【文章內容簡介】 聽，直到信道空閑為止。若沒有監(jiān)聽到任何信號，就傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候繼續(xù)監(jiān)聽，如發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法，隨機等待一段時間后，重新執(zhí)行步驟 1（當沖突發(fā)生時，涉及沖突的計算機會發(fā)送會返回到監(jiān)聽信道狀態(tài)。注意：每臺計算機一次只允許發(fā)送一個包，一個擁塞序列，以警告所有的節(jié)點）若未發(fā)現(xiàn)沖突則發(fā)送成功，所有計算機在試圖再一次發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須在最近一次發(fā)送后等待 微秒（以 10Mbps 運行） 。12第三章 基于 WSN 的偵察與監(jiān)控系統(tǒng)本設計依托是全國大學生創(chuàng)新訓練項目“基于 WSN 的偵察與監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)”開展的一個子課題，基于 WSN 的偵察與監(jiān)控系統(tǒng)一個硬件制作和軟件編程結合的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，在硬件方面主要是完成了匯聚節(jié)點板、傳感器節(jié)點板、電池板、溫度傳感器、震動傳感器、人體紅外傳感器、溫度傳感器的電路設計和制作。軟件編程方面完成了本地監(jiān)控軟件和遠程監(jiān)控預警軟件的設計。167。 基于 WSN 的偵察與監(jiān)控系統(tǒng)設計圖 無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)控平臺系統(tǒng)結構圖本系統(tǒng)由各類傳感器節(jié)點感應戰(zhàn)場環(huán)境，通過無線傳感器網(wǎng)絡將感應的數(shù)據(jù)回傳，通過計算機對傳感器數(shù)據(jù)的實時處理，以及開發(fā)的應用軟件，實現(xiàn)了本地和遠程同時對戰(zhàn)場環(huán)境的實時監(jiān)測。本系統(tǒng)是一個完整的傳感器網(wǎng)絡，由 4 個采集節(jié)點、1 個匯聚節(jié)點、1 個便于用戶查看和控制的上位機以及局域網(wǎng)內遠程用戶終端組成。系統(tǒng)結構如圖 所示。采集節(jié)點用于對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的預處理，同時承當數(shù)據(jù)的路由轉發(fā)功能；匯聚節(jié)點負責整個網(wǎng)絡的開啟和維護，向采集節(jié)點發(fā)送命令，收集節(jié)點的數(shù)據(jù)以及和 PC 的串口通信；上位機是數(shù)據(jù)收集的終端設備，并且可以根據(jù)用戶的需要對節(jié)點的采集時間間隔、休眠時間間隔、傳感器的開關進行相應設置，上位機程序分為了本地程序和遠程程序。本地程序主要將串口數(shù)據(jù)讀出來放進13Access 數(shù)據(jù)庫，在本地進行分析處理，然后將結果顯示在可視化界面上，并將Access 數(shù)據(jù)庫升遷至 SQL Server 數(shù)據(jù)庫。遠程程序主要是通過局域網(wǎng)遠程訪問SQL Server 數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)，在遠程計算機上實時更新監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)預警值設置進行彈出圖片窗口達到遠程預警的目的。167。 節(jié)點的硬件系統(tǒng)圖 傳感器網(wǎng)絡硬件架構圖 為 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的硬件系統(tǒng)總體框圖，該系統(tǒng)由CC2530 器件模塊和無線收發(fā)模塊組成。CC2530 射頻器件模塊由 CC2530 器件和相關外圍電路構成。CC2530 內部集成有無線收發(fā)器和 8051 內核，可以簡化電路設計，在單片機和無線收發(fā)器之間不加接口電路就能夠進行通信，經(jīng)實際測量發(fā)現(xiàn)，兩個網(wǎng)絡節(jié)點在空曠地面的通信距離是 10～75 m，如果這個距離不能滿足應用需要，可以在 CC2530 器件與天線之間加一級接口電路即無線收發(fā)模塊，用來放大接收和發(fā)送信息的功率，從而加大數(shù)據(jù)傳送距離。為降低各個模塊的連接復雜程度，同時適應現(xiàn)代的電腦通信習慣，本設計在硬件允許的情況下將各個模塊進行優(yōu)化融合設計，實現(xiàn)了節(jié)點與電腦的 USB 通信，模塊簡單化的連接，傳感器通用化的接口，只需采取不同的智能傳感器即能完成特定功能。14167。 偵查與監(jiān)控系統(tǒng)本地監(jiān)控軟件系統(tǒng)本地監(jiān)控軟件以 Windows 7 為操作系統(tǒng)平臺，采用 C語言在 Visual Studio 2022 .NET 環(huán)境下編寫完成的，并且集成了大量實用的類庫。