传感器网络的作用

传感器网络主要包括三个方面：感应、通讯、计算（硬件、软件、算法）。其中的关键技术主要有无线数据库技术，比如使用在无线传感器网络的查询，和用于和其它传感器通讯的网络技术，特别是多次跳跃路由协议。例如摩托罗拉使用在家庭控制系统中的ZigBee无线协议。

传感器网络与传感器

传感器网络与传感器是什么关系呢？它究竟是一种传感器呢还是一种网络呢？在回答这个问题之前，我们先来看一下传感器网络中传感节点的系统组成吧。如图1所示，一般可以将传感节点分解为传感模块、微处理器最小系统、无线通信模块、电源模块和增强功能模块5个组成部分，其中增强功能模块为可选配置。

图1 传感器网络中传感节点的系统组成

可以把传感模块和电源模块看作传统的传感器，如果再加上微处理器最小系统就可对应于智能传感器，而无线通信模块是为了实现无线通信功能而比传统传感器新增加的功能模块。增强功能模块是可选配置，例如时间同步系统、卫星定位系统、用于移动的机械系统等。

从传感节点的系统组成上看，传感器网络可以看作是多个增加了无线通信模块的智能传感器组成的自组织网络。而从功能上看，传感器和传感器网络大致相同，都是用来感知监测环境信息的，不过显然传感器网络具备更高的可靠性。

传感器网络的发展

传感器网络是怎样发展起来的呢？

最早的传感器网络可以追溯到上世纪70年代美军在越战中使用的“热带树”传感器。为了遏制北越在胡志明小道的后勤补给，美军在这条小道上沿途投放了上万个“热带树”传感器，这是一种振动和声响传感器，当北越车队经过时传感器探测到振动和声响即向指挥中心发送感知信号，美军收到信号后即组织轰炸，有资料显示越战期间美军依靠“热带树”的帮助总共炸坏了4万多辆北越运输卡车。

“热带树”传感器之间没有通信能力，所以实际上还称不上网络的概念。20世纪80年代以来，美国军方陆续与高校开展传感器网络方面的研究合作，旨在建立能够用于军事用途的自组织的无线传感器网络，这期间在硬件、软件、标准化和产品化等方面取得了一系列的重大进展。

2000年，美国加州大学伯克利分校发布了传感器节点专用 *** 作系统TinyOS，后续又推出专用程序设计语言nesC。2001年，伯克利分校又推出Mica系列传感器节点产品。TinyOS和Mica取得了巨大的成功，直到今天它们仍然得到了广泛的应用。

2001年，ZigBee联盟成立，并对无线传感器网络的通信协议进行了全面的标准化，后续多家公司发布了多款符合ZigBee协议标准的芯片和产品。

传感器网络未来的发展趋势

传感器网络未来的发展趋势又如何呢？

传感器网络技术诞生至今也不过几十年的时间，最近更是得到了美国之外欧洲、中国和日韩等国的重视和关注，目前其发展前沿也在不断延伸。总体说来，大致可以将其发展趋势划分为两大类：其一是设计用于完成特殊任务的无线传感器网络，例如无线多媒体传感器网络和无线传感执行网络。其二是设计用于特殊应用环境下工作的无线传感器网络，例如水下环境和地下环境。

无线多媒体传感器网络（WMSN, Wireless Multimedia Sensor Network）在传感器节点上借助多媒体传感单元将音频、视频、图像等多媒体信息传送到管理节点，能够实现对复杂多变环境的监测。

无线传感执行网络（WSAN, Wireless Sensor and Actor Network）在WSN的基础上加入了执行节点（Actor），执行节点根据收集到的监测信息做出决策并执行相关 *** 作，从而在对环境监测的基础上进一步实现对环境的控制。

水声无线传感器网络（UW-ASN, Underwater Acoustic Sensor Network）采用水声无线通信技术实现水下传感器节点之间的通信连接，能够完成海洋采样、环境监测、水下开采、辅助航行等任务。

可以安装。1 安装tiny11比较简单。

2 首先需要下载tiny11安装包，并按照提示进行安装。

建议从官方网站下载，并防备第三方软件搭配安装时携带的病毒等风险。

安装过程中需要选择安装路径、添加路径、选择可选组件等，并按照提示完成。

3 安装后，使用时需要注意调试和编译环境的搭建。

Tiny11是一种微型单片机，其使用需要相应的编译器和开发环境支持。

建议在安装完成后，阅读相关的开发教程，掌握基本的编程和开发技能。

无线传感器网络的软件包含三个部分：传感器节点上的应用程序、传感器节点上的 *** 作系统和通讯协议栈。应用程序部分包括各种传感器数据的采集、传输、处理和应用，由用户自定义开发。 *** 作系统包含对传感器节点硬件、软件资源的管理和任务调度等，如TinyOS，Contiki等。通讯协议栈主要包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等协议，如802154、6LowPAN、RPL、CoAP等。这些部分共同构成了一个完整的无线传感器网络软件，实现传感器节点之间的通信和数据交换。

