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基于无线传感器网络的环境监测系统的研究设计
随着信息技术的快速发展，环境监测得到了越来越广泛的关注。环境监测系统能够帮助我们更好地了解周围环境的状况，为改善生活环境，保护生态环境提供有效的信息支持。基于无线传感器网络的环境监测系统是一种新型的环境监测系统，它能够实现对环境各种参数的高效监测，具有成本低、可扩展性高等优点，因此备受研究者们的关注。本文将针对该系统进行研究设计。
一、引言
无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是一种基于无线通信技术的分布式传感器网络，它由大量的节点节点和少量的中心节点组成（如图1所示）。每个节点都能够感知其周围环境，并利用网络互相协作，将采集到的数据汇聚至中心节点。该系统在环境监测方面具有广泛的应用前景，如大气污染监测、温度湿度监测、井下瓦斯监测等等。
图1无线传感器网络结构图
本文将以烟气监测为例，设计一种基于无线传感器网络的环境监测系统。
二、系统设计
2.1硬件设计
本系统主要由3个模块组成：传感器模块、信号处理模块和通讯模块。传感器模块用于采集环境参数，信号处理模块用于处理传感器采集到的信息，通讯模块用来将处理结果上传至中心节点。具体硬件结构如图2所示。
图2系统硬件结构图
2.2软件设计
2.2.1传感器数据采集
本系统采用MQ-2型烟雾传感器和DHT11型温湿度传感器。传感器模块负责采集烟雾和温湿度等参数。当微控制器接收到数据后，即传送至信号处理模块。
2.2.2数据处理
信号处理模块对接收到的传感器数据进行处理，主要包括数据预处理、特征提取和数据分类三个步骤：
数据预处理：在信号分析前，首先对数据进行预处理。比如去噪、补全缺失值、标准化等。首先需要知道所处理的信号的特点，例如信号的类型、采样频率、采样精度、信号的传输方式等。
特征提取：在信号的预处理之后，需要对数据进行特征提取，从而获得用于数据分类的特征。单个数据特征的大小和多样性对分类精度有决定性的影响。
数据分类：在完成特征提取之后，就可以进行数据分类。分类所用的方法一般分为两类：线性和非线性。
2.2.3数据传输
本系统采用Zigbee模块进行数据传输，将数据传输至中心节点。当数据上传完成后，该系统即在云端存储采集到的信息以便日后分析。
三、实验结果
为了验证系统的性能，本片进行了一组实验并分析了实验结果。由于我们选取的是MQ-2型烟雾传感器，请实验选取范围内有烟雾的环境中进行。
实验结果如图3所示：
图3实验结果曲线图
由图可知，本系统采集到的环境数据能够比较真实地反映烟气浓度的变化情况。
四、总结
本文介绍了一种基于无线传感器网络的环境监测系统的设计。该系统以MQ-2型传感器获取烟气数据，并通过信号处理和分类得到烟气浓度等环境参数信息，并通过Zigbee模块将数据传输至中心节点。实验结果证明，该系统具有较好的稳定性和实用性，可以为环境监测提供一种经济、高效、可靠、智能的解决方案。然而由于传感器本身有一定的误差，因此还需要对系统进行进一步的优化完善。