本系統(tǒng)上位機部分主要使用 Serial Port 類和 Thread 類進行串口通信還有多線程編程。167。 本地監(jiān)控軟件功能設計本地監(jiān)控軟件的應用數(shù)據(jù)功能和管理控制功能分別通過顯示窗口和設置窗口實現(xiàn)，顯示窗口分為地圖監(jiān)控、即時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡結構四個界面。本地監(jiān)控軟件功能結構圖 所示。圖 上位機軟件功能結構圖軟件各項功能設計要求如下：①地圖監(jiān)控功能應實現(xiàn)顯示節(jié)點在地圖中的位置，并實時監(jiān)測節(jié)點的狀態(tài)，通過控制節(jié)點圖標的亮、滅，判斷節(jié)點是否加入網(wǎng)絡等。②即時監(jiān)控應實現(xiàn)實時顯示節(jié)點運行情況和節(jié)點數(shù)據(jù)，節(jié)點信息經(jīng)過串口發(fā)送 pc 解碼后在窗口顯示，并提供報警記錄查看，即查看數(shù)據(jù)庫中超出給定范圍的數(shù)據(jù)。③數(shù)據(jù)分析應實現(xiàn)選擇不同的節(jié)點，將節(jié)點數(shù)據(jù)以表格和圖表的形式展現(xiàn)，通過圖表的展示，更能直觀的掌握數(shù)據(jù)的變化情況；圖表顯示是將每次接受到的解碼信息在坐標軸上描出，最終觀察所描數(shù)據(jù)點的變化情況，此外，界面還提供15歷史數(shù)據(jù)查詢功能，輸入時間信息即可調取數(shù)據(jù)庫中的歷史信息。④網(wǎng)絡結構顯示應實現(xiàn)顯示節(jié)點組網(wǎng)拓撲結構。⑤設置窗口應實現(xiàn)可提供傳感器設置、服務器設置、系統(tǒng)設置等功能。⑥傳感器設置應實現(xiàn)根據(jù)測試需要，對各種傳感器的參數(shù)進行設置。傳感器數(shù)據(jù)的解碼是根據(jù)公式 Y=AX2+BX+C 進行計算的，Y 是解碼后的傳感器值，X是原始值，通過設置參數(shù) A、B、C 可實現(xiàn)不同的解碼算法，另外還可設置各個節(jié)點的最大值與最小值，調整監(jiān)測范圍。167。 本地數(shù)據(jù)庫設計本地監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)庫采用 Access 2022 數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中主要需要兩種類型數(shù)據(jù)表，一個是用于地圖監(jiān)控功能讀取數(shù)據(jù)的節(jié)點信息數(shù)據(jù)表（tnode 數(shù)據(jù)表） ，兩個是用于記錄單個傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)的單個傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)包（tdata****數(shù)據(jù)表） 。要求節(jié)點信息數(shù)據(jù)表包括：nID 、nodeID 、typeID、nodeName、atatus 、posX 、posY、lastUpdat、lastRecet、areaID 等項。要求單個傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)表包含：dataID、 receiveTime、nodeID、傳感器數(shù)據(jù)等項。數(shù)據(jù)從串口傳輸?shù)?PC，監(jiān)控軟件從 PC 串口讀取數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)幀結構進行數(shù)據(jù)分析得到數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在監(jiān)控軟件界面顯示的同時將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫從串口讀取數(shù)據(jù)后，按照通信協(xié)議，將收到的數(shù)據(jù)分析析，再在數(shù)據(jù)庫里生成相應的數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)表設計如圖 、圖 所示。圖 節(jié)點信息數(shù)據(jù)表16圖 單個傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)表17第四章 遠程傳輸方案實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡是通過與 PC 連接的，而現(xiàn)在的網(wǎng)絡技術已經(jīng)十分成熟，所以有許多網(wǎng)絡技術途徑都能夠實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的遠程傳輸。167。 