无线传感监控网络嵌入式设计研究

1、    无线传感监控网络嵌入式设计研究    周怡【摘 要】无线传感器网络是计算机科学领域的重要组成部分，在生活、工业等领域的应用范围也逐渐扩大。本文结合笔者多年的实践经验，重点探讨了无线传感监控网络嵌入式设计的研究工作，实现了系统从信息采集到告警的整个过程，为类似的设计工作提供借鉴意义。【关键词】无线传感器网络；嵌入式；监控中心；模块设计随着我国社会经济建设步伐的加快，人们的物质生活水平得到不断的提高，许多现代人们对于医疗等服务性行业的实时性、灵活性、智能化及人性化的要求越来越高，这无疑加快了医疗等服务行业内部系统的升级及改造。无线传感器网络是计算机科

2、学领域非常活动的一个研究分支，在民用和军事方面有着广泛的应用，目前也受到业界人士的高度关注。无线传感器网络具有低功耗、低成本、分布式和自组织等特点，其综合了传感器技术、嵌入式技术、现代网络、无线通信及分布式信息处理技术，可以不受时间、地点和环境的限制，以最快的速度获取大量详尽而可靠的信息，有效降低了工作人员的工作量、提高了工作效率。本文通过探讨无线传感监控网络嵌入式设计的研究工作，提出一些个人见解，希望可以进一步拓宽无线传感器网络的应用范围。1.系统分析基于无线传感网监控系统是以up-cups2410硬件平台为基础，以linux操作系统为核心，通过arm9平台同无线传感器网络的结合完成个人生理

3、特征数据的采集、传输和处理，最终达到远距离无线智能监控的实现，使医疗监控系统实现实时性、人性化、智能化。系统是基于arm9开发平台的一项综合技术，结合liunx嵌入式操作系统，利用程序对所接收的数据进行处理与分析。用户端采集好信息后，可以利用无线传感器传到中央监控系统；中央监控系统能正确接收信息，并做处理（比较，保存）。2.软件设计与实现本监控系统的核心功能都采用应用软件实现，该系统所涉及的应用软件模块如图1所示：图1 系统软件的逻辑框图其中，各种驱动程序包括usb串口驱动、触摸屏驱动、鼠标驱动、文件驱动等负责和具体的硬件交互，为上层提供硬件抽象层；linux内核负责任务调度、中断处理等操作系

4、统核心功能，为应用程序提供api调用接口。这两层主要都在linux操作系统中实现，其中usb串口驱动并没有在up-cups2410标准发布版中提供，在实现的时候重新编译了usb串口驱动并集成到linux内核中。数据采集模块、数据存储模块、告警模块以及用户gui都是应用层程序，是系统实现的核心，其中数据存储模块将采集来的数据存入日志文档中，后期可将数据存入数据库中，下面将重点介绍usb串口驱动模块、数据采集模块、告警模块、用户界面模块的软件设计。2.1 usb串口驱动模块设计无线传感器网络的sink节点只提供usb接口，而up-cups2410开发箱linux标准版中并没有提供此驱动，因此需要对

5、内核重新配置和编译。2.1.1 内核配置进入linux内核所在目录，然后执行make menuconfig，进入内核编译菜单，在内核配置菜单中选择ftdiusb接口，驱动采用集成进内核的方法，这样就可以在插入usb接口的时候可以自动加载其驱动。2.1.2 内核编译在内核配置修改完成后，就可以进行内核的编译，分别执行make clean；make dep；make zimage三个命令，最终生成zimage内核文件。将重新生成的内核文件烧写进开发板，参考步骤如下：（1）并用串口线连接pc和2410-cl，打开超级终端，先按住pc机“back space”键，然后启动2410-cl，进入vivi&

