时间：2023-05-30 08:54:10
Abstract： This article presents the design and production of Sony G500 switching station four-line controlled wireless TALLY light. With wireless control technology， TALLY light has properly solved the signal transmission problem in the application of Sony AWS-G500 digitalswitching station.
关键词： 无线控制；编解码；TALLY灯；G500
Key words： wireless control；encoding and decoding；TALLY light；G500
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）04-0207-02
0 引言
索尼AWS-G500数字音视频切换台在电视节目制作中得到广泛应用。但笔者在使用过程中发现索尼AWS-G500切换台，只能在有CCU控制器的条件下，通过专用电缆线，才能控制TALLY灯的工作，而在很多实际节目制作时，经常因场地条件原因，摄像机只能输送视频信号，而不能使用CCU控制器。此外G500切换台只能支持BRC系列的索尼摄像机，其他品牌摄像机也不支持，在以上情况下，索尼AWS-G500切换台都无法控制摄像机TALLY灯的工作。根据实际应用要求，需要一种灵活、可靠的摄像机TALLY灯，来提示摄像师，导播正在使用此台摄像机传送的图像，不要移动正在使用的这个画面。为了解决这个问题，我们设计了一种G500切换台四路无线“TALLY”灯控制器，可以很好的解决现实应用遇到的这个棘手问题。
索尼G500切换台控制四路无线“TALLY”灯控制器由以下几部分组成：四路无线“TALLY”灯控制器、控制器连接线和四个“TALLY”灯接收器。
在实际使用时，我们只需要将四路无线“TALLY”灯控制器通过连接线，连接到索尼AWS-G500切换台CCU控制器接口上，然后将“TALLY”灯接收器分别安置于摄像机的热靴上（控制器最多可同时控制四台摄像机上“TALLY”灯接收器）。例如：工作时，导播人员通过索尼AWS-G500切换台切换到所需要摄像机A的图像信号时，此时装在摄像机A上的接收器“TALLY”灯点亮，提示摄像师，导播正在使用此台摄像机传送的图像，摄像机B、C、D以此类推。
索尼G500切换台控制四路无线“TALLY”灯控制器，无线传输距离可以达到100～500m。该设计优点是无线传输稳定、可靠性高、体积小、抗干扰能力强，可安装在任何摄像机上使用。
1 整体设计方案
索尼G500切换台控制四路无线“TALLY”灯控制器主要由五部分电路组成。①信号提取隔离电路。②定时控制电路。③编解码电路。④发送电路。⑤接收电路。
2 电路设计
2.1 信号提取隔离电路 通过索尼AWS-G500切换台CCU控制器接口，提取其中TALLY灯的控制信号，进行放大、翻转，由负信号变为正信号控制继电器。通过继电器，隔离索尼AWS-G500切换台与无线控制TALLY灯的控制电路。
2.2 定时控制电路 索尼AWS-G500切换台CCU控制器接口输出的信号，在通过放大翻转后，驱动继电器动作，在继电器J1-J4上分别反应出的不是一个信号，而是随着切换时间不同，而产生相应变化的多个信号，我们把这个信号叫做A信号。因为A信号是一个相应变化的信号，不能满足我们无线控制电路所需要的条件。这时，我们引入了一个定时脉冲电路，通过定时脉冲电路，产生了一个新的1-2秒钟的正脉冲信号，我们把这个信号叫做B信号。并通过这1-2秒钟的B信号，产生的开与关的变化，把随着切换时间不同相应变化A信号，分为多个时间段，把在切换完成时，所产生时间段的信号，提取出来。把提取出来这个信号，叫做C信号。利用提取出来的这个C信号，对定时脉冲电路产生的B信号进行控制，最终得到了由AWS-G500切换台发出的切换控制指令转换为满足我们编码控制电路所需要的，四组正脉冲控制信号。我们将利用这四组正脉冲控制信号，进行编码。其中，定时脉冲电路，由NP555及电路构成。（图1）
2.3 编解码电路 编解码电路采用台湾生产的PT2262/PT2272L4，其特点：采用CMOS工艺制造、低功耗、外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：2.6～15v。
PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，否则接收距离会变近甚至无法接收。
2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理。
编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272L4接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也互锁分别输出高电平。
PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，本文采用的PT2272L4解码芯片，此芯片具有互锁功能。
这次设计中，将AWS-G500切换台的切换控制信号，通过一系列的转换，得到的满足我们编码控制所需要四组正脉冲控制信号，根据切换控制需要，分别输入至PT2262的10或11或12或13脚，PT2272解码芯片的1～8脚悬空，5、18脚接地，6、7脚接解码接收芯片振荡电阻，9脚接12V供电，17脚输出。
2.4 发送电路 发送电路，将PT2262编码后的四组切换控制信号，经17脚分别送入315M发射模块即可。
四路无线TALLY灯发射控制器电路图（图2）。
2.5 接收电路 接收电路采用315M超外差接收模块。超外差接收模块主要特点是：具有高抗干扰能力，超低功耗，较高的接收灵敏度和稳定性，具有较宽的工作温度范围和较宽的电压范围。配合上面介绍的解码芯片PT2272L4，此芯片具有互锁功能，可以直接满足设计需要。接收电路由超外差接收模块接收索尼G500切换台控制的四路无线“TALLY”灯控制器发送的指令，由PT2272L4解码芯片解码，在PT2272L4的10、11、12、13脚输出一个互锁高电平，我们将10、11、12、13脚分别连接到四个开关上，我们设定四个开关分别为K1、K2、K3、K4，K1连接10脚、K2连接11脚、K3连接12脚、K4连接13脚，四个开关的另一端连接在一起，并连接1K电阻R2，电阻连接Q开关管B级，开关管C级连接发光二极管负极，发光二极管正极连接1K电阻R3，电阻R3连接5V电源，开关管E级接地。当开关管B级为高电平，Q开关管导通， 发光二极管发光，利用这个电路我们制作出四个相同的无线“TALLY”灯接收器。我们将四个相同接收器上四个开关，分别不同打开其中的一个，这样我们就得到了四个可接收控制器发送不同指令的无线“TALLY”灯接收器。（图3所示）
到此设计完成，此次设计借鉴使用了标准电路和模块电路。同时制作出一套成品。在制作过程中工艺上存在很多需要改进的地方，望同人提出宝贵的建议。若在电路设计上，存在新想法、新建议与以共同探讨，使设计更加完善。
参考文献：
[1]索尼AWS－G500数字音
视频切换台使用手册.
[2]王世勋，何嘉斌，袁志强，陈法国.遥控车门开关的安全系
统设计.单片机与嵌入式系统应
用，2005，（7）.
[3]PT2262―IR―PT2272芯片应用.现代通信，1997，（2）.
[4]邬伟奇.PT2262编码芯片
的软件解码.微计算机信息，
2004，（07）.
关键词：步进电机；驱动；H桥
中图分类号：TM301 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）03-0236-02
步进电机广泛运用于各种数字控制系统中，其精度高，运行可靠，是各种自动化控制系统中的关键部件。本文以小功率两相步进电机为对象，介绍了一种基于PIC24F单片机，采用蓝牙无线通信、手机端APP控制的步进电机控制器设计，硬件部分包括步进电机驱动电路、电机电压电流检测电路、MCU控制电路、电源电路以及机壳温度监测电路，结合所设计的软件和手机端APP，实现了步进电机的无线控制及参数检测。
1 总体方案设计
本方案以16位单片机PIC24FJ64GA004为控制核心，通过蓝牙模块接收来自手机端APP的控制指令，单片机经光耦PC817连接MOS管双H桥电路驱动步进电机，控制步进电机的正反转、加减速等动作。同时，DS18B20温度传感器监测机壳温度，电机参数检测电路检测步进电机的电压和相电流，经MCU进行A/D采样、滤波处理后通过蓝牙模块上传至手机端，从而实现步进电机的控制和在线监测功能。系统原理框图如图1。
2 硬件设计
2.1 步进电机驱动电路
在H桥电路的基础上设计步进电机驱动电路。采用分立元件MOS管搭建双H桥驱动电路是成熟的电机控制方案，电路不复杂，性能可靠，根据MOS管的不同工作电流的上限甚至可以高达数十安培，是理想的步进电机驱动器方案。
MOS管H桥驱动电路有NMOS构型和PMOS+NMOS构型，全NMOS管H桥导通电阻更小，但上桥臂的NMOS管的导通电压高于电源电压，需要额外的升压电路，这样增加了电路的复杂程度和成本，我们采用PMOS+NMOS构型方式搭建双H桥步进电机驱动电路，电路更简洁，成本更低；且在这样的小电流工作场合，PMOS所增加的导通损耗可以忽略不计。驱动电路与MCU之g进行光电隔离，选用广泛使用的低成本光耦PC817。加入双输入四通道与门（74HC08D），为驱动电路添加使能的功能，即只有在使能的前提下，四路控制信号才是有效的，使步进电机运行更安全稳定MOS管选用IRF5305和IRF1205，其参数为55V、110A，TO252贴片封装。步进电机驱动电路原理图如图2所示。
2.2 电机参数测量电路
为了实时监测步进电机的运行状态是否正常，为驱动器设计了电机参数测量功能、通过实时监测电机的工作电压、工作相电流和机壳温度来实时获取电机的运行参数，保证电机运行安全稳定。
电机电流采样电阻选用康铜电阻，一端连接H桥下方，另一端接GND，其工作温度范围宽，温度系数仅为-40～40*10-6/℃，是高精度电流采样电阻的理想选择。电压电流信号调理电路采用LM324运放搭建，电压跟随后送入MCU，由MCU内置10Bit A/D转换器进行A/D采样。机壳温度监测选用数字温芯片DS18B20，将其贴至电机外壳表面，实时监测温度参数并送入MCU。电机参数检测电路原理图如图3所示。
在进行电路设计时，使用0欧姆电阻将模拟地（AGND）和数字地（GND）单点连接，以降低相互干扰，提高电路性能。
2.3 电源及MCU控制电路
系统中，驱动电路用输入电压供电，MCU和蓝牙模块需要额外的3.3V电压供电，传统的线性稳压器效率低、尺寸大且发热严重，因此使用DC―DC开关电源方式提供3.3V电压。开关稳压芯片选用MPS公司MP2359方案，其效率可高至92%、工作频率高达1.4MHZ，极高的工作频率决定其只需要小容量的输入电容、输出电容和功率电感即可正常工作。
蓝牙选用HC-05模块，串口自动发送。主控芯片为PIC24FJ64GA004，电源及主控芯片电路如图4。
3 软件设计
3.1 无线步进电机驱动器软件设计
主控芯片通过蓝牙模块经串口接收来自手机APP的电机控制指令，以此控制电机转速、步数、转动方向等参数；同时将采集到的电机参数经A/D转换、软件滤波后通过蓝牙模块发送至手机端。系统软件流程图如图5所示。
3.2 手机端APP软件设计
手机端APP基于中文编程环境“易安卓”开发，纯中文编程，上手快，减少了开发难度。软件可配置电机步数、速度、转动方向等参数，并通过蓝牙发送至控制器；同时接收控制器发送的电机参数，并对参数进行解码、显示、保存。手机端APP如图6所示。
4 结束语
本设计实现了以PIC24FJ64GA004单片机为控制核心，MOS管双H桥驱动，电机电压、电流、温度采集，蓝牙传输的无线步进电机控制器。并通过C语言开发了控制器程序，通过中文语言“易安卓”完成了手机端APP设计，实现了步进电机的低成本无线控制。
参考文献：
[1] 董晓庆，黄杰贤，张顺扬. 步进电机驱动器的关键技术研究[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2008（6）：14-17.
