基于IPv6的無線高原凍土監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：設(shè)計了一種新型的高原凍土監(jiān)測系統(tǒng)。采用ARM7內(nèi)核的MCU進(jìn)行控制，并基于IPv6協(xié)議利用IPv6技術(shù)和GPRS技術(shù)相結(jié)合的方式，建立了可自組網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對指定區(qū)域環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)使用了多個土壤水分傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、氮氣傳感器對高原凍土環(huán)境進(jìn)行全方位實時觀測。各監(jiān)測點將數(shù)據(jù)通過基于IPv6的無線網(wǎng)絡(luò)傳送給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心。監(jiān)控中心可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，更好地指導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)工作。
關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；IPv6；GPRS

引言
在青藏高原腹地的凍土區(qū)域開展凍土區(qū)氣象、凍土變化以及工程建筑物穩(wěn)定性的監(jiān)測，獲取的基本數(shù)據(jù)被用來建立數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)的整理分析是必要的。但在高原地區(qū)獲取的這些資料若以人工方式取得，代價高昂。本系統(tǒng)利用了微控制器(MCU)技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GSM／GPRS移動通信技術(shù)以及IPv6技術(shù)。采用IPv6技術(shù)可以讓一個網(wǎng)絡(luò)支持更多的傳感器，這樣可以大幅減少匯聚節(jié)點的數(shù)目，以降低系統(tǒng)成本。

1 無線高原凍土監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)
高原凍土監(jiān)測系統(tǒng)主要對土壤濕度、溫度、二氧化碳的濃度和氮氣濃度進(jìn)行檢測。土壤濕度傳感器對地表以下20 cm的土壤濕度進(jìn)行監(jiān)測；溫度傳感器對凍土溫度進(jìn)行監(jiān)測；二氧化碳濃度和氮氣濃度對高原的大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。四種傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過無線傳感器節(jié)點和IPv6網(wǎng)絡(luò)匯聚到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點再將數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控中心。

基于IPv6的無線高原凍土信息監(jiān)測系統(tǒng)主要由3部分組成：無線傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和監(jiān)控中心。無線高原凍土信息監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 無線高原凍土監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
2．1 無線傳感器節(jié)點設(shè)計
無線傳感器節(jié)點是傳感器的直接載體，主要放置在野外。節(jié)點傳感器輸出的模擬信號經(jīng)A／D采樣后，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給匯聚節(jié)點，無線傳感器節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2．1．1 低功耗和系統(tǒng)供電設(shè)計
無線傳感器節(jié)點采用電池供電，沒有外部直流電源，并且對節(jié)點大小有一定要求，故必須選用高集成度、低功耗的芯片。設(shè)計采用飛思卡爾公司的MC13224集成片上系統(tǒng)。MC13224是飛思卡爾公司設(shè)計生產(chǎn)的基于IEEE 802．15．4協(xié)議的低功耗高性能片上系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了32位ARM7TDMI-S微控制器內(nèi)核、2．4 GHz IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)射頻收發(fā)器、2個8通道12位ADC，4個16位定時器等。只需少許的外部器件便可實現(xiàn)一個完整的信號采集和收發(fā)系統(tǒng)。