數(shù)據(jù)遠程傳輸方案的論證在本設計選擇方案論證過程中主要挑選了三種備選遠程傳輸方案進行對比，一是開發(fā)基于移動蜂窩網(wǎng)絡的 Andrew 系統(tǒng)無線終端網(wǎng)絡應用；二是開發(fā)基于Windows Qt 系統(tǒng)的 ARM 平臺的 WiFi 技術傳輸方案；三是在運行 Windows 7 系統(tǒng)的 PC 上使用 SQL Server 遠程訪問本地終端數(shù)據(jù)庫。通過論證三種方案的可行性都十分高，谷歌公司的 Andrew 系統(tǒng)集成了許多網(wǎng)絡傳輸和網(wǎng)頁訪問功能都能夠完成無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的遠程傳輸；ARM 平臺可以 S3C6410 芯片與無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點直接進行串口通信，再通過WiFi 模塊進行網(wǎng)絡通信完成無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的遠程通信；SQL Server 遠程訪問服務器方案具有技術成熟、開發(fā)簡單、參考實例多、傳輸數(shù)據(jù)量大、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。因為設計目的是應用在軍事領域，為了提高保密性和可靠性最終選擇SQL Server 遠程訪問服務器方案，縮短開發(fā)周期也是選取此方案的一個重要因素。167。 遠程監(jiān)控預警軟件設計要求基于 WSN 偵察與監(jiān)控遠程監(jiān)控預警軟件在 VS2022 平臺上用 C語言編寫，主要實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)的遠程發(fā)送和在遠程終端對數(shù)據(jù)的監(jiān)控。此外本軟件可以通過預設閾值，根據(jù)傳感器節(jié)點監(jiān)控的數(shù)據(jù)對于戰(zhàn)場情況進行初步的判定，以實現(xiàn)遠程預警功能。基于 WSN 偵察與監(jiān)控系統(tǒng)遠程監(jiān)控預警軟件在本設計中擔負了無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的遠程傳輸與人機交互任務，主要采取的是以太網(wǎng)遠程訪問遠程服務器數(shù)據(jù)庫的形式來完成此功能的。18軟件主要要求具備下功能特點：（1）軟件具有良好的人機界面。（2）簡潔明了的數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控功能。（3）方便的各節(jié)點數(shù)據(jù)分類顯示。(4)定時更新數(shù)據(jù)庫，合理的數(shù)據(jù)更新間隔減輕系統(tǒng)工作壓力，即時監(jiān)控戰(zhàn)場態(tài)勢。（5）圖片遠程預警，警示值班員戰(zhàn)場變化。（6）串行口數(shù)據(jù)自動接收，自動分析，自動處理，無需人工干預。（7）可以自定義數(shù)據(jù)來源，隨意選擇數(shù)據(jù)庫，靈活方便，兼容性好。（8）通過閾值設定，智能判斷戰(zhàn)場情況，為決策提供參考。167。 遠程監(jiān)控與遠程預警功能設計思路本設計中無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的遠程傳輸和遠程預警功能主要是通過無線傳感器網(wǎng)絡遠程監(jiān)控預警軟件實現(xiàn)的，為了完成以上兩個各功能，在開發(fā)過程中主要為軟件設計了遠程監(jiān)控窗口（如圖 ） 、后臺設置窗口（如圖 ）和遠程預警彈圖窗口（如圖 ）三個窗體，設計界面簡潔明了，使用人員易學易懂、操作方便。圖 遠程監(jiān)控窗口19圖 后臺設置窗口圖 遠程預警彈圖窗口 數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控功能設計思路數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控功能主要是通過設置數(shù)據(jù)庫連接，遠程訪問 SQL Server 服務器中目標數(shù)據(jù)庫，通過單擊傳感器類型選擇按鈕促發(fā)事件，讀取目標 SQL Server 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，將讀取的數(shù)據(jù)列表顯示在顯示窗體內。 遠程預警功能設計思路遠程預警功能是通過創(chuàng)建判斷規(guī)則，不同的規(guī)則通過處理綜合處理不同類型傳感器傳回的數(shù)據(jù)判斷戰(zhàn)場可能出現(xiàn)的情況，根據(jù)規(guī)則中操作人員對傳感器閾值20的設置，系統(tǒng)會對無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行初步的邏輯判斷，如果符合設置規(guī)則條件，系統(tǒng)將自動彈出圖片窗口警示執(zhí)勤人員。遠程監(jiān)控預警軟件主要功能：（1）遠程監(jiān)控，通過圖形界面操作，執(zhí)勤者既可以選擇監(jiān)控所有節(jié)點最新數(shù)據(jù)信息，也可以選擇監(jiān)控單個傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)信息。