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>状态下，设置开发板IP，其命令为：ifconfigip192.168.1.115。

（2）设置tftp服务器的IP（启动tftp服务器的主机），其命令为：ifconfig server192.168.1.85。

（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 flash 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*__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：

typedefstruct{

inttowarn；

intwarncounter；

charwarnmsg[128]；

}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_read（）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，QlistView，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、成本低、智能化程度高等特点。相信随着科学技术的进一步发展，无线传感监控网络的设计可以得到不断的完善，这对拓宽系统的应用范围具有重要影响。

参考文献：

[1] 蔡雪佳；李旭；邓枫.基于无线传感网的嵌入式远程监控系统研究[J].现代电子技术.2011年第16期

[2] 李栋；秦宁宁；徐保国.基于无线传感器网络的嵌入式温室监控系统[J].仪表技术与传感器.2009年第05期