首先，OpenTiny是一个开源的Angular技术栈UI组件库，由OpenTiny团队开发和维护，旨在为企业级应用提供高质量、高效率、高稳定性的UI组件和解决方案。OpenTiny提供了70多个Angular组件，支持OnPush模式、CSS变量主题定制、7种语言国际化等功能。

其次，OpenTiny是在2021年10月份正式开源的，目前已经发布了002版本，遵循MIT协议。 OpenTiny的源码和文档都托管在GitHub上。

OpenTiny的GitHub地址如下：

OpenTiny主页：>

OpenTiny-ng仓库：>

最后，如果您想要使用OpenTiny-ng组件库，您需要满足以下条件：

使用Angular ^1400或以上版本

使用现代浏览器，如Edge、Firefox、Chrome、Safari等

如果您符合以上条件，并且对OpenTiny-ng组件库感兴趣，您可以通过以下方式安装和使用：

通过npm安装：$ npm install @opentiny/ng

在模块文件中导入需要使用的组件模块：import { TiButtonModule } from ‘@opentiny/ng’;

在angularjson中导入样式文件链接："styles": [ "node_modules/@opentiny/ng/themes/stylescss", "node_modules/@opentiny/ng/themes/theme-defaultcss", ]

Tiny11是一款基于AVR架构的微控制器，主要用于嵌入式系统的开发。要激活Tiny11，需要进行以下步骤：

1 下载AVR Studio软件：AVR Studio是一款专门用于AVR系列芯片开发的软件，可以从官网上免费下载。

2 安装AVR Studio软件：下载完成后，双击运行安装文件进行安装。安装过程中需要选择安装路径和安装组件，按照提示进行即可。

3 连接Tiny11：将Tiny11与计算机连接，可以使用USB转串口线或者专门的AVR ISP编程器连接。

4 新建AVR工程：打开AVR Studio，点击菜单栏中的“File”，选择“New Project”新建一个工程。在d出的对话框中选择“AVR Assembler”或“AVR GCC”作为工程类型，再选择芯片型号为Tiny11。

5 编写代码：在新建的工程中编写程序代码，可以使用汇编语言或C语言进行编写。

6 编译、烧录程序：编写完成后，进行编译，生成hex文件。然后使用烧录工具将程序烧录进Tiny11中，可以使用AVR ISP编程器或其他专门的烧录器进行烧录。

7 激活：在烧录完成后，Tiny11就已经被激活了。可以通过连接外设进行测试，验证程序是否正常运行。

总之，激活Tiny11需要进行AVR Studio软件的安装，连接Tiny11，新建AVR工程，编写代码，编译、烧录程序，最终完成激活过程。这些步骤需要一定的编程和硬件知识，建议在进行 *** 作前先学习相关知识，避免造成不必要的损失。

嵌入式系统或传感器网络的很多应用和测试都需要通过PC机与嵌入式设备或传感器节点进行通信 其中 最常用的接口就是RS 串口和并口(鉴于USB接口的复杂性以及不需要很大的数据传输量 USB接口用在这里还是显得过于奢侈 况且目前除了SUN有一个支持USB的包之外 我还没有看到其他直接支持USB的Java类库) SUN的CommAPI分别提供了对常用的RS 串行端口和IEEE 并行端口通讯的支持 RS C(又称EIA RS C 以下简称RS )是在 年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准 RS 是一个全双工的通讯协议 它可以同时进行数据接收和发送的工作

常见的Java串口包

目前 常见的Java串口包有SUN在 年发布的串口通信API m jar(Windows下) m jar(Linux/Solaris);IBM的串口通信API以及一个开源的实现 鉴于在Windows下SUN的API比较常用以及IBM的实现和SUN的在API层面都是一样的 那个开源的实现又不像两家大厂的产品那样让人放心 这里就只介绍SUN的串口通信API在Windows平台下的使用

串口包的安装(Windows下)