关键词：红外探测 无线接收与发射 灵敏度高 报叫响亮
中图分类号：TM5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（b）-0034-03
1 系统设计方向及目标
1.1 工作原理及组成部分
红外探测发射电路使用IC555多谐振荡器、发光指示电路和红外光发光驱动电路组成。接收电路红外光电转换器、放大电路、单音译码电路、跟随器、可控硅触发电路和音响报叫电路等。采用红外光无阻挡地照射在红外接收管VD1、VD2的接收窗口上。发射电路中的VD1，VD2发出两束相距10 cm的载波为14 Hz的调制红外光，并直射在接收电路的VD1、VD2管上。如有人闯入照射区，系统自动发出警示音。
系统控制采用AT89C2051及PT2272/2262专用解码芯片，可靠性及稳定性较好；数据处理的任务由单片机完成，用于区分报警信号，同时接受各种操作指令，完成相应的操作，当接收到报警信号后一方面驱动报警电路，发出响亮的警车报警声；另一方面输出具体的地址信息，确定是哪一路发送了报警信号；断电报警功能则实时监控电源状况。（主要功能介绍见硬件设计）
1.1.1 设计框图（如图1）
1.1.2 系统模拟框图如（如图2）
1.2 入侵探测器选型
2 红外发射与接收的编码方式
2.1 无线发射编码方式及原理
无线发射框图（如图3）。
数据码、地址码以及同步码构成了编码芯片PT2262发出的编码信号，当这个编码信号发出后，信号由解码芯片PT2262接收，其中，两次比较核对地址码后，才将高电平由VT脚输出，与此同时，高电平也由其他相应的数据脚发出，假若按键一直被发送端按住不放，编码芯片也会一直是工作状态，连续发射信号。当发射机没有任何按键按下时，PT2262不接通电源，基17脚输出为低电平，所以315 MHz的高频发射电路不工作；相对应的，当发射机有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚步输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315 MHz的高频发射电路起振，并将等幅高频信号一起发射，当17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100%的调幅。
2.2 接收的编码方式
2.3 解码原理
2.4 软件设计图（如图5）
3 单片机
3.1 AT89C2051单片机性能及原理
At89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
图形（如图6）。
同时此单片机的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后则进入继续工作状态继续工作。在省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。
3.2 AT89C2051单片机参数介绍
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
3.3 I/O口的内部结构
3.4 振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
3.5 芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
AT89C2051是一带有2KB FLASH可编程、可擦除只读存储器（EEPROM）的低电压、高性能8位CMOS微型计算机，引脚（如图6）。
主要性能有以下几点。
4 结语
系统控制采用AT89C2051专用解码芯片，可靠性及稳定性较好；数据处理的任务由单片机完成，用于区分报警信号，同时接受各种操作指令，完成相应的操作。此课题实现了红外探测；无线接收与发射；其灵敏度高；报叫响亮。
参考文献
[1] 黄继昌，乔苏文，张海贵，等.实用报警电路[M].北京：人民邮电出版社，2005.
[2] 李广弟.单片机基础[M].北京航空航天出版社，2001.
[3] 徐惠民，安德宁.单片微型计算机原理接口与应用[M].1版.北京：北京邮电大学出版社，1996.
关键词：WLAN
中图分类号：TN925.93 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 12-0000-02
Ws6603 Wireless Controller Applications
in WLAN
Wei Ran
(China Tietong Changchun Branch,Changchun130051,China)
Abstract:Based on IEEE802.11 standard for wireless local area network(WLAN)technology has been widely used in metro and enterprise networks.WLAN(Wireless Local Area Networks)in specific situations
(currently mainly used in:business district,schools,airports,office
buildings,high-end residential)can be replaced by other means as the cable access network access solutions for the last kilometer.Ws6603 Huawei launched the wireless access controller,located in the network access layer can provide high-speed,secure,reliable WLAN services.
Keywords:WLAN
一、WALN的特点与应用
（一）WALN的特点
无线局域网络（Wireless Local Area Networks；WLAN）是相当便利的数据传输系统，它利用射频（Radio Frequency；RF）的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。
1.灵活性和移动性。在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制，而无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。无线局域网另一个最大的优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。
2.安装便捷。无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络。
3.易于进行网络规划和调整。对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。
4.故障定位容易。有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。
5.易于扩展。无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点间“漫游”等有线网络无法实现的特性。
（二）WALN的应用
WLAN的应用范围很广泛，归纳起来主要应用于下面几个领域范围：（1）智能建筑（室内覆盖，室外远程）；（2）智能场馆（室内覆盖，室外覆盖，室外远程等综合应用）；（3）特殊行业（综合应用）。
1.智能建筑。多指拥有监控、楼宇自控、计算机网络等多套智能化系统的建筑，多半为高级写字楼和大型集团的总部的办公大楼。智能建筑内的WLAN主要是进行单一的室内覆盖设计。
2.智能场馆。主要指大型体育运动中心，包括例如体育场、篮球馆等建筑在内的大型建筑群。智能场馆内WLAN项目多包含：（1）室内无线数据传输系统；（2）室外无线接入系统；（3）电子票无线链路备份系统；（4）交通诱导无线视频传输系统；（5）系统监控无线传输系统。
3.特殊行业。目前应用有120医疗指挥中心无线视频监控系统和公安局无线远程指挥系统。
二、Ws6603无线控制器的定位与特点
（一）Ws6603的定位
Ws6603是华为公司推出的无线接入控制器，应用于城域网和企业网的接入，适用于无线城域网覆盖、热点覆盖等应用环境。可以提供大容量、高性能、高可靠性、易安装、易维护的无线数据控制业务。
Ws6603位于整个网络的接入层，可以提供高速、安全、可靠的WLAN业务，在整个网络中的地位如图1-1所示。
WS6603具有以下特点和性能：
1.具有灵活的二层和三层数据转发功能。
2.支持风扇的冗余备份和热插拔，支持交流、直流均双电源备份和热插拔，保证设备的长时间无故障运行。
3.强大的接入容量，最大可管理1024个AP（Access Point），达到盒式AC（Access Controller）设备的业界最高水平。
4.提供用户快速漫游切换功能。
5.具有CAPWAP（Control And Provisioning of Wireless Access Points）隧道硬件线速转发功能。
6.设备可通过网管U2560、命令行（CLI）进行维护。
7.支持以太网OAM（Operation，Administration and Maintenanc）。
WS6603有直连式和旁挂式两种组网方式
（二）Ws6603的特点
1.丰富的接口类型。WS6603提供丰富的接口类型，满足各种应用场景。具体有：上行接口（2个10GE光口，采用SFP+（Small Form-Factor Pluggable）光模块）；业务接口（8个GE光口，采用SFP光模块，既可用于上行接口，也可用于下行接口。16个GE电口，用于下行接口）；维护接口（1个RJ-45维护串口，接口类型RS-232。1个RJ-45维护网口，接口类型100BASE-TX。1个RJ-45开关量接口，支持4路输入开关量检测。）
2.高容量、高性能设计。WS6603提供高容量、高性能的设计方案，满足实际网络的应用需求。WS6603最大可管理1024个AP，达到业界盒式AC的最高水平。提供WLAN用户快速漫游切换：支持AC内IPoE用户二层快速漫游，用户可经AP从WS6603的不同物理口接入。支持AC内IPoE用户三层快速漫游，用户可经AP从WS6603的不同物理口，或虚接口（用户地址池不同网段）接入。支持AC内PPPoE用户二层漫游，用户PPPoE在BRAS（Broadband Remote Access Server）终结。支持重关联用户的合法检查，拒绝非法用户的重关联请求。支持用户下线后的快速重新上线，用户信息的延时清除。背板容量达128G，硬件实现内部数据交换无阻塞。CAPWAP隧道硬件线速转发。
3.易安装、易维护功能。WS6603设备深度为240mm，适合安装在深度为300mm以内的各种标准机柜里安装。电源、风扇框均支持热插拔，维护方便。网管U2560具有丰富的北向接口，并继承了华为网管U2000的界面，符合运营商使用习惯。支持以太网OAM，满足快速定位故障的要求。
（三）Ws6603的设备管理
WS6603支持通过命令行方式和网管方式对设备进行管理、维护和监控操作。
1.命令行方式。在命令行方式下，用户可以采用串口、Telnet（网口）方式登录WS6603系统，对系统进行管理与维护
2.网管方式。Manager U2560是面向数字家庭网络、移动接入网的运维管理系统，支持SNMP和TR-069协议，支持AP、AP+AC、低端交换机等准终端小盒子设备和企业网关的统一管理。U2560在TMN（Telecommunication Management Network）的结构中处于网元管理层和网络管理层，具有全部网元级和网络级的功能并向上级网络管理系统OSS提供网管接口。
参考文献：
[1]Chhaya H S.Gupta S Throughput and Fairness Properties of Asynchronous Data Transfer Methods in the IEEE 802 11 MAC Protocol.1995
关键词： 单片机控制； 嵌入式传感器； 异构接口转换； 无线传感器网络
中图分类号： TN911?34； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）13?0080?03
Abstract： The traditional embedded intelligent wireless sensor has the problems of poor control precision and low efficiency. The existing wireless sensor networks are analyzed， and the communication protocol of wireless sensor nodes is improved to propose the specific scheme for wireless sensor network medium access and routing scheme， and give the code description. An embedded intelligent wireless sensor based on SCM control was designed. The hardware of the sensor is analyzed. The implementation steps of the software design are given. The experimental analysis of the sensor was performed. The simulation experiment results show that the method can solve the problem of heterogeneous interface conversion in wireless sensor network， improve the work efficiency of SCM control， and has a certain application value.
