在整个硬件平台的设计中,节能是一个重要因素,它决定着传感器网络的寿命。当节点目前没有传感任务并且不需要为其他节点转发数据时,关闭节点的无线通信模块、数据采集模块等以节省能耗,即让其置于睡眠状态。为控制子节点选择合适的地点,提供较充足的能源,以便延长节点使用寿命,提高监测预警系统有效性。在软件设计上,通过动态电源管理(Dy-namic Power Management,DPM)技术使系统各个部分都运行在节能模式。在关闭空闲模块状态下,传感器节点或其他部分将被关闭或者处于低功耗状态,直到有“感兴趣”的事件发生。
2 应用实例
2.1 应用背景
清泉路滑坡为袁家蹬潜在滑坡的组成部分(见图3),位于袁家蹬潜在滑坡的前部,滑坡段北部位于长江左岸大溪沟右岸、东北部位于长江左岸河漫滩。清泉路滑坡外形似梨形,坐落在长江第一、二级阶地上;袁家蹬潜在滑坡体(包括清泉路滑坡)形似肾形,坐落在长江第一至第三级阶地上,西侧与长堰塘滑坡相邻。由于滑坡为大型松散堆积层滑坡,三峡水库正常蓄水运行后,滑坡前缘大部分将被水淹没,清泉路滑坡80%位于库区水位变动带,局部及整体失稳的可能性大。从滑坡变形机制可以推断清泉路滑坡为两滑动的松散土体滑坡,具有两级滑动面(见图4)。滑坡预警的确定是监测滑坡的重要内容,也为治理滑坡提供了数据分析。
由于监测信息的实时采集、传输和处理均与节点密不可分,所以着重介绍节点的软硬件设计。
2.2 硬件系统设计
2.2.1 无线收发单元
采用SRWF-501-50型微功率无线数传模块,该无线通信模块具有很强的抗干扰能力,全透明传输,体积小,传输距离远,低功耗及休眠功能。
2.2.2 MCU控制单元(AT89C52)
数据处理模块是传感器网络节点的核心部分,一方面接收来自传感器的测量数据,按要求对数据进行处理和计算等,交给通信模块发送;另一方面读取通信模块送入的数据信息,对硬件平台其他模块的操作进行控制。
2.2.3 数据采集模块
传感器采用倾角传感器和液位传感器,每个孔洞都会在最下端部署一个液位传感器,在不同深度部署数个倾角传感器,通过倾角传感器可以监测山体的运动状况,液位传感器采集地下水位深度的数据,图5给出无线传感器节点电路构成框图。
2.2.4 后台监控单元(嵌入式系统)
处理器模块的CPU采用三星公司的基于ARM7的S3C4480微控制器,在ARM中移植了μCOS-Ⅱ实时多任务操作系统,以进行实时多任务管理。对于共享同一种资源会存在资源竞争的问题,系统中采用了事件标志和信号量的方法来实现同步机制,使得原子操作不需要关掉所有的中断,从而不会造成系统的响应延迟。