到SUN的网站下载javam win zip 包含的东西如下所示

按照其使用说明(l)的说法 要想使用串口包进行串口通信 除了设置好环境变量之外 还要将win dll复制到 \bin目录下;将m jar复制到 \lib;把m properties也同样拷贝到 \lib目录下 然而在真正运行使用串口包的时候 仅作这些是不够的 因为通常当运行 java MyApp 的时候 是由JRE下的虚拟机启动MyApp的 而我们只复制上述文件到JDK相应目录下 所以应用程序将会提示找不到串口 解决这个问题的方法很简单 我们只须将上面提到的文件放到JRE相应的目录下就可以了

值得注意的是 在网络应用程序中使用串口API的时候 还会遇到其他更复杂问题 有兴趣的话 你可以查看CSDN社区中 关于网页上Applet用javam 读取客户端串口的问题 的帖子

串口API概览

m CommPort

这是用于描述一个被底层系统支持的端口的抽象类 它包含一些高层的IO控制方法 这些方法对于所有不同的通讯端口来说是通用的 SerialPort 和ParallelPort都是它的子类 前者用于控制串行端口而后者用于控这并口 二者对于各自底层的物理端口都有不同的控制方法 这里我们只关心SerialPort

m CommPortIdentifier

这个类主要用于对串口进行管理和设置 是对串口进行访问控制的核心类 主要包括以下方法

l 确定是否有可用的通信端口

l 为IO *** 作打开通信端口

l 决定端口的所有权

l 处理端口所有权的争用

l 管理端口所有权变化引发的事件(Event)

m SerialPort

这个类用于描述一个RS 串行通信端口的底层接口 它定义了串口通信所需的最小功能集 通过它 用户可以直接对串口进行读 写及设置工作

串口API实例

大段的文字怎么也不如一个小例子来的清晰 下面我们就一起看一下串口包自带的例子 SerialDemo中的一小段代码来加深对串口API核心类的使用方法的认识

列举出本机所有可用串口

     void listPortChoices() { CommPortIdentifier portId; Enumeration en = CommPortIdentifier getPortIdentifiers(); // iterate through the ports while (en hasMoreElements()) { portId = (CommPortIdentifier) en nextElement(); if (portId getPortType() == CommPortIdentifier PORT_SERIAL) { System out println(portId getName()); } } portChoice select(parameters getPortName()); }

以上代码可以列举出当前系统所有可用的串口名称 我的机器上输出的结果是 和

串口参数的配置

串口一般有如下参数可以在该串口打开以前配置进行配置

包括波特率 输入/输出流控制 数据位数 停止位和齐偶校验

SerialPort sPort; try { sPort setSerialPortParams(BaudRate Databits Stopbits Parity); //设置输入/输出控制流 sPort setFlowControlMode(FlowControlIn | FlowControlOut); } catch (UnsupportedCommOperationException e) {}

串口的读写

对串口读写之前需要先打开一个串口

     CommPortIdentifier portId = CommPortIdentifier getPortIdentifier(PortName); try { SerialPort sPort = (SerialPort) portId open( 串口所有者名称  超时等待时间); } catch (PortInUseException e) {//如果端口被占用就抛出这个异常 throw new SerialConnectionException(e getMessage()); } //用于对串口写数据 OutputStream os = new BufferedOutputStream(sPort getOutputStream()); os write(int data); //用于从串口读数据 InputStream is = new BufferedInputStream(sPort getInputStream()); int receivedData = is read();

读出来的是int型 你可以把它转换成需要的其他类型

这里要注意的是 由于Java语言没有无符号类型 即所有的类型都是带符号的 在由byte到int的时候应该尤其注意 因为如果byte的最高位是 则转成int类型时将用 来占位 这样 原本是 的byte类型的数变成int型就成了 这是很严重的问题 应该注意避免

串口通信的通用模式及其问题

终于唠叨完我最讨厌的基础知识了 下面开始我们本次的重点 串口应用的研究 由于向串口写数据很简单 所以这里我们只关注于从串口读数据的情况 通常 串口通信应用程序有两种模式 一种是实现SerialPortEventListener接口 监听各种串口事件并作相应处理;另一种就是建立一个独立的接收线程专门负责数据的接收 由于这两种方法在某些情况下存在很严重的问题(至于什么问题这里先卖个关子J) 所以我的实现是采用第三种方法来解决这个问题

