无线传感器网络在酒窖温度监测中的应用

2023.04.10

沈昕

摘要：随着无线传感器网络技术的不断发展，应用到它的地方也越来越多，将该技术引入对酒窖环境温度的监测中，在很大程度上弥补了目前基于有线连接，导致酒窖温度监测系统线缆布局复杂、成本高、维护性差、系统灵活性差等缺点。文章从酒窖温度监测系统中无线传感器网络的系统模型、拓扑结构、技术实现等方面进行论述。和传统的采用有线方式连接的温度监测系统相比，无线传感器网络在酒窖温度监测中具有明显的优势。

关键词：无线传感器网络；酒窖温度监测

1前言

目前，不论是国内还是国外，大大小小的酒庄数不胜数，酒庄中对酒的储存就成了一个很重要的问题，不同的酒对酒窖温度的要求也是不一样的，如果一种酒不能在适宜的温度下存放，对酒品质的影响是很大的，特别是一些价格昂贵的葡萄酒，对存放的温度是很挑剔的，它们需要在特定的温度下存放才能保证酒的品质，因此对酒窖温度的监测控制就显得非常重要了。

怎样对酒窖的温度进行实时有效的监控呢，最常规的做法就是在酒窖中安置温度计，但这种方法存在不足之处，它需要定期定时的去酒窖查看温度值，如果不在理想的温度范围就对酒窖温度进行调节，这显然相当繁琐，费时费力。另外一种稍微先进一点的方法就是在酒窖铺设有线连接的传感器检测网络，即在酒窖的一定位置上安置温度传感器节点，传感器按照一定频率实时的进行温度数据的采集，最后将采集到的数据通过有线网络传输到监控中心，监控中心再通过分析接收到的温度数据对酒窖温度进行控制调整。但这种方法也存在缺陷，即是线缆布局较复杂、成本比较高、网络维护性差、系统的灵活性也较差，如果需要增加监测节点的数量，必然会增加布线等方面的成本。

随着无线传感器网络技术的发展，应用到它的地方也越来越多，在测试测量等工程领域中被广泛的应用。在无线传感器网络中，其网络节点具有局部信号处理能力，很多信号都可以在传感器节点进行处理，将大大减少数据量在后续网络中的传输，由无线传感器网络节点组成的系统是一种并行的、分布式的信息处理系统，极大的提高了监测系统的运行速度及可靠性、灵活性。除此之外，用无线传感器网络代替传统的有线传感器网络，可以降低监测系统的成本，提高监测系统的灵活性和可维护性。因此，由于无线传感器网络具有的多种优点，其在酒窖温度的监测系统中的应用也成为了业界关注的热点。

2酒窖温度监测系统模型

酒窖温度监测系统主要由三部分组成，即：酒窖温度数据采集、酒窖温度数据汇聚、酒窖温度数据传输，如图1所示。多个相对独立的监测子网组成了整个监测系统。酒窖温度数据的采集部分包含了多个监测节点，这些监测节点分布在监测区域内采集数据，最后通过特定的网络组成方式构成无线传感器网络。其工作过程即是：监测区域内的各个监测节点分别完成各自的温度数据的采集，接着将采集到的数据发送到网关节点（网关节点在网络中起数据汇聚的作用），最后网关节点将汇聚后的温度数据发送到监测终端，在数据监测终端可以对酒窖的温度进行实时的分析，若此时的温度低于或者高于正常值则再通过温度控制端对酒窖温度进行准确的调整。

3酒窖温度监测拓扑结构

在酒窖温度监测无线传感器网络系统中，由于酒窖的监测范围一般不是很大，因此测量点数不是很多，最多几十个，这与一般的大量节点的无线传感器网络相比，其网络的覆盖范围要小很多，因此，在本系统中使用人工方式布点，采用星型拓扑结构搭建网络，该网络结构通过IEEE802.15.4协议组建，如图2所示。

星型拓扑结构是最简单的一种网络拓扑形式，它只包含一个网关节点和若干个监测节点，每个监测节点只能和网关节点进行通信。在本酒窖温度监测系统中，根据酒窖的大小，在需要监测的地方安置若干个监测节点，监测节点和网关节点构成了星型拓扑结构的监测子网，监测节点主要功能是对酒窖温度数据进行采集，而网关节点的主要功能是对整个星型监测网络内各节点进行维护以及数据的转发，另外，为了防止由于网关节点损坏或者能量耗尽而使整个监测子网无效，本系统有一个备用网关，在网关节点出现异常时使用。

4酒窖温度监测技术实现

4.1传感器节点

由于酒窖的特殊环境要求，其温度监测系统中采用的传感器节点必须体积较小，精度要高，而且使用寿命要长等，及时而准确地获取酒窖温度数据是完成监测和控制的前提条件。本监测系统中用到的传感器节点内部由4部分组成，如图3所示。

图中，传感器模块的主要功能是对酒窖温度进行采集以及之后的温度数据转换；处理器模块的主要功能是控制数据的存储以及对自身和其他节点的数据进行处理；无线通信模块的主要功能是控制与其它节点的无线通信以及将最终数据传送给监测终端；电源供应模块的主要功能是为节点供电，通常采用微型电池。

4.2数据采集与处理

酒窖温度监测无线传感器网络与传统无线传感器网络相比较，规模较小，节点个数少，但其采集的温度数据信息量比较大，而整个监测系统要求网络时延要小。如果将每个监测节点的数据都发送到监测终端，将会导致网络拥塞，而且会产生较大的延迟。因此，在网关节点需要先将温度数据进行数据融合处理后再转发。

5结语

由于无线传感器网络相对于传统有线连接的网络在很多方面存在优势，比如：其传感器网络节点体积小、精度高、生命周期长、网络节点扩展方便等。因此，它非常适合应用在酒窖温度监测系统中。