Keywords： SCM control； embedded sensor； heterogeneous interface conversion； wireless sensor networks
0 引 言
M入21世纪，单片机以其高效、节能等特点[1]在各个方面得到了广泛的应用，然而，在科技迅速发展的今天，单一的单片机应用已经不能更好地满足工作需求。
无线传感器与单片机结合具有非常广阔的应用前景，通过无线传感技术嵌入计算机技术及与现代的网络进行通信融合[2]，能够实时对单片机进行控制、监测，具有很高的潜在价值[3]。
由于采用面向应用领域这一特殊性来辅助本文的研究，因此使嵌入式智能无线传感器具有更好的工作性能[4?5]。除此之外，基于单片机控制的嵌入式智能无线传感器很好地解决了异构系统接口混乱的复杂问题[6?7]。同时，基于单片机控制的无线传感器节能效果十分好，并且对无线复杂情况变化有很强的应急能力[8?9]。
为此，本文提出一种基于单片机控制的嵌入式智能无线传感器设计方法，通过无线传感网络体系结构进行分析，设计出传感节点之间组成的硬件需求，通过对WSN通信协议进行设计，实现数据传递控制过程中数据校验和通信数据命令的软件实现。仿真实验结果证明，本文提出的方法提高了单片机控制的工作效率，具有一定的应用价值。
1 硬件设计
在对无线传感器网络进行设计的过程中，信息节点和处理中心的SINK节点是核心关键组成部分。
1.1 无线传感网络节点
无线传感网络是一个小型的嵌入式系统，节点命名方式很多，但大多的原理相似，只是采用不同的处理器和通信协议进行区分。
1.1.1 节点组成
无线传感器网络的节点组成如图1所示。
（1） 数据采集部分，不同的传感器，例如，温湿度传感器、速度加速度传感器、压力传感器、震荡传感器依据其监测的目标、信号发生源和监测精度等要求来选择传感器类型。所以，为了便于传感器的研究且使成本下降，本文中采集数据的方法利用软件模拟方法完成，这样使节点更具有一般性的特点。
（2） 数据处理部分，将由软件模拟方法收集的各类数据进行二次处理，并且把节点的关联附加信息也加入到处理过程。另外，在进行二次处理过程的同时，需要完成成帧、差错和校验等后加工处理，同时还包括其他关联的调度与管理操作过程。
（3） 数据生成和处理部分，通过微控制器来实现。最终数据在单片机的控制下进行有序的传输。
（4） 数据传输部分，这部分最关键的作用就是调制传感信号，并在相关协议指导下进行数据发送，是软硬件相互辅助的表现。
（5） 电源部分，其电源的质量需要认真对待，同时，能耗问题也需要着重考虑。
数据采集部分主要实现对所需控制的单片机进行信号监测以及工作动态跟踪，以便于无线传感网络的研究[10?11] ，本文中采用软件模拟方式获取实验数据信息，使节点更具一般性。
数据处理部分主要是针对产生的无线传感数据进行二次处理，对节点信息进行附加，检验和纠正错误数据，并对传感信息进行调度与管理。
数据传输部分主要实现嵌入式智能无线传感信号的校对，在相关协议下完成单片机的智能控制，是连接软件和硬件的重点部分[12?13]。
1.1.2 点实现
对于无线传感节点的实现主要是数据处理和传输两大部分。
数据处理部分主要应用英特尔公司的I5处理器，该处理器与MSC?51系列产品全部兼容，具有较好的适应性。需要具有支持ISP等系统编程的存储装置和E2PROM的数据存储器。写入速度必须达到32 B/页。8 GB内存8个。系统静态操作时0～24 Hz，电源工作范围为2.7～5.5 V。
在无线传感信号频率为系统输出信号功率为灵敏度为的情况下，系统接收与无线传感网络半径的关系如下：
1.2 SINK节点
信息处理SINK中心节点：一是要具有处理中心的职能，将命令及时下达到各个位置；另一方面要在各个位置进行数据融合后做下一步处理。
SINK节点主要采用S3C44BOX速龙ARM7TDMI内核，功耗较低，基本为静态设计，适用于敏感应用。处理器是ARM公司的66 Hz的DMI处理器，支持ICE调试和代码压缩。SINK节点组成示意图如图2所示。
S3C44BOX集成手持设备及嵌入式系统和基于单片机的应用调试支持的解决方案，采用32位体系结构进行指令，工作速度快，调度能力更强。节点连接采用RS 232接口，9针脚。
综上所述，基于单片机控制的嵌入式智能无线传感器设计要在资源消耗有限的情况下，对无线传感器的设计做出调整，进行高效、低能耗地传输、处理数据。
2 软件设计与实现
无线传感器网络对数据采集、处理要求较大，对应用的环境也有较高要求，此外，在嵌入式单片机控制过程中还要求系统反应快，传输功率低。因此，在设计过程中必须要把握适应性和高融合能力。
采用多项式编码，利用生成多项的多个数据检测校验进行编码，编码规则为：设有个数据，添加个校验位，用表示数据位，把进行移动，相当于个校验位空出。即：
由式（4）可知，用除以得出多项式，商为余数为。由此可知：
在编码过程中，采用模2进行运算，在不进行借位的情况下，则有：
即为所求CRC码，应为的整数倍。在检验数据的过程中，CRC编码除以余数为0，说明数据正确，否则为错误。
其算法实现如下：
uintCal_ere（）
{wh1le（1en??=0）
{for（i=0x80：i！=0；i/=2）
{if（（crcl&0x8000）！=0）
{crcl*=2：crcl =0xl021：} //余式CRC乘以2再求CRC
else
{ercl*=2：}
if（（*ptr&i）！=0）crcl= 0X1021： //再加上本位CRC
}
ptr++；}
return（crcl）：}
通过对CRC编码，采用模2运算，以一种空间转换思想实现了无线传感器的快速、高效求解和调度。
3 仿真实验
通过仿真实验来检测本文设计的单片机控制的嵌入式智能无线传感器的性能优劣。
（1） 测试用硬件环境
主机运行核心处理器为：intelcoreTM i7 CPU 3.40 GHz；
主机运行内存：与主板兼容的华硕4.00 GB内存条1个。
（2） 测试用软件环境
计算机为Windows7专业版 64位操作系统；客户端操作系统和服务端操作系统内存均为1 GB，2个CPU。
由于本文主要是对嵌入式智能无线传感器进行设计，首先对无线传感器接收无线网络的数据情况进行测试，结果见图3。通过图3能够发现，随着时间及无线数据量的不断加大，嵌入式单片机接收数据的接收率随之增大。
对无线传感器抗干扰能力进行测试，主要考虑单片机控制过程中对无线信号的检验情况，如图4所示。通过图4能够发现，经过20 min的无线网络数据来看，数据信号较为平稳，未发现重大波动，对数据接收能够达到单片机控制的嵌入式标准。
4 结 论
本文构建了单片机控制的嵌入式智能无线传感器设计，该系统由硬件和软件两大部分组成。其中硬件部分主要由信息节点和处理中心的SINK节点组成。软件设计部分主要采用多项式编码。通过仿真实验结果来看，本文设计基本符合工作实际需求，具有较高的可靠性和抗干扰能力。
参考文献
[1] PEREIRA A F C， PONTES M J C， NETO F F G， et al. NIR spectrometric determination of quality parameters in vegetable oils using iPLS and variable selection [J]. Food research international， 2008， 41（4）： 341?348.
