确保其中的传感器节点应用效果良好性；（2）传感器节点中设置太阳能供电模块时，也需要在光伏与可充电池之间配置一定容量的超级电容器，并通过并联控制器控制超级电容器来实现有效的能量流动。同时，用超级电容器和可充电池混合储能的光伏系统，可在太阳能板、超级电容器等构件的配合作用下，满足传感器节点的能量需求，并提升太阳能供电模块的潜在应用价值。

3.3 其它方面的硬件设计要点

基于环境监测的自供电传感器网络硬件设计，除过前面所述的设计内容，也需要关注其在这些方面的设计要点：（1）重视温湿度传感器模块的设置与使用。在这类模块的作用下，可实现对环境监测中温度、湿度数据信息的采集、分析及处理，完善自供电传感器网络的硬件设计方案，给予环境监测水平提升科学保障；（2）加强无线模块的硬件使用。设计人员在实践中若能加强这类模块的硬件使用，则可提高适用于环境监测的自供电传感器网络中的数据传输效率。在此期间，应考虑选用功耗低、集成度高，且与ZigBee协议兼容性良好的芯片，从而满足自供电传感器网络硬件设计方面的要求，并实现对无线模块硬件的高效利用，确保这类硬件组成部分支持下的环境监测工作开展能够达到预期效果。

4 基于环境监测的自供电传感器网络的软件设计

4.1 设计中的初始化

该网络软件设计中的初始化，包含了这些内容：（1）定义信息包传输的基本格式；（2）定义不同的端口，且需要将电压调节器打开，复位并开启晶体振荡器；（3）注重缓冲接受模式与缓冲发送模式的配合使用，使得基于环境监测的自供电传感器网络中的软件设计更加合理，增强这部分的设计效果。

4.2 设计中的中断服务流程

基于环境监测的自供电传感器网络的软件设计工作开展，为了确保该网络中数据信息的传输状况良好性，则需要设计人员合理设置中断服务流程。具体表现为：（1）根据这类网络的功能特性，针对性的设置好开中断、把接收到的数据存放到自定义的缓冲区、寻址过程分析、关中断等中断服务流程；（2）当中断服务流程设置好后，需要对其在基于环境监测的自供电传感器网络中的作用效果进行全面评估，以便提升该网络的软件设计水平。

4.3 设计中的上位机显示

在基于环境监测的自供电传感器网络软件应用中的上位机显示效果是否良好，体现着其软件设计水平。因此，设计人员在这类网络设计中应通过对采样分析、串口传送下的数据传输状况、PC机的应用工况等要素的考虑，实现软件设计中的上位机显示，从而将环境监测数据在自供电传感器网络中的软件作用下显示出来。

5 结语

综上所述，通过对自供电传感器网络的有效使用，可使环境监测工作开展更具科学性，逐渐增加其监测过程中的技术含量。因此，未来在实现环境监测方面的信息化发展目标时，应关注自供电传感器网络的科学使用，使得这类网络作用下的环境监测工作更加高效，并实现对其监测中所需丰富信息资源的高效利用，从而改善环境监测方面的工作状况，满足生态建设方面的实际要求。长此以往，可为我国环境监测积累丰富的实践经验。