無線通信技術(shù)得益于其自由靈活、分布式能力、及低成本等優(yōu)勢，其應用無處不在。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)逐漸成為下一波無線技術(shù)，支持在大面積的實體系統(tǒng)中實現(xiàn)分布式測量。通過WSNs，您可以更高效地分析從雨林、河流三角洲到橋梁、建筑的健康及安全。WSN由空間分布的測量設(shè)備組成，通過傳感器來監(jiān)測物理及環(huán)境條件。除了眾多無線測量節(jié)點，WSN系統(tǒng)還包括網(wǎng)關(guān)，用于收集數(shù)據(jù)并提供與PC或嵌入式控制器主機應用程序的連接。
為了有效使用這項潛力巨大的技術(shù)，首先必須克服相關(guān)問題所帶來的挑戰(zhàn)，如配置及管理數(shù)據(jù)采集、有效分析采集數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)用于進一步分析、將數(shù)據(jù)顯示于用戶端的有效方法。工程師和科學家在過去20年內(nèi)通過NI LabVIEW應對上述挑戰(zhàn)，LabVIEW是一款圖形化編程環(huán)境，用于采集、分析、顯示數(shù)據(jù)。多年來，LabVIEW還添加了實時系統(tǒng)編程，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、ARM微處理器等能力。現(xiàn)在，通過LabVIEW無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)模塊先鋒，用戶可以使用LabVIEW直觀的圖形化編程方法來編程NI WSN節(jié)點。最終獲得的嵌入式軟件能幫助用戶延長電池壽命，實現(xiàn)自定義分析，并通過嵌入式?jīng)Q策縮短響應時間。
使用圖形化編程快速開發(fā)的優(yōu)勢
對無線傳感器節(jié)點編程傳統(tǒng)上是需要具有嵌入式系統(tǒng)的知識，還要能夠理解供應商所選用的特定的基于文本的編程語言。通過LabVIEW WSN Pioneer，您可使用相同的已成為工業(yè)開發(fā)采集、處理數(shù)據(jù)應用標準的圖形化編程方法來向NI無線傳感器節(jié)點添加智能性。LabVIEW WSN Pioneer還可靈活地將C代碼與圖形化代碼直接結(jié)合，并在節(jié)點上運行，從而可實現(xiàn)算法重用。
LabVIEW WSN Pioneer極大地簡化了創(chuàng)建NI WSN測量節(jié)點的嵌入式應用過程，正如上述LED以1Hz的頻率閃爍的案例
LabVIEW WSN Pioneer包括基本的LabVIEW編程結(jié)構(gòu)，如while循環(huán)、for循環(huán)、及case結(jié)構(gòu)。它還具有浮點數(shù)學和分析功能，無需太過深入理解整型和定點型數(shù)據(jù)類型。此外，LabVIEW WSN Pioneer提供雙曲線、指數(shù)、三角等函數(shù)，以及字符串操作函數(shù)，該函數(shù)可自定義傳回主電腦的用戶信息。
開發(fā)中只需鼠標點擊，即可通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)節(jié)點上應用的編譯及部署，快速實現(xiàn)開發(fā)和測試。此外，在系統(tǒng)部署中無需指派技術(shù)人員到現(xiàn)場手動加載新應用程序，從而降低了無線系統(tǒng)的維護成本。