[2] CAO Y F， LIU X Y， KONG L， et al. EHR： routing protocol for energy harvesting wireless sensor networks [C]// Proceedings of 2016 IEEE the 22nd International Conference on Parallel and Distributed Systems. Wuhan， China： IEEE， 2016： 56?63.
[3] 刘彬彬，韩光洁，孙洪文.无线传感器网络中基于虚拟点优化的追踪算法[J].微处理机，2017，38（1）：53?56.
[4] 楼婷婷，潘峰.基于无线传感器网络的智能LED灯控制系统设计[J].计算机测量与控制，2015，23（6）：1990?1992.
[5] 张琰.基于无线传感器网络的智能家居远程监控系统研究与设计[J].通讯世界，2015，32（20）：49?50.
[6] 徐向艺，王建玺.基于ZigBee无线传感器网络的实验室智能教学系统[J].计算机系统应用，2015，24（7）：63?68.
[7] 郭世璞.基于单片机的无线传感网络通信模块设计与实现[J].信息通信，2016，33（8）：181?183.
[8] 左廷元，陈栋栋，钱浩，等.基于GSM的嵌入式无线远程监控系统设计[J].科技视界，2015，43（22）：206.
[9] 沙刘云.温室大棚嵌入式控制系统设计与实现[J].工程技术， 2016，18（8）：308.
[10] 孙小平，王向东，李树江.嵌入式温室大棚远程监控系统的设计与实现[J].应用科技，2016，43（2）：33?36.
[11] 黄小天，吴晓红，吴小强，等.基于无线传感器技术的实验室监控系统设计[J].微型机与应用，2015，34（4）：4?7.
;修回日期:20130224。
基金项目:北京市教育委员会共建项目。
作者简介:
徐奕昕(1990-)，女，江西景德镇人，硕士研究生，主要研究方向：无线传感器网络； 白焰(1954-)，男，辽宁沈阳人，教授，博士生导师，主要研究方向：智能系统、工业现场总线、无线传感器网络； 赵天阳(1989-)，男，河南南阳人，硕士研究生，主要研究方向：电动汽车、电力系统分析； 王仁书(1986-)，男，福建福州人，博士研究生，主要研究方向：无线技术在工业控制系统中的应用。
摘 要:
针对无线传感器网络中k重覆盖率、能耗、可靠性难以协调的问题，在节点呈泊松分布的假设下，提出了多目标优化的覆盖控制。针对多目标差分进化算法在种群初始化、参数控制和种群维护中的不足，分别设计了种群正交初始化、参数自适应控制和动态种群维护策略，提出了改进的多目标差分进化(IDEMO)算法对模型进行求解。仿真结果表明，该控制策略能够在达到81.2%的3重覆盖率的同时有效降低能耗并保障可靠性，IDEMO可以支配传统算法76%的Pareto前沿。该算法同样适用于求解其他多目标问题。
关键词:无线传感器网络；泊松分布；k重覆盖率；能耗；可靠性；多目标差分进化算法
中图分类号: TP393.071文献标志码:A
英文标题
Multiobjective coverage control in wireless sensor network based on Poisson distribution
英文作者名
XU Yixin1*, BAI Yan1, ZHAO Tianyang2, WANG Renshu1
英文地址(
1. School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University， Beijing 102206, China;
2. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, Beijing 102206, China英文摘要)
Abstract:
关键词:燃烧器 全自动 远程 无线控制 安全
1 所属技术领域:
工业自动化控制当中有高可靠要求, 复杂环境下的燃烧器无线控制系统
2 已有技术
(1) PLC实现的全自动燃烧器控制系统: 因系统为多模拟量的输入输出接口,要求小型机以上PLC组合才能实现其功能,但成本高现场布线困难。
(2)高档一体式风机控制器,其风机结构和控制模式对供气要求非常严格,并不适合中国实际市场应用。且价格超高。无法远程控制。
3 设计的目的。
针对目前国内燃烧器的特点,除实现PLC的全部功能外,针对其缺点,增加如下特点:
(1)用新型低成本高性能工业型处理器取代PLC进行控制,使控制更灵活,总成本更低,性能更强。
(2)系统核心控制部分支持北方野外环境要求,以实现控制部分现场化。
(3)用户交互无线化,可靠性要核心控制部分保证。省去复杂现场布线成本与难度。
(4)用户界面支持主流通用操作屏,实现与PC一样同步科技发展进行灵活产品升级,从而得到最优性价比。
(5)独立研发新型低成本高可靠性电流环电路,定量满足加热炉实际控制精度、低温漂、高抗干扰的要求(参考附图说明)。
4 核心设计内容
为实现上述目的,针对以上特点,本系统核心设计如下
(1)采用高性能工业型组合微处理器进行控制,并使用双CPU互检冗余处理。其微处理器为最新型16位处理器+DSP双核架构,极方便实现现场复杂信号处理。
(2)主控制电路专门针对北方市场,所有输入输出信号全部实现光电隔离,主控电路通过-40度实际环境连续运转。支持现场复杂电器设备抗干扰及抗10KV ESD环境要求。
(3)采用可自由使用的工业仪表专用频段进行无线通信,用于现场数据上传与用户指令下达。所有的安全与可靠性控制均由主控电路实现。
(4)用户端采用大尺寸TFT触摸屏提升用户使用性,同时系统使用当前流行的智能操作系统Windows CE平台进行用户界面开发,使程序开发与触摸屏类型不相关。
(5)所有传感器与控制单元的走线均在现场完成。其接线也最短,最短的走线使引入干扰降到最低。同时省掉的屏闭电缆线的成本也非常可观。其接线只需引入220V供电即可。系统综合成本与国内同档次PLC系统相比节省超过3/4。
(6)针对现场实际情况采用改进优化的增量型PID算法,使温度控制响应速度与精确性得到很大提升。
5 设计结果:
系统最终性能:
列项 内容
型号 燃烧器控制制系统
平台性能 dsPIC30F5015,16位单片机,64K flash, 2K RAM, 1K EEPROM, 64Pin TQFP封装,集成10位AD, 集成DSP, 集成电机控制输出
通信方式 无线控制系统
主接口 RS232串行接口,6电流环输入输出,高隔离数字量输入输出,四路开关输入.
内部供电 12V DC 1A max
系统内部供电 Main power: 5V DC 200mA, sub-power 12V DC 1A
外部供电 24V DC 2A
用户界面 7”TFT,支持触摸输入
工作温度 -40~60℃
选项输入 4路DIP开关输入
接口 7路继电器输出, 8路光耦隔离输入
一路UART输出, 3路4-20mA电流环输入, 3路障-24mA电流环输出
一路温度检测输入 ,一路扩展输出
USB NC
电流环输入性能 4路4-20mA 电流环输入, -30度-+30度内 温漂
电流环输出性能 4路4-20mA 电流环输出, -30度-+30度内 温漂
开关量输入 8路2500V光耦隔离输入,
开关量输出 8路2500V继电器隔离输出, 继电器输出为 5A 24VDC, 2A 220V AC
尺寸 TBD
重量 TBD
实际环境测试:
(1)低温测试:主控系统在实验温箱内-40℃连续运转48小时无异常。
(2)无线通信测试:实测通信,其中穿墙2道、电柜阻档(非屏蔽)2层,现场加热炉阻挡一道。连续运转24小时无数据错误现象。
(3)干扰测试:200米现场通信,在主控系统周边连续用15KV火花放电启停各1秒,同步启停5KW电机一台、手持电钻一台。连续测试4小时无故障,无通信中断现象。
6 系统应用实例
本产品已成功设计并应用于大庆市采油厂中转站锅炉房。
现场实际情况如下:
加热炉距值班室约70米,值班室邻室内有11台功率大于30KW的动力电机运转。用户端安装于尽量靠近电机端。加热炉附近有连续运转的抽田机一台。加热炉左边安装有PLC控制系统的加热炉一台。
安装并调试完毕后连续运行1个月,实际观测数据如下:
冷机启动时设定温度80℃,炉内水温40℃。经一周调试与产品修正后,连续运转一个月实际结果良好,无任何异常出现。
通过阶段性应用,其性能完全满设计需求所有项并得到用户一致好评。具备较强的推广价值。
7 核心电路附图及附图的简单说明。
本系统分主控系统部分与用户端两部分,两部分的通信使用仪表专用频段进行通信。其中主控系统安装于现场为整套系统的核心部分,用于现场信号的检测与输出单元的控制。所有控制与安全部分全部由主控系统实现。用户端只用于现场数据的显示及用户使用指令的下达。
核心电路说明:
双单片机冗余安全控制回路:
简要说明:
从单片机只进行状态检测和禁止点火或气阀开启,即从单片机只能关不能开,用于冗余的安全保证。
从单片机检测火焰工作状态和供气出口气压,当检测到火为熄灭状态且出口有气压超过5秒时强制切断安全阀,直到气压降到0后释放达到防止主单片机工作失效导致灾难发生。
电流环输入输出回路说明:
4-20mA电流环输入输出回路针对现场实际需要(低温性能好,成本低)为完全自主设计, 采用完全隔离设计方案, 输入与输出通过光耦完全隔开(也不共地), 隔离电压为2500V。电路精度高、温度系数好、成本低、而且性能非常稳定。
输出回路说明:
输出电压信号来自D/A处理芯片,电压约为0.5 -2.4V, 通过IC7缓冲后通过精密运放IC31和三级管Q18放大后进入IC20,IC20为精密线性光耦,通过IC20隔离输出给IC2和Q11进行驱动输出。
输入回路类似输出回路过程,只是转换为电流输入电压输出
8 结语
关键词：移动无线传感器网络；快速组网；IEEE802.15.4MAC；非时隙CSMA/CA；组网时间
0 引言
