手持智能化无线传感网信息管理平台设计

【摘 要】本文针对目前传感器网络管理与监测平台大多数以PC为主，提出设计了一种以ARM11芯片，Android2.3嵌入式操作系统为核心的手持智能化无线传感网监控平台，该平台体积小，重量轻，可同时对多个传感器节点进行监控，并结合GPRS网络，Internet网络，实现了对各传感器节点的智能化管理和操作。

【关键词】手持设备；智能化；无线传感网

0 引言

无线传感器网络作为一个新兴领域，近年来受到了社会的普遍关注。其以用来感知客观物理世界，获取物理世界的信息量为核心，管理与监测无线传感网应用平台大多数以PC机作为平台基础，其运行稳定，管理的传感器节点多，处理的数据量大，适合于大型无线传感器网络的管理，同时能与Internet网相连，能方便的对传感网节点进行远程监控，但是其体积大，移动性差，操作复杂，不利于满足移动化管理网络的需求。

本文设计的手持智能化无线传感器管理平台，体积小，易于携带，操作简单，具有同时管理多种传感器网络（现已实现对IEEE802.15.4e协议栈和IEEE802.15.6协议栈的管理），同时也能通过GPRS，WIFI与Internet网络连接，在紧急情况时，拥有智能处理功能，满足了网络控制移动化，实时性，可靠性的要求。

1 总体平台设计

如图1所示，整个手持智能化无线传感网平台主要由底层无线传感器模块，核心是无线传感网智能终端，上层为各种终端设备组成。

底层的无线传感器模块，主要选择发送频率2.4GHz，发送内容符合IEEE802.15.4E，IEEE802.15.6等无线协议标准的模块，其目的是传感器采集各种环境数据，并按照协议标准发送到智能终端的无线传感网接口。

中间层的无线传感网智能终端是整个系统的核心，它可以分为无线传感网接口，应用层，智能决策层三个层次组成，且整个平台软件核心是基于Android系统。无线传感网接口（现已实现与IEEE802.15.6协议栈和IEEE802.15.4E对接）主要是连接底层传感网，为管理整个传感网提供接口，其实现可分为硬件和软件两部分，硬件上对传感网模块的集成，软件上调试传感器模块驱动，并保证传感网数据的上行，下行稳定。应用层功能是实时显示各传感器节点数据，为管理整个传感网提供人机交互接口，存储无线传感器节点数据，分析各传感器网络节点数据等。而智能决策层是根据无线传感器网络在紧急状况下，人不能及时对传感器网络进行控制，而导致严重的后果，如在体域网系统中，用户因为身体健康问题而丧失了行为能力，这时智能决策功能就对用户尤其重要，当无线传感网智能终端监测到由无线传感器节点上传的信息之后，就会显示报警，如用户长时间未回应，智能终端就会通过短信或电话的方式向用户家属，相关医疗机构报警。同时跟据google地图，对用户地点进行定位，以便减少援救的时间。

上层是其他的终端设备平台，如智能手机，PC机，网络服务器等，无线传感网智能终端通过WIFI和GPRS网络与其相连，设计的目的是将无线传感网的数据能够与外界进行共享，外界可以访问由智能终端上传的数据，同时外界也可以通过智能终端对整个无线传感网进行管理。

2 系统硬件设计

无线传感网智能终端CPU选择了ARM1176JZF芯片，同时带有两块128M DDR2存储器，作为临时储存空间，配带1G NAND FLASH作为程序储存空间，外带由GPRS模块，作为电话模块，WIFI模块可以Internet网络相连，同时集成无线传感器模块，实现了传感网管理，传感网与手机网络，Internet网络多网融合的功能，外带4.3寸触摸显示屏，可以与用户进行人机互动，外接USB，SD卡接口，保证了系统的可扩展性，6000mh的巨大容量电池，能够保证智能终端的10小时巡航，最后搭载Android2.3系统的智能终端同样也是用户多媒体娱乐的重要设备。

3 系统软件设计

智能终端软件平台是以Android 2.3系统为基础，Android系统是一个google研发的嵌入式开源系统，其底层核心是linux内核，上层有HAL层，JNI层，java framework层，java层。Android平台的开发可分为两个部分Android应用程序开发以及Android底层驱动，NDK，java framework层的开发。智能终端软件设计共分为3层：Android系统平台搭建，应用软件平台，智能决策平台。Android系统平台搭建主要是基于Android底层开发；应用软件平台，智能决策平台主要是Android应用软件的开发。

3.1 系统软件平台搭建

Android系统虽说是一个嵌入式系统，但是它主要是服务于手机平台，ARM11作为一个工业系统主控芯片，在以Android系统为平台的应用还比较少。将Android系统运用在无线传感网控制上在国内尚属新兴领域，其中由于传感器模块通过串口线与ARM11芯片直接相连，所以在linux底层驱动上，传感器模块可直接调用串口驱动，传感器模块的集成在智能终端上的软件工作集中在Android framwork层以上，其中主要工作在于开发JNI模块libserial.so，在java framework层添加Serial_Port类，运用接收和发送两个线程分别处理数据上行、下行等问题。

由于Android系统对于ARM11芯片的支持并不是十分完整，如电源管理，屏幕背光等功能并未支持，其后果是引起系统耗电量增大，降低了用户体验等问题，作为一个手持设备，为了达到在正常工作下运行10个小时，且运行流畅等要求，就必须对当前的Android系统进行改动，对缺少的模块进行移植。最后达到符合智能管理无线传感网终端设备的需要。

3.2 系统应用软件平台

实现无线传感网智能终端Android系统平台搭建后，需要根据无线传感网监测，管理等应用，在Android平台上编写应用软件以满足以应用的需要，通过对本系统的应用分析，构建了如下的功能模块：

1）实时数据监控模块：实时数据监控模块是智能终端应用软件平台的核心，它主要是处理上行的传感器数据，并使其能正常显示。该模块可分为：多传感器实时数据显示；历史数据显示；特殊传感器数据显示三部分。

（1）多传感网实时数据显示模块：该模块对无线传感网采集的对不同传感器数据，进行分类，然后实时显示。

（2）历史数据查询：该模块去访问存储在数据存储模块中的数据，并显示出来。

（3）特殊传感器数据显示模块：一般传感器数据如温度，烟尘，湿度，体温，血氧等只需要实时显示当前传感器的数值即可，但对于如心率传感器，仅仅显示数值是不够的，他需要显示一个连续的心率曲线才有意义。而特殊传感器数据显示模块的作用就是处理此种问题。

2）数据处理模块：该模块用于对上传的数据进行分析，如遇到异常数据通过界面的形式，对用户进行报警，同时储存不同传感器的数据，以便以后查询。

3）传感网管理接口模块：该模块提供了对于整个传感器网络管理的接口，用户通过此接口选择采集何种传感器数据，采集的频率是多少，节点的功率等内容。

4）人机交互界面：该模块用户提供一切操作的界面支持。

4 结束语

本文对系统监控提出了基于Android系统解决方案，并且针对监控系统对实时性，稳定性，可操作性，功能性的需求给出了解决方案。在测试过程中，以ARM11，Android平台，体域网系统为基础，测试了包括监控基本功能，监控实时性等一系列指标，由结果可知，监控平台具有稳定可靠实时性高等特点，并且其诸多问题的解决方法具有良好的可扩展性，利于推广。

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