事件监听模型

现在我们来看看事件监听模型是如何运作的

l 首先需要在你的端口控制类(例如SManager)加上 implements SerialPortEventListener

l 在初始化时加入如下代码

     try { SerialPort sPort addEventListener(SManager); } catch (TooManyListenersException e) { sPort close(); throw new SerialConnectionException( too many listeners added ); } sPort notifyOnDataAvailable(true);

l 覆写public void serialEvent(SerialPortEvent e)方法 在其中对如下事件进行判断

BI 通讯中断

CD 载波检测

CTS 清除发送

DATA_AVAILABLE 有数据到达

DSR 数据设备准备好

FE 帧错误

OE 溢位错误

OUTPUT_BUFFER_EMPTY 输出缓冲区已清空

PE 奇偶校验错

RI振铃指示

一般最常用的就是DATA_AVAILABLE 串口有数据到达事件 也就是说当串口有数据到达时 你可以在serialEvent中接收并处理所收到的数据 然而在我的实践中 遇到了一个十分严重的问题

首先描述一下我的实验 我的应用程序需要接收传感器节点从串口发回的查询数据 并将结果以图标的形式显示出来 串口设定的波特率是 川口每隔 毫秒返回一组数据(大约是 字节左右) 周期(即持续时间)为 秒 实测的时候在一个周期内应该返回 多个字节 而用事件监听模型我最多只能收到不到 字节 不知道这些字节都跑哪里去了 也不清楚到底丢失的是那部分数据 值得注意的是 这是我将serialEvent()中所有处理代码都注掉 只剩下打印代码所得的结果 数据丢失的如此严重是我所不能忍受的 于是我决定采用其他方法

串口读数据的线程模型

这个模型顾名思义 就是将接收数据的 *** 作写成一个线程的形式:

      public void startReadingDataThread() { Thread readDataProcess = new Thread(new Runnable() { public void run() { while (newData !=  ) { try { newData = is read(); System out println(newData); //其他的处理过程 ……… } catch (IOException ex) { System err println(ex); return; } } readDataProcess start(); }

在我的应用程序中 我将收到的数据打包放到一个缓存中 然后启动另一个线程从缓存中获取并处理数据 两个线程以生产者—消费者模式协同工作 数据的流向如下图所示

这样 我就圆满解决了丢数据问题 然而 没高兴多久我就又发现了一个同样严重的问题 虽然这回不再丢数据了 可是原本一个周期( 秒)之后 传感器节电已经停止传送数据了 但我的串口线程依然在努力的执行读串口 *** 作 在控制台也可以看见收到的数据仍在不断的打印 原来 由于传感器节点发送的数据过快 而我的接收线程处理不过来 所以InputStream就先把已到达却还没处理的字节缓存起来 于是就导致了明明传感器节点已经不再发数据了 而控制台却还能看见数据不断打印这一奇怪的现象 唯一值得庆幸的是最后收到数据确实是 左右字节 没出现丢失现象 然而当处理完最后一个数据的时候已经快 分半钟了 这个时间远远大于节点运行周期 这一延迟对于一个实时的显示系统来说简直是灾难!

后来我想 是不是由于两个线程之间的同步和通信导致了数据接收缓慢呢于是我在接收线程的代码中去掉了所有处理代码 仅保留打印收到数据的语句 结果依然如故 看来并不是线程间的通信阻碍了数据的接收速度 而是用线程模型导致了对于发送端数据发送速率过快的情况下的数据接收延迟 这里申明一点 就是对于数据发送速率不是如此快的情况下前面者两种模型应该还是好用的 只是特殊情况还是应该特殊处理

第三种方法

痛苦了许久(Boss天天催我L)之后 偶然的机会 我听说TinyOS中(又是开源的)有一部分是和我的应用程序类似的串口通信部分 于是我下载了它的 x版的Java代码部分 参考了它的处理方法 解决问题的方法说穿了其实很简单 就是从根源入手 根源不就是接收线程导致的吗 那好 我就干脆取消接收线程和作为中介的共享缓存 而直接在处理线程中调用串口读数据的方法来解决问题(什么 为什么不把处理线程也一并取消 都取消应用程序界面不就锁死了吗所以必须保留)于是程序变成了这样

public byte[] getPack(){ while (true) { // PacketLength为数据包长度 byte[] msgPack = new byte[PacketLength]; for(int i =  ; i < PacketLength; i++){ if( (newData = is read()) !=  ){ msgPack[i] = (byte) newData; System out println(msgPack[i]); } } return msgPack; } }

在处理线程中调用这个方法返回所需要的数据序列并处理之 这样不但没有丢失数据的现象行出现 也没有数据接收延迟了 这里唯一需要注意的就是当串口停止发送数据或没有数据的时候is read()一直都返回 如果一旦在开始接收数据的时候发现 就不要理它 继续接收 直到收到真正的数据为止

结束语

lishixinzhi/Article/program/Java/hx/201311/26605

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