移动无线传感器网络（Mobile Wireless Sensor Network， MWSN）因其部署灵活、自组织和网络态势感知能力等特点，应用日益广泛。在战场和灾害感知等紧急实时应用中，由于环境复杂多变，外部干扰强烈，网络结构频繁变化，需要网络具有快速组网和再入网能力。当前MWSN普遍采用IEEE802.15.4[1] 媒体访问控制（Media Access Control，MAC）协议进行组网通信，按应用需求可选用基于时隙或非时隙的载波监听多路复用/冲突避免（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA）算法。基于时隙的CSMA/CA采用超帧（Superframe）结构，利用信标帧（Beacon）进行网络时间同步，这种网络也叫信标网络。非时隙CSMA/CA算法则完全随机竞争接入信道通信，节点间无需时间同步。文献[2]对IEEE802.15.4基于时隙的CSMA/CA机制进行分析和改进以提高信道利用率。文献[3]提出一种基于非信标模式IEEE802.15.4MAC下的随机模型，给定节点数和包速率，可以预测丢包率和延迟。文献[4]提出一种饱和吞吐量状态下的非时隙CSMA/CA算法分析模型，利用信道检测结果作为动态速率控制反馈机制，并开发一种基于时间驱动的非信标802.15.4MAC仿真器。文献[5]基于M/G/1队列系统提出一种IEEE802.15.4非时隙CSMA/CA数值模型，用来分析和获得延迟、丢包和能量等性能指标。文献[6]对非时隙IEEE802.15.4网络的吞吐量和延迟性能进行专门分析。文献[7-8]则对多跳IEEE802.15.4网络性能进行分析和建模。
然而目前关于IEEE802.15.4MAC方面的研究多是在建模和性能评估等方面[3-8]，对于协议改进和组网机制方面的研究涉及较少，尤其是对非信标网络组网优化方面的研究更少。文献[9]仅针对IEEE802.15.4信标网络的关联过程进行分析改进，减少了冗余原语和关联延迟，并通过仿真进行验证。文献[10]为了让移动Sink节点快速接入网络，删除了802.15.4MAC的关联过程。文献[11]对非信标模式传感器网络组网过程进行分析，通过地址预分配策略省略关联过程从而缩短组网时间；然而该方法需要在网络部署前对每个节点进行配置，并不适应自组网的需求，此外也未分析冲突退避机制对组网的影响。因此本文对基于非时隙CSMA/CA随机接入算法的移动传感器网络MAC组网流程进行分析和优化，并对信道接入机制进行改进，以降低冲突概率，减少组网时间，提高组网效率。
1 IEEE802.15.4组网流程
在IEEE802.15.4非信标网络下，协议采用基于非时隙CSMA/CA机制随机接入无线信道进行组网和通信。组网节点分为协调器和终端节点两类，协调器用于建立网络，包括配置信道和个域网（Personal Area Network，PAN）、分配地址等，并作为网络中心控制网络通信，终端节点搜索并加入网络。这种集中式的组网策略便于网络维护和安全认证。对终端节点来讲，入网流程包含主动信道扫描和关联过程两个阶段，其流程如图1所示。
2 组网时间分析
2.1 信道接入时间
IEEE802.15.4非信标网络采用非时隙CSMA/CA机制接入信道，可用一个随机过程{X（t）；t≥0}来描述某节点在t时刻所处的状态：
2.3 关联过程
终端节点完成主动信道扫描后，需要与协调器关联成功方能加入网络。如图3所示，终端节点向协调器发送关联请求消息，协调器收到该消息之后返回一个ACK应答。协调器需要判断当前PAN是否允许容纳该节点，且必须在TRW时间内做出决定：若协调器有足够的资源，在认证后给该节点分配一个网络地址，同时返回关联应答消息；如果协调器没有足够的资源，那么返回关联失败。
3 快速组网机制
3.1 缩短信道扫描过程
由前文可知，全部信道扫描耗时过长，为减少组网时间，一方面可预先指定信道，节省大量无效扫描时间，文献[11]通过实验对此进行了验证；另一方面可缩短单个信道的扫描周期，如将扫描周期ScanDuration从3减少为2，单信道扫描时间从138.24ms缩短到76.8ms，可节省61.44ms。
3.2 缩短关联过程
IEEE802.15.4MAC的关联过程采用间接传输的消息传递方式，发送关联请求的节点需要等待TRW之后主动请求协调器发送关联应答，等待时间长达491.52ms，严重影响节点组网效率。本文采用直接传输方式进行关联应答，入网节点向PAN协调器发送关联请求，协调器在接收并判定完毕后立即返回关联应答消息，无需等待TRW时间，从而缩短关联过程。改进的关联过程如图4所示。
3.3 减少CSMA/CA冲突
信道冲突通常会导致传输失败，如能够有效降低信道扫描或关联过程中冲突发生的概率，则可减少甚至避免重复扫描信道或关联，从而节省大量时间。
通常CSMA/CA协议容易发生两类冲突：一是由隐藏终端导致的冲突，二是两个节点选择相同的回退周期导致冲突。由于没有采用握手机制，IEEE802.15.4协议目前无法完全避免这两类冲突。然而，协议中还存在另外两种容易被忽略的信道冲突：一是ACK包与数据包（ACKDATA）冲突，二是数据包与数据包（DATADATA）冲突[5]。
3.3.1 ACKDATA冲突
IEEE802.15.4MAC协议中CCA检测信道需占用8Ts，而收发周转时间Tturn=12Ts，二者重合就会发生冲突。如图5（a）所示，两个节点A、B相邻，A向其他某节点发送数据，如果B在节点A进行收发切换时进行CCA检测到信道为Idle，于是节点B经过12Ts从CCA切换到发送状态并发送数据包，那么B发送的数据包就会与A接收的ACK包发生碰撞。此外，由于A未能收到ACK应答，会认为此前发送的数据包对方未收到，于是A会重复发送对方已接收的数据包。
4 实验及结果分析
本文首先通过仿真实验验证MAC快速组网策略对降低系统组网时间的贡献，然后在现场实验验证其在真实应用中的有效性。
4.1 仿真实验结果
在NS2网络仿真平台下，在10m×10m的仿真区域中部署15个节点组建星型网络，分别采用802.15.4MAC和本文提出的快速组网MAC机制进行比较实验。
鉴于文献[9]对信道预分配策略已进行分析和验证，这里不再重复研究和讨论。实验预分配信道11，ScanDuration参数配置为2，单信道扫描时间最长为76.8ms，macMinBE、macMaxBE、macMaxCSMABackoffs等参数默认配置（3，5，4）。
仿真实验结果如图7所示。采用改进MAC协议15个节点组网时间约1s，而802.15.4MAC组网则需10s以上，相比组网时间极大地缩短，组网效率提高90%以上。此外，在CCA分别为8Ts（CCA=8）和16Ts（CCA=16）下进行对比实验，结果表明当组网节点数量较少时两种情况下的效果相差不大，随着组网节点数量的增加，CCA=16时系统组网所耗时间更短。
4.2 节点实验结果
实验按照组网节点数量的不同分别开展测试，比较IEEE 802.15.4MAC和改进MAC机制的组网时间，每项测试进行10次取平均组网时间。
实验结果图8所示，采用802.15.4MAC协议时组网时间随节点数量增多呈阶梯状上升，而采用改进MAC协议的组网时间明显缩短，15个节点的组网时间在1s以内，而802.15.4标准协议组网时间则需数秒。
5 结语
本文提出一组移动无线传感器网络快速组网MAC优化策略，通过缩短信道接入时间，简化关联过程，改进CSMA/CA机制减少信道冲突，极大地缩短了节点的入网时间。仿真实验和节点实验均证明提出的快速组网策略可提高系统组网效率90%以上，可有效降低系统组网时间，更好地满足紧急部署和快速自恢复网络需求。在本文工作基础上，下一步研究多跳网络条件下的退避延迟优化和安全接入等问题。
参考文献：
[1] IEEE Std 802.15.42006 Part 15.4： Wireless Medium Access Control （MAC） and Physical Layer （PHY） specifications for lowrate wireless personal area[S]. Piscataway： IEEE，2006.
[2] WONG C M， LEE B H. An Improvement of slotted CSMA/CA algorithm in IEEE 802.15.4 medium access layer[J]. Wireless Personal Communications， 2012， 63（4）：807-822.
[3] GOYAL M， ROHM D，XIE W， et al. A stochastic model for beaconless IEEE 802.15.4 MAC operation[J]. Computer Communications， 2011， 34（12）：1460-1474.
[4] LAUWENS B， SCHEERS B， van de CAPELLE A. Performance analysis of unslotted CSMA/CA in wireless networks[J]. Telecommunication Systems， 2010， 44（1/2）：109-123.
[5] KIM T O， PARK J S， CHONG L H， et al. Performance analysis of IEEE 802.15.4 nonbeacon mode with the unslotted CSMA/CA [J]. IEEE Communications Letters， 2008， 12（4）：238-240.
[6] LATR B， de MIL P， MOERMAN I， et al. Throughput and delay analysis of unslotted IEEE 802.15.4[J]. Journal of Networks， 2006， 1（1）：20-28.