6、gt;状态下，设置开发板ip，其命令为：ifconfigip15。（2）设置tftp服务器的ip（启动tftp服务器的主机），其命令为：ifconfig server5。（3）保存ip设置：其命令为：ifconfig save。（4）windows平台下tftp服务的配置：双击“d：bootloader”目录下的tftpd32.exe文件，对windows下的tftp服务进行配置。（5）在vivi状态下，输入烧写内核的命令为：tftp flash kernel zimage。（6）烧写根文件系统，在vivi状态下，输入烧写根文件的命令为：ftp fl

7、ash root root.cramfs。2.2 数据采集模块信息采集模块采集的温度、脉搏等信号，利用无线传感器网络最终到达sink节点，监护中心终端模块同sink节点以usb接口连接，但在系统内部usb接口会映射为串口，因此数据采集模块就可以直接访问对应的串口而取得所采集的数据。本设计使用多线程来完成串口的收发处理，传感器每隔三秒会通过串口发送一次数据。所涉及到的线程函数主要有：线程创建函数：int pthread_create（pthread_t*thread_id，_const pthread_attr_t*_attr，void*（*_start_routine）（void*），void

8、*_restrict_arg）线程退出函数：voidpthread_exit（void*_retval）等待指定的线程结束：int pthread_join（pthread_t_th，void*_thread_return）2.3 告警模块当监测到有超标数据时，即可以在监护终端的界面上进行实时报警显示，也可及时地触发gprs功能的短信业务，将出现的报警信息实时地发送到提前指定的手机上。下面分别介绍界面告警和短信告警的实现。2.3.1告警界面设计告警模块从数据采集模块实时得到任意节点采集的体征数据，当某些数据数值超过设定门限时，告警模块在用户界面上进行告警提示。论文设计实现了体温的告警，即当某节

9、点的体温超过37.5度时，系统会记录该时刻温度数值，并在界面上报警。这一模块是采用qt界面构架，用c+及qt结合编程，warning（）函数实现，在myform1.h中定义有关告警的参数如下：typedefstructinttowarn；intwarncounter；charwarnmsg128；str_warn；采用qt编程，告警界面用的是qlistbox类，用到的头文件有。2.3.2 短信告警使用gprs的短信业务，在各个节点出现超过所设门限值时，自动触发gprs的功能，将出现的报警信息实时地发送到提前指定的手机上，让监护人第一时间得到病人信息。可以更方便地做到监护。此处调用gprs_re

10、ad（）函数调用gprs模块，用gprs_init（）初始化gprs各个参数，调用gprs_msg（）函数发送短信。2.4 用户界面模块用户界面是用户同系统的接口，是用户使用系统的重要手段。本系统采用qt2.3.2版本实现用户界面。其中需要用到qt本身的类，本次用的类有qlist-viewitem，qlistbox，qtime，qdate，qmessagebox，qinput-dialog，qgridlayout，qlineedit，qpushbutton，class qv-boxlayout，qhboxlayout，qframe，qlcdnumber，qlabel，qlistboxite，q

11、listview，qlistviewitem，qpushbutton，qtab-widget，qwidget。用到相关qt的头文件有qmessagebox.h，qlistbox.h，qstring.h，qapplication.h，qlistview.h，qlcdnumber.h，qdatetime.h，qinputdialog.h，qpushbutton.h，qlabel.h，qvariant.h，qdialog.h，qvariant.h，qwizard.h，qlineedit.h。设计的槽位有slot_start（），slot_close（），slot_stop（），slot_set（），slot_tele（），showtime（），stopdate（），loginclick（），exitclick（）。具体的界面主要包括登录界面、数据查看界面、告警界面等。用户如果想使用系统，则必须是合法用户，因此系统在运行时必须先输入账号和密码，系统验证用户的合法性，如果用户账号和密码正确则允许登录，否则将不能使用本系统。3. 结束语通过探讨无线传感监控网络嵌入式设计的研究工作可知，该系统设计从系统上来说是比较完整的，实现了信息收集到告警的全过程，并凸显出系统安全性高、