NI WSN測量節(jié)點由TI MSP430微控制器控制，該微處理器針對低功耗、長時間使用部署進行了優(yōu)化，而非優(yōu)化處理器速度、存儲器、計算能力。由于對功耗的優(yōu)化，NI WSN節(jié)點相比于其它嵌入式LabVIEW目標來說具有有限的性能。這種有限的性能正是LabVIEW WSN被稱為先鋒模塊的理由。舉例來說，LabVIEW WSN Pioneer不包括LabVIEW調(diào)試特性，如高亮執(zhí)行及運行中的單步調(diào)試。然而，您可以發(fā)送、接收往來節(jié)點的基于字符串的用戶信息，用于調(diào)試部署的應用。同時，LabVIEW WSN Pioneer只支持順序執(zhí)行，所以并行LabVIEW結(jié)構(gòu)不能并發(fā)執(zhí)行。由于節(jié)點僅有有限資源，所以只支持三角、指數(shù)及雙曲分析函數(shù)；然而，用戶可通過浮點數(shù)學函數(shù)創(chuàng)建用于LabVIEW WSN Pioneer的自定義函數(shù)。
延長電池壽命
默認情況下，未編程的節(jié)點將每個采樣以一定采樣率發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，故電池的壽命與采樣率直接相關(guān)。在LabVIEW WSN Pioneer中添加智能可自定義節(jié)點行為，通過控制采樣率，并設(shè)置何時傳輸數(shù)據(jù)來延長電池壽命。
節(jié)點的無線電是主要的功率消耗因素，因此，如果應用中無需將每個采樣都傳送到網(wǎng)關(guān)，那么，只傳送需要的和有意義的數(shù)據(jù)將能極大地延長電池壽命。常用的傳輸準則包括門限值或死區(qū)百分比。此外，還可通過求均值及使用浮點數(shù)學函數(shù)來減少節(jié)點處的數(shù)據(jù)等方法來減少傳回主機的采樣數(shù)量。
您還可以通過創(chuàng)建邏輯來優(yōu)化特定操作環(huán)境或網(wǎng)絡(luò)要求下的節(jié)點行為，以達到延長電池壽命的目的。舉例來說，如果電池電壓降至臨界值，您可通過編程讓節(jié)點通知操作人員，并降低采樣及傳輸率，使節(jié)點保持休眠狀態(tài)直到有事件發(fā)生，這與輪詢機制相比極大地節(jié)省了功耗。
實現(xiàn)自定義分析
LabVIEW WSN Pioneer允許用戶將原始采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有意義的信息。舉例來說，傳感器測量的原始電壓可直接在節(jié)點處轉(zhuǎn)換為工程單位。這就提供了一定程度的抽取，無需再由主機應用程序來重新對從節(jié)點測量到的數(shù)據(jù)進行變換。此外，節(jié)點靈活的本地轉(zhuǎn)換能力允許使用更多直觀的功耗敏感型算法，支持基于門限值或死區(qū)準則的數(shù)據(jù)有條件的傳輸。
由于未編程的NI WSN測量節(jié)點會將每個采樣傳回網(wǎng)關(guān)，未編程節(jié)點的最大采樣率受限于每個采樣傳輸至網(wǎng)關(guān)的時間。通過LabVIEW WSN Pioneer對節(jié)點編程，可提升模擬及數(shù)字采樣的性能，通過批量傳輸來避免由于傳輸每個采樣的額外開銷。使用浮點數(shù)學運算及分析，您可以對獲得的數(shù)據(jù)進行處理，提取并傳輸要的信息至網(wǎng)關(guān)。
通過嵌入式?jīng)Q策縮短響應時間
通過LabVIEW WSN Pioneer可在NI WSN測量節(jié)點上實現(xiàn)嵌入式?jīng)Q策，此時無需通過主機電腦或嵌入式控制器傳輸激勵及響應，而是自動做出決策。您可使用NI WSN 測量節(jié)點上的數(shù)字輸出線路來驅(qū)動繼電器，實現(xiàn)簡單的開/關(guān)控制。舉例來說，當溫度超過閾值后啟動風扇的決定可嵌入到節(jié)點中，此時無需與主機交互，從而省去了響應時間、提升了可靠性。
降低成本并提高性能
LabVIEW WSN Pioneer通過快速開發(fā)來幫助用戶節(jié)省成本，同時提高了性能及靈活性。自定義NI WSN測量節(jié)點能夠延長了電池壽命，實現(xiàn)定制分析，并通過嵌入式?jīng)Q策縮短響應時間。