[7] MARCO P D， PARK P， FISCHIONE C， et al. Analytical modeling of Multihop IEEE 802.15.4 networks [J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 2012， 61（7）：3191-3208.
[8] FEO E， CARO G A D. An analytical model for IEEE 802.15.4 nonbeacon enabled CSMA/CA in multihop wireless sensor networksI，DSIA0611[R]. Lugano， Switzerland：[s.n]， 2011.
[9] ZHANG F， WANG F， DAI B， et al. Performance evaluation of IEEE 802.15.4 beaconenabled association process[C]// Proceedings of 22nd International Conference on Advanced Information Networking and Applications. Piscataway：IEEE， 2008：541-546.
[10] CHEN C， MA J. Simulation study of AODV performance over IEEE 802.15.4 MAC in WSN with mobile sinks[C]// Proceedings of the 21nd International Conference on Advanced Information Networking and Applications. Piscataway：IEEE， 2007：159-164.
【关键词】Zigbee技术；无线网络系统；建模控制
1Zigbee技术概述
1.1Zigbee技术基础组成
Zigbee技术实际上是一种低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通讯技术，该种技术诞生于2002年，美国Invensys、日本三菱电器、美国，摩托罗拉、荷兰飞利浦等多家公司，联合创建了Zigbee联盟体系。在Zigbee技术中，最为基础的就是需要先确立Zigbee协议架构，该种架构是在IEEE基础上，定义了相应的物理层、媒体访问控制层。次年，在Zigbee联盟中定义了Zigbee协议的网络层技术以及应用层技术[1]。
1.2丢包概率分析
在无线网络系统中，对丢包概率进行分析，通过搭建实验平台，以Zigbee的Mesh网络为基础，应用非时隙CSMA-CA算法。在实际应用中，设定NB=0，BE=minBE，在（2BE-1）退避时周期内随机选择一段时间，执行CCA，检测具体的信道是否满足空闲需求，当信道空闲的情况下，判断建模成功。当信道尚未处于空闲的情况下，需要认定NB=NB+1，BE=min(BE，maxBE)[2]。
1.3网络诱导时延
经过计算，确定Zigbee网络中的网络诱导时延d（k）主要包含了四个部分，控制环节、等待环节、转换环节、延缓环节。控制环节与延缓环节主要是针对数据从上位机通过串口到达源节点的时间、数据，从目标节点通过串口到达下位机但的时间。
2基于Zigbee技术的单边无线网络控制系统建模与控制
2.1控制系统建模
在本文中针对ZigBee无线网络控制系统中存在着较大的网络诱导、丢包现象，搭建相应的无线网络连接平台，针对传感器与控制器之间进行数据分析。在该种测试环节中，建立基于单边的无线网络控制系统模型。在假设网络诱导时延等环节中，采用采样周期的整体倍数，将网络控制系统建模成为一类T-S模糊模型，以及一类离散切换系统，避免闭环系统在实际应用中出现比较严重的干扰。基于ZigBee技术的单边无线网络控制系统包含执行器、被控制对象、传感器、ZigBee网络以及控制型。执行器针对被控对象提出指令，触感器实现数据信息的传输，控制ZigBee网络，再到控制器中，完成指令的执行[3]。
2.2控制器设计
在ZigBee无线网络控制器设计中，为了使得闭环单跳无线网络控制系统能够稳定的运行，需要保障控制器的设计需要具备一定的条件。如，在给定标量的基础上，存在着正定对称矩阵时，要求矩阵不等式能够满足指数均方稳定的条件。如果给定另一个标量的情况下，需要保障正定对称矩阵能够满足闭环多跳网络控制系统在控制器作用下，呈现出指数均方稳定。在对以上结论进行论证的环节中，应该选择李雅普诺夫函数[4]。
3基于Zigbee技术的双边无线网络控制系统建模与控制
3.1控制系统建模
为了保障无线网络控制系统建模成功，提升系统控制效率，在基于ZigBee技术的单边无线网络控制系统建模基础上，研究双边无线网络控制系统建模以及控制器设计。在该种建模方式中，需要对传感器与控制器之间，控制器与执行器之间，进行无线网络连接。在应用ZigBee传输协议的基础上，建立双边无线网络控制系统模型，并且有效的构建基于丢包概率的李亚普诺夫函数。该种方式的应用，有效的提升了控制器设计效率。对基于ZigBee技术的双边无线网络控制系统结构进行分析，在执行器与传感器之间增加ZigBee网络。当执行器接收到系统指令的情况，控制被控对象，应用传感器，在ZigBee网络下，实现控制器的相应功能。在对基于ZigBee技术的双边无线网络控制技术进行建模时，需要假设一定的前提：（1）传感器为时间驱动，应用时间T，设定控制器与执行器为事件的驱动；（2）对每一个数据包进行编号；（3）采用单包传输方式，保障每一个时刻的状态都可以测量的；（4）在实际建模环节中，忽略量化误差，和通信过程中的误码情况。
3.2控制器设计
基于ZigBee技术双边无线控制技术的应用，在设计控制器的环节中，当存在着正定对称矩阵，需要保障其线性的不等式能够成立。双边无线网络控制系统在控制器的应用下，能够满足鲁棒均方稳定。
4结论
综上所述，在本文针对ZigBee技术组成与丢包概率、网络延时进行分析。在进行基于ZigBee技术无线网络系统进行建模环节中，从单边无线网络和双边无线网络两方面进行建模分析，以及控制器设计。在单边无线网络中，为了解决系统时延的情况以及丢包现象，文献中将网络诱导时延建模，将其设计为线性的系统，针对该类型的模型设计针对性的无记忆状态反馈控制器。在双边无线网络建模中，对传感器与控制器之间，控制器与执行器之间，进行无线网络连接。
参考文献
[1]刘艳玲,王鼎.煤矿野外生产生活区高位水池无线检测系统——一种基于Zigbee技术的无线传感器网络实例[J].电子世界,2013(15):112-113.
[2]李建宁.无线网络控制系统的建模与控制[D].浙江大学,2013.
[3]张凤.基于ZigBee技术的无线温度检测网络系统的研究[D].中国海洋大学,2011.
【关键词】现场总线；无扰切换；设备管理
0.引言
FCS现场总线是连接控制设备与上层自动化控制设备之间的双向串行链路，以其结构和布线简单、数字传输准确可靠、现场信息丰富等特点，在工厂自动化控制中得到越来越广泛的应用。它的全数字化、双向传输、多点通讯，逐步取代之前在工业中广泛应用的DCS集散控制系统。本文采用的是其中的Profibus-DP标准，它是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，为实现工厂综合自动化和现场工艺设备智能化提供了可行的解决方案。
1.设备控制与管理
本文的工艺设备主要分为三类，一类是只需要起停控制的设备，包括除尘器、皮带运输机、搅拌电机等。控制目的是保证正常顺序开停车，以及故障或非正常状况下的连锁停车。另一类是需要调速的设备，包括泵类、风机类、给料机等设备。控制目的是参与到液位、流量、压力等的闭环控制中，以保持运行工况的稳定性。第三类是自成系统的设备，比如破碎机、球磨机、陶瓷过滤机等。这类设备相对较为独立，其信息主要是用于监测，或加入少量的控制。对于前两类设备，与之相连的直接控制设备是变频器、软起动器、马达保护器等控制器。这些控制器接收PLC通过DP总线发出的指令，同时又将设备运行或故障信息反馈给PLC，并在上位机监控画面显示这些状态。上位机画面包含有丰富的信息，包括设备起停操作界面、运行状态信息、趋势曲线等，通过对数据库信息进行统计分析、处理，还可以在上位机中得到生产设备的历史曲线、台时、整机效率计算，电量水量统计等，实现工厂过程数据可视化及设备管理。不难看出，设备控制顺序是上位机—PLC—控制器—现场设备。
2.控制器与现场设备
对现场设备的电气控制分为就地和总线两种方式。就地控制时，现场设备起停依赖于动力站的变频器、软起动器、马达保护器等控制器接收安装在设备近旁的就地操作箱上的起停按钮或频率给定装置发出的信号；远程控制时，设备起停则依赖于控制器通过DP总线接收的上位机画面发给PLC的指令。无论这两种哪种控制方式，PLC都可以通过DP总线读到控制器中存放的设备运行或故障状态。就地和总线切换过程要使设备平稳的保持原有状态，这种保持，除了像软起和马达保护器这些工频运行的设备不能因转换而停车或启动外，对于正在以某个频率运行的变频设备，切换时还要维持运行频率不变，即无扰切换。由于总线控制的加入，在外部电路及参数设置方面对切换电路予以充分考虑，使得就地/总线无扰切换比用DCS方式更加可靠。
