介绍LabVIEW无线传感器网络(WSN)模块先锋

概览

无线通信技术得益于其自由灵活、分布式能力、及低成本等优势，其应用无处不在。无线传感器网络(WSNs)逐渐成为下一波无线技术，支持在大面积的实体系统中实现分布式测量。通过WSNs，您可以更高效地分析从雨林、河流三角洲到桥梁、建筑的健康及安全。WSN由空间分布的测量设备组成，通过传感器来监测物理及环境条件。除了众多无线测量节点，WSN系统还包括网关，用于收集数据并提供与PC或嵌入式控制器主机应用程序的连接。

为了有效使用这项潜力巨大的技术，首先必须克服相关问题所带来的挑战，如配置及管理数据采集、有效分析采集数据、存储数据用于进一步分析、将数据显示于用户端的有效方法。工程师和科学家在过去20年内通过NI LabVIEW应对上述挑战，LabVIEW是一款图形化编程环境，用于采集、分析、显示数据。多年来，LabVIEW还添加了实时系统编程，现场可编程门阵列(FPGA)、ARM微处理器等能力。现在，通过LabVIEW无线传感器网络(WSN)模块先锋，用户可以使用LabVIEW直观的图形化编程方法来编程NI WSN节点。最终获得的嵌入式软件能帮助用户延长电池寿命，实现自定义分析，并通过嵌入式决策缩短响应时间。

使用图形化编程快速开发的优势

对无线传感器节点编程传统上是需要具有嵌入式系统的知识，还要能够理解供应商所选用的特定的基于文本的编程语言。通过LabVIEW WSN Pioneer，您可使用相同的已成为工业开发采集、处理数据应用标准的图形化编程方法来向NI无线传感器节点添加智能性。LabVIEW WSN Pioneer还可灵活地将C代码与图形化代码直接结合，并在节点上运行，从而可实现算法重用。

LabVIEW WSN Pioneer极大地简化了创建NI WSN测量节点的嵌入式应用过程，正如上述LED以1Hz的频率闪烁的案例。

LabVIEW WSN Pioneer包括基本的LabVIEW编程结构，如while循环、for循环、及case结构。它还具有浮点数学和分析功能，无需太过深入理解整型和定点型数据类型。此外，LabVIEW WSN Pioneer提供双曲线、指数、三角等函数，以及字符串操作函数，该函数可自定义传回主电脑的用户信息。

开发中只需鼠标点击，即可通过无线网络实现节点上应用的编译及部署，快速实现开发和测试。此外，在系统部署中无需指派技术人员到现场手动加载新应用程序，从而降低了无线系统的维护成本。[page]

NI WSN测量节点由TI MSP430微控制器控制，该微处理器针对低功耗、长时间使用部署进行了优化，而非优化处理器速度、存储器、计算能力。由于对功耗的优化，NI WSN节点相比于其它嵌入式LabVIEW目标来说具有有限的性能。这种有限的性能正是LabVIEW WSN被称为先锋模块的理由。举例来说，LabVIEW WSN Pioneer不包括LabVIEW调试特性，如高亮执行及运行中的单步调试。然而，您可以发送、接收往来节点的基于字符串的用户信息，用于调试部署的应用。同时，LabVIEW WSN Pioneer只支持顺序执行，所以并行LabVIEW结构不能并发执行。由于节点仅有有限资源，所以只支持三角、指数及双曲分析函数;然而，用户可通过浮点数学函数创建用于LabVIEW WSN Pioneer的自定义函数。

延长电池寿命

默认情况下，未编程的节点将每个采样以一定采样率发送至网关，故电池的寿命与采样率直接相关。在LabVIEW WSN Pioneer中添加智能可自定义节点行为，通过控制采样率，并设置何时传输数据来延长电池寿命。

节点的无线电是主要的功率消耗因素，因此，如果应用中无需将每个采样都传送到网关，那么，只传送需要的和有意义的数据将能极大地延长电池寿命。常用的传输准则包括门限值或死区百分比。此外，还可通过求均值及使用浮点数学函数来减少节点处的数据等方法来减少传回主机的采样数量。

您还可以通过创建逻辑来优化特定操作环境或网络要求下的节点行为，以达到延长电池寿命的目的。举例来说，如果电池电压降至临界值，您可通过编程让节点通知操作人员，并降低采样及传输率，使节点保持休眠状态直到有事件发生，这与轮询机制相比极大地节省了功耗。

In addition, you can use LabVIEW WSN Pioneer to handle digital value change event detection on the node. When you configure a digital input for event detection, the node can sleep until an event occurs, providing significant power savings when compared to polling.

实现自定义分析

LabVIEW WSN Pioneer允许用户将原始采集数据转换为有意义的信息。举例来说，传感器测量的原始电压可直接在节点处转换为工程单位。这就提供了一定程度的抽取，无需再由主机应用程序来重新对从节点测量到的数据进行变换。此外，节点灵活的本地转换能力允许使用更多直观的功耗敏感型算法，支持基于门限值或死区准则的数据有条件的传输。

由于未编程的NI WSN测量节点会将每个采样传回网关，未编程节点的最大采样率受限于每个采样传输至网关的时间。通过LabVIEW WSN Pioneer对节点编程，可提升模拟及数字采样的性能，通过批量传输来避免由于传输每个采样的额外开销。使用浮点数学运算及分析，您可以对获得的数据进行处理，提取并传输要的信息至网关。

通过嵌入式决策缩短响应时间

通过LabVIEW WSN Pioneer可在NI WSN测量节点上实现嵌入式决策，此时无需通过主机电脑或嵌入式控制器传输激励及响应，而是自动做出决策。您可使用NI WSN 测量节点上的数字输出线路来驱动继电器，实现简单的开/关控制。举例来说，当温度超过阈值后启动风扇的决定可嵌入到节点中，此时无需与主机交互，从而省去了响应时间、提升了可靠性。

降低成本并提高性能

LabVIEW WSN Pioneer通过快速开发来帮助用户节省成本，同时提高了性能及灵活性。自定义NI WSN测量节点能够延长了电池寿命，实现定制分析，并通过嵌入式决策缩短响应时间。