（2）預警值設置，對既有的傳感器節(jié)點采集值進行閾值設置，系統(tǒng)自動分析初判戰(zhàn)場可能出現(xiàn)的情況。（3）數(shù)據(jù)庫連接設置，靈活自由的設置數(shù)據(jù)來源，一個遠程終端可以隨時選擇監(jiān)控的對象，節(jié)約資源，增強系統(tǒng)實用價值。（4）遠程預警，根據(jù)預警值設置分析，自動彈出相關圖片，給執(zhí)勤人員警示作用，提示其采取相應措施，作出相應決策。軟件功能結構圖 所示。圖 軟件功能結構圖167。 遠程監(jiān)控預警軟件開發(fā)平臺根據(jù)方案要求，遠程監(jiān)控預警軟件的實現(xiàn)需要在本地監(jiān)控軟件將從串口讀取數(shù)據(jù)進行處理、分析和顯示等操作同時，遠程的用戶終端通過 SQL server 遠程訪問由本地監(jiān)控軟件 Access 數(shù)據(jù)庫升遷到 SQL Server 的數(shù)據(jù)庫（好不通順?。?，將讀取的數(shù)據(jù)在遠程監(jiān)控預警軟件界面上列表顯示，并根據(jù)用戶預先設置的閾值判斷戰(zhàn)場可能正在發(fā)生的事件，并當監(jiān)控到的數(shù)據(jù)符合閾值設置要求時彈出圖片警示執(zhí)勤人員。21167。 開發(fā)工具的選擇因為在實際應用中無線傳感器網(wǎng)絡直接本地終端連接，依靠本地終端打開串口從而實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡與 PC 間的串口通信，所以遠程終端要獲取無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)相應本地終端操作人員進行操作。本系統(tǒng)中遠程終端獲取的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)來源于本地終端的本地監(jiān)控軟件，采用此方案有利于降低開發(fā)難度，簡化了本地終端使用人員的操作。在開發(fā)過程中，由于本地監(jiān)控軟件和遠程監(jiān)控預警軟件是獨立開發(fā)的，使用本地監(jiān)控軟件開發(fā)人員選用了操作簡單、功能強大、兼容性和拓展性非常好的 Microsoft Office Access 2022 數(shù)據(jù)庫。但是由于 Access 數(shù)據(jù)庫遠程訪問功能不能滿足系統(tǒng)性能要求，所以選擇了Microsoft SQL Server 2022 數(shù)據(jù)庫完成遠程終端對本地終端的遠程訪問。通過Microsoft Office Access 2022 軟件集成的升遷功能， 實現(xiàn) Access 數(shù)據(jù)庫與 SQL Server 數(shù)據(jù)庫的連接和數(shù)據(jù)的同步更新。在人機交互界面設計中采用 C語言編程，在 Microsoft 公司的 Visual Studio2022 平臺中進行開發(fā)，Visual Studio2022 可以與 Microsoft Office Access 2022 數(shù)據(jù)庫和 Microsoft SQL Server 2022 數(shù)據(jù)庫相互間良好兼容。167。 開發(fā)工具概述1）Visual Studio2022 簡介VS2022 引入了 250 多個新特性，整合了對象、關系型數(shù)據(jù)、XML 的訪問方式，語言更加簡潔。使用 Visual Studio 2022 可以高效開發(fā) Windows 應用程序。設計器中可以實時反映變更，XAML 中智能感知功能可以提高開發(fā)效率。同時Visual Studio 2022 支持項目模板、調試器和部署程序。新版 VS 的開發(fā)界面分為兩個版本：整合模式和孤立模式，分別對基于語言的開發(fā)和基于特別工具的開發(fā)作了優(yōu)化。并將 Iron Python 引入了 Visual Studio，該界面將在 Visual Studio 2022 的 Beta2 版本中出現(xiàn)。Visual Studio 2022 在三個方面為開發(fā)人員提供了關鍵改進：快速的應用程序開發(fā)、高效的團隊協(xié)作、突破22性的用戶體驗。Visual Studio 2022 提供了高級開發(fā)工具、調試功能、數(shù)據(jù)庫功能和創(chuàng)新功能，幫助在各種平臺上快速創(chuàng)建當前最先進的應用程序。開發(fā)人員能夠利用這些豐富的客戶端和服務器端框架輕松構建以客戶為中心的 Web 應用程序，這些應用程序可以集成任何后端數(shù)據(jù)提供程序、在任何當前瀏覽器內運行并完全訪問 ASP .NET 應用程序服務 和 Microsoft 平臺。Visual Studio 2022 還使開發(fā)人員能夠從同一開發(fā)環(huán)境內創(chuàng)建面向多個 .NET Framework 版本的應用程序。開發(fā)人員能夠構建面向 .NET Framework 、 或 的應用程序，意味他們可以在同一環(huán)境中支持各種各樣的項目為了幫助開發(fā)人員迅速創(chuàng)