无扰切换电路设计，在没有采用FCS之前，主要通过远程就地切换继电器与主回路接触器通断的时间差，来保证远程就地切换瞬间设备启动回路或运行回路不断电。即切换过程要保证主回路接触器线圈失电、触点断开的时间，要大于切换继电器线圈得电、触点闭合的时间。FCS系统，从电路及程序上，充分考虑切换的顺畅。以变频回路为例。总线/就地切换开关不影响就地启动继电器的动作，通过变频器运行输出继电器，以及总线/就地停止继电器，来保持给变频器的启动信号维持切换之前的状态。为了保持变频器切换前后频率不变，配合以智能操作器，此操作器可显示变频器的频率给定值SV和频率反馈值MV。无论总线还是就地，MV都对应于变频器的实际频率反馈值。SV则不同。就地时，SV显示操作器给变频器的频率设定值；总线时，SV显示的是MV通过操作器自身变送输出的值，与此时PLC通过总线设置给变频器的频率给定值基本一致。在就地切换到总线的瞬间，PLC通过总线将频率实时数据传输给变频器作为频率给定信号；在总线切换到就地的瞬间，则是利用操作器自身的无扰切换功能，操作器接收转换信号后，瞬间将显示的SV的值输出给变频器作为给定频率，从而实现双方向的可靠的无扰切换。
3.PLC与控制器
控制器主要包括变频器、软起动器、马达保护器等。为实现总线控制，需设置控制器参数。除了基本的额定电压、频率、电流、功率因数、总线地址等的设置外，对于变频器，还需要设置起停模式(如惯性、斜坡等)、加减速时间、控制信号源、频率源等；软起动器需要设置起停模式(如电压、力矩)、升降压时间、限流倍数、保护类别、输入输出功能等；马达保护器需要设置操作模式、保护设置、控制设置等。初始设置一般是通过控制器本身的键盘完成。也可以由PLC通过DP总线对控制器参数进行设置和修改，并对控制器的特性进行连续监测与控制。
为对不同控制方式的电机进行统一管理，PLC中设置统一的电机控制变量，包括电机控制类型、控制字、状态字、频率设定、频率反馈、电机电流、电机功率、故障代码。其中电机控制类型中显示变频器控制、软起动器控制、电机保护器控制、普通电机控制等信息。控制字中包括起停电机、故障复位。状态字包括运行/停止、总线/就地、故障、急停、合闸/分闸等信息。频率设定和频率反馈对应于变频器，电机电流、功率、故障代码对应于所有总线控制设备。故障代码是FCS较DCS优势之处，PLC通过总线读取故障代码后，可以对现场装置进行远方诊断，快速判断故障原因，排查故障。
4.上位机与PLC
上位机与PLC的通讯，采用DAServer作为接口，DAServer根据设定时间比如1000ms来读写需要与PLC交互的数据。上位机则是以事件形式读取接口中的数据。这些数据信息的读写，需要上位机进行解码及编码，以对应到特定位，实现PLC中控制字及状态字在上位机画面的显示。对于自成系统的如球磨机等设备，由于自身存在很完备的监控系统，通过通讯读取需要特别关注的参数以显示在画面中。如球磨机的油站、离合器、慢驱电机、主电机等的状态、报警等信息，轴瓦及定子温度、油压油流、振动等信息，陶瓷过滤机的循环泵、加酸泵、真空泵等相关信息。
5.上位机与服务器
上位机与PLC之间的通讯使得画面可以获得设备运行的实时数据。如若需要生产的历史数据或关键的性能指标，则需要从服务器中获得数据。各PLC设备将总线传输的与生产密切相关的设备数据存储到服务器，上位机利用ActiveFactory分析报表工具读取服务器的历史数据，以跟踪生产信息，并对信息进行分析、计算、处理，得到生产设备的历史曲线、台时、整机效率、耗电量、用水量等。工厂过程数据可视化后，管理人员能够在详细的数据趋势及信息基础上，采取行动优化生产过程。生成数据报表及设备管理报表，提高生产绩效。
6.总结
本文利用FCS(现场总线控制系统)中的Profibus-DP总线在工厂的实际应用，从现场设备、控制器、PLC、上位机以及服务器等方面，介绍了FCS对电气设备无扰切换控制及自动化设备管理的实现方法。
【参考文献】
【关键词】智能电网；柔流输电系统FACTS；统一潮流控制器UPFC
一、智能电网的背景
智能电网提出的技术与国家战略背景：“互联网”的普及、电子信息技术及计算机软件技术的飞速发展，大大推动了全球信息化进程。“地球村”、“数字地球”等概念逐渐体现了人类信息交流的时空跨越，速度与效率的倍增。
“物联网”应用趋势，建立人与物、物与物之间的联系，随着新一代互联网协议IPV6的部署，IP地址不再受限，为物联网扫除了网络容量的限制。
“智能电网”，电网设备的智能化、数字化与网络化为电网的信息化、互动化与自动化创造了条件。
中国最新定义为：统一坚强智能电网，（统一是前提，含统一规划、统一标准、统一建设；智能为感知、自律、自主、自愈、自学习、自适应、自调节、分析与决策，体现安全可靠、经济高效、清洁环保、灵活互动、友好开放）。
总之，智能化电力设备最终的技术要求将达到：测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化及信息互动化。
二、柔流输电系统FACTS及其控制器概述
1．FACTS功能和定义。建立在电力电子或其它静止型控制器基础之上的、能提高可控性和增大电力传。输能力的交流输电系统。FACTS代表一种灵活性更好的交流输电系统，有别于以往的交流输电系统；FACTS结构基础是电力电子器件与其它（如电容器、电抗器之类）无源元件的组合；FACTS的目的是要提高输电系统的可控性、保证电能质量，并能增强系统传输能力。
2．FACTS控制器的基本类型。并联型控制器分：静止同步补偿器、静止同步发生器、电池储能系统、超导磁能系统、超导磁能存储器、静止无功补偿器、晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、晶闸管投切电抗器、静止无功发生器或吸收器、静止无功系统、晶闸管控制的制动电阻器。串联型控制器分：静止同步串联补偿器、线间潮流控制器、晶闸管控制串联电容器、晶闸管投切串联电容器、晶闸管控制串联电抗器、晶闸管投切串联电抗器。串并联组合型控制器分：统一潮流控制器、晶闸管控制移向变压器，相间潮流控制器。其他控制器：晶闸管控制的电压限制器、晶闸管控制的电压调节器。
用于稳态运行的FACTS控制器有：（1）晶闸管控制移相器（PS）：此控制器是一种电子移相变压器，用晶闸管调节以提供一个迅速变化的相位。（2）有载调压器分接头（LTC）：如果分接头的变化是受晶闸管开关的控制，则LTC可以看作是一个FACTS得控制器。（3）晶闸管控制电抗器（TCR）：一种并联型的晶闸管相控电抗器，通过控制阀的导通时间，它的有效电抗可以连续变化。（4）晶闸管控制的串联电容器（TCSC）：此控制器由一个串联电容器组并上晶闸管相控电抗器。用以提供平稳变化的串联感性电抗。（5）相间功率控制器（IPC）：这是一种串联型的控制器，它的每一相由分别受独立移相电压幅值控制的感性和容性的支路组成，有功功率控制就是指独立设置或者有两个移相器和两个可变电抗器调谐设置，无功功率控制和有功功率无关。（6）静止同步补偿器（STATCOM）：这是一个同步的调相机，与交流系统并联，通过调整输出电流可以控制节点电压幅值或者母线中的无功功率大小。（7）静止同步串联补偿器
（SSSC）：与上一个STATCOM相似，但它与交流系统是串联的，通过调整输出电流可以控制节点电压的幅值或者串联变压器终端的无功功率大小。（8）统一潮流控制器（UPFC）：一个静止SSSC和一个静止同步补偿器通过共同的直流电容器连接在一起，构成了统一潮流控制器。UPFC通过相位不受限制的串联电压注入。可以同时或者选择性的控制输电线路的阻抗，节点电压幅值以及流经有功无功的潮流，他还可以独立的提供可控的并联无功功率的补偿。（9）静止无功补偿器（SVC）：是一种并联型的无功发送或者吸收器。（10）高压直流（HVDC）输电：由一个整流站和逆变站组成的控制器，整流站和逆变站通过背靠背方式或者通过直流电缆联接。
三、统一潮流控制器UPFC
1．UPFC的简单介绍。世界上第一台UPFC装置是美国电力公司（APE）、西屋公司（WESTING HOUSE）以及美国电力科学研究院（EPRI）于1998年在KENTUCKY东部的INZE变电站138KV高压输电线路上安装的UPFC系统，其串联部分即同步静止串联补偿器（SSSC）和并联部分即静止同步补偿器（STATCOM容量各为160MVA，合计320MVA，其中并联部分于1997年7月完成，串联部分SSSC于1998年6月投入运行。2003年5月韩国在kangjin变电站安装了额定容量80MVA的UPFC装置，该装置由40MVA的串联部分和40MVA的并联部分组成。
2．UPFC的提出和作用。统一潮流控制器（UPFC）的概念，最先是由L.Gyugyi等人于1992年提出的。国外对UPFC的研究较早，1998年世界上第一台装置，在美国地区的138KV的高压输电线路上的成功运行，足以说明UPFC的硬件实现是完全可行的，目前运行良好。而我国起步较晚，在1995年以后才开始研究。UPFC的基本思想是一种统一的可控硅控制装置，只需改变其控制规律，就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿、移相和端电压调节等4种基本功能，以及这些功能间的相互组合作用。UPFC既能在电力系统稳定方面实现潮流调节，合理控制有功功率、无功功率的流动，提高线路的输送能力，实现优化运行，又能在动态方面，通过快速无功吞吐，动态地支撑接入点的电压，提高系统电压稳定性，若适当控制，还可以改善系统阻尼，提高功角稳定性，内部可以没有无功功率流动。
3．UPFC基本原理。统一潮流控制器的系统结构整体上可以分为并联侧和串联侧两部分，这两个部分可以独立工作，如作为静止无功补偿器（STATCOM）、静止串联补偿器（SSSC）、可控移相器（TCPS），也可以结合三种功能综合控制输电线路的电抗、电压及相角差。
4．UPFC的工作方式。第一，并联部分。在统一潮流控制器中，并联变流器的工作原理是通过并联变压器与输电线路进行功率交换，从而实现有功传输及无功补偿。电流可分两部分考虑，即有功分量和无功分量。其中有功分量用来提供串联变流器所需要的有功功率；无功分量根据使用的目的分为两种情况：一是无功功率控制模式。在无功功率控制模式下，根据给定值感性或容性无功的需求，将其转化为无功电流的给定值，将给定值与电流实际值进行比较，将差值转化为电压作为并联变流器的输入信号。二是节点电压控制模式。在电压控制模式下，并联部分可以控制接入点的电压，使其维持在给定值。第二，串联部分。在统一潮流控制器中，串联变流器主要用来控制向电网注入电压的幅值和相角以改变线路的潮流分布，具体分为四种控制模式：一是直接电压注入模式。在这种工作模式下，UP
FC只产生给定的电压矢量，幅值和相角的大小可以任意给定。实际电压与给定进行比较，误差通过处理作为串联变流器的输入。二是输电线阻抗补偿模式。控制注入电压的幅值与输电线电流的幅值成比例，这样，从输电线上看，UPFC可等效为一个串联阻抗，即调节线路的阻抗，该阻抗可以是一个复阻抗。如果注入电压矢量与输电线电流矢量正交，就意味着对输电线进行感性或容性的补偿。因此，该工作模式可以用来配合已经存在的输电线串联电容补偿。三是相角调节模式。根据输入母线电压矢量控制注入电压矢量，但其大小满足以下要求，即使得输出电压偏移给定的角度，但幅值保持不变。同样将实际电压与给定进行比较，对误差进行处理后作为串联变流器的输入。四是潮流控制模式。在这种控制模式下，UPFC需独立地控制线路的有功和无功功率。实现原理是通过向线路注入一个适当的补偿电压同时使电路产生一个理想的电流向量，从而达到调节线路潮流的目的。其中串联变流器的给定值是线路希望达到的有功和无功功率传输能力，通过计算将传输功率转换为电流的给定值，将实际电流值经反馈与给定值比较，对误差进行处理后，得到串联变流器的输入控制值。这是传统的输电线补偿所不能做到的，它潮流规划和控制带来了很大的方便。同时也可以有效减少系统扰动带来的影响（如阻尼功率振荡）。第三，单独和并联方式。根据安装的要求，两个变流器可以分开独立运行，并联变流器及相应器件作为一个独立的静止同步补偿器（STAT
COM）运行，串联变流器及相应器件作为一个独立的静止同步串联补偿器（SSSC）运行。当工作在这两种状态时，两个变流器均不能产生或吸收有功功率，也就是说它们都只能作为无功补偿器使用。线路的功率仍然可以控制，但是有功功率和无功功率不能单独控制。根据安装要求，两个变流器也可以关联运行，UPFC的主要功能是通过串联变流器来调节线路的有功和无功，串联变流器所需的有功功率由并联变流器提供，而这一切必须通过中间的直流电容环节来实现。因此，控制直流电容上电压的稳定是UPFC关联运行时要解决的重要问题之一。
5．UPFC的安装地点。选取UPFC安装地点一般会考虑以下3个方面：考虑紧急控制有效程度；考虑稳态潮流控制；电力市场下的UPFC安装地点综合量化评价。
参 考 文 献
[1]章良栋，岑文辉，刘为．UPFC的模型及控制器研究[J]．电力系统自动化．1998（1）
[2]王锡凡．现代电力系统分析[M]．科学出版社，2003
[3]王华昕．柔性输电技术概论[M]．中国水利水电出版社，2012（2）
[4]陈芝奔，李康，王敏．UPFC在线路故障下对系统影响分析[J]．电气开关．2012（91）
[5]胡建军，崔勇霞，聂海滨．电力市场条件下的UPFC安装地点的综合定量化评价研究[J]．电气技术．2011（6）
[6]王晶，陈学允．UPFC对动态电能质量影响的分析研究[J]．电工技术学报．2004（19）
【关键词】无线传感器网络 组网 关键技术
微机电技术、数字信息处理技术、无线通信技术近年来发展迅速，集合了这三种学科技术的无线传感器网络也随之兴起。无线传感网络能够实现协同工作，能够长期、实时的监测各种待检测对象数据，其广泛的应用到了不同的领域中，对人们的生活有着重要的改变，基于以上，本文简要分析了无线传感器网络组网关键技术。
1 无线传感网器络的特点
数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心是无线传感网络三个重要的组成部分，无线传感器网络包括处理器模块、通信模块和传感器模块，三个模块的各个节点能够通过协议自行组成分布式的网络，之后将采集的数据进行优化，再通过无线电波传回到信息处理中心。无线传感器网络有着如下特点：
1.1 硬件资源有限
无线传感器网络节点采用的处理器和储存器为嵌入式的，这就使得计算机的存储能力受到限制，从而限制了其计算能力，影响了信息处理；
1.2 电池容量有限
为了能够更加真实、全面地对真实世界具体值进行测量，无线传感器网络各个节点在待测区域内分布十分密集，因此，每一个无线传感器网络节点都需要储备长期使用的能量，或者自行吸收外界的太阳能；
1.3 没有中心
无线传感器网络中的节点会构成对等式网络，这个网络没有指定的重心，节点能够随时随地的加入网络或离开网络，这依赖于动态拓扑结构，任一节点的故障不会影响对等式网络的运行，抗毁能力较强。此外，无线传感网络各个节点之间能够通过分布式算法进行均衡协调，即使在没有人值守的情况下也能够组织测量网络；
1.4 自组织
无线传感器网络中，网络的布设不需要依赖网络设备，各个节点能够通过分层协议和分布式算法自行组织网络，在开机之后就能够组成独立网络；
1.5 多跳路由
由于节点的通信能力不足，覆盖范围较小，因此节点只能实现短距离通信，多跳路由能够实现覆盖范围之外的节点间通信。
2 无线传感器网络组网关键技术分析
2.1 组网模式
2.1.1 扁平式
无线传感器网络中各个节点的功能定位相同，通过不同节点之间的写作来完成数据汇聚和交流的组网模式。
2.1.2 网状网式
这种模式主要是在传感器节点形成的网络上增加一层无线网络，传感器节点数据会收集到无线网络中，这种模式有效实现了节点之间的信息通信，并且能够在网内进行融合处理。
2.1.3 层次型组网模式
节点分为利用数据汇聚簇头节点和普通节点，普通传感节点能够将数据发送到簇头节点上，之后通过簇头节点将数据汇聚到后台。
2.1.4 移动汇聚模式
移动终端将目标区域内的数据进行收集，之后转发到后台。这种模式能够提高网络的容量，但移动汇聚节点的轨迹会一定程度影响数据传递的速度，因此在使用的过程中应当控制移动终端轨迹和速率。
2.2 链路控制和媒体访问技术
在无线传感器网络中经常会出现冲突问题和数据丢失问题，链路控制和媒体访问控制技术能够根据数据流状态来对临近节点进行控制，从而实现了对节点信道访问方式和顺序的控制，有效的降低了能后，扩大了容量，解决了冲突和数据丢失问题。需要注意的是，一些复杂环境下的短距离无线射频，较长距离下覆盖范围过渡临界区域宽度与通信距离的比值较大，这会导致链路的不稳定，因此媒体访问控制要充分考虑链路的特性。
2.3 路由、数据转发和跨层设计技术
无线传感器网络的数据流向与互联网相反，终端设备向网路提供信息，这就对无线传感网络的网络协议提出了特殊的要求。其中，节点信息的转发与数据流向的选择都是由跨层服务信息来完成的。后台互联网还会将人物信息传送给节点，这就要求在无线传感器网络中还要设计能量较高的数据分发协议。此外，网络编码技术能够有效的提升数据转发效率，其能够通过减少数据包转发次数来提升网络的转发效率和转发容量。
2.4 移动控制技术
就目前来看，无线传感器网络组织结构的模式逐渐由固定模式向移动模式转变，这就使得节点的移动控制变得越来越重要。节点的移动收集能够提升无线传感器网络的生命周期。在汇聚点移动的过程中，可以根据每一轮数据情况来分析下一轮能够最大程度延长网络生命周期汇聚点的具置，节点位置能够根据事件发生的频率进行自行移动，节点能够汇集在事件发生频率较大的地方，同时节点的移动控制还能够通过分担事件汇报任务的方式来延长网络的寿命。
2.5 拓扑控制技术
为了保证网络联通的同时信息能量的高校、稳定传输，在无线传感器网络中可以使用拓扑控制技术，拓扑控制技术主要分为时间控制技术、空间控制技术和逻辑控制技术：
2.5.1 时间控制技术
时间控制技术能够调度节点睡眠的开始时间和结束时间，控制节点睡眠、工作的占空比，这就能够实现节点的交替工作，能够在有限的拓扑结构间进行拓扑的切换；
2.5.2 空间控制技术
空间控制技术能够对节点的发送功率进行控制，从而实现节点联通区域的变化，无线传感器网络就会形成不同的联通状态，进而实现控制能耗、提升容量的目的；
2.5.3 逻辑控制技术
逻辑控制技术能够通过邻居表排除不符合要求的节点，这就帮助无线传感器网络形成稳固、可靠的拓扑结构。
3 结论
综上所述，无线传感器网络是一项有潜力改变人们未来生活的重要技术，就目前的科学技术水平而言，无线传感器网络还存在着许多不足之处，受限于通信技术、成本过高、能量供应不足、网络结构不合理、容量小等因素，无线传感器网络还未能够大量的投入使用，但需要明确的是，无线传感网络中的各项关键技术都有着重要的功能，其有着很大的潜力帮助人们实现更准确的信息获取与处理。
参考文献
