基于LABVIEW的无线环境监测系统*

2012-08-10雷惊鹏郑利平

长沙大学学报 2012年5期

雷惊鹏，郑利平

(1.合肥工业大学计算机学院，安徽合肥 23000;2.安徽国防科技职业学院，安徽六安 237011)

监控系统主要用于对重要区域或远程地点的控制与监视，在企业、治安、银行、金融、国防等领域具有非常重要的地位［1，2］.无线网络发展至今最为广泛的应用之一是无线监控［3，4］.利用无线技术，可以将中央控制中心与多个被监测点连接起来，能够在最短的时间内迅速建立起无线网络链路［5，6］.

由于无线网络有易受周围环境的干扰，数据传输安全性有待研究，终端无线登陆网络不稳定，距离受限，接入点数目有限制等缺点［7，8］.结合以上背景，本文利用LabVIEW 软件设计基于无线局域网的监控方案.采用H.264/MPEG－4视频编码压缩技术和IEEE 802.11b－g标准的设备，保证了数据压缩的质量及数据传输速率，也考虑了与现行设备的兼容.对方案的测试考虑到了天气、距离、障碍物和无线干扰等情况，对方案实施的环境做了充分的估计，并提出了相应的措施.

1 LabVIEW简介

LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是虚拟仪器概念的首创者，是美国National Instrument(简称NI)公司推出的，并且是一个图形化软件开发环境，类似于C和BASIC开发环境［9，10］.在一般的数据管理、科学计算等方面，在LabVIEW环境下也可以开发出优秀的应用程序.Lab-VIEW的最大优势在于测控系统的开发，因为它不仅提供了几乎所有大量现代的高级信号分析工具与经典的信号处理函数，而且还可以和多种主流的工业现场总线通讯以及与大多数的通用标准的实时数据库链接，程序的执行却几乎不受影响;同时在信号处理等方面的强大功能是组态软件不可以比的［11－13］.

2 基于LABVIEW的无线环境监测系统整体设计

2.1 无线环境监测系统整体方案

考虑到现行无线通讯技术的稳定性及可靠性，方案中主干传输部分采用光纤传输，在校园中可考虑TCP/IP协议的互联网作为主干传输部分，兼容性及可靠性有了保证.图1给出了整个设计方案的系统结构图.

2.2 无线监控方案前端结构

在方案中所有监控点的信息用54Mbps无线接入点传送至108Mbps无线接入点，再通过108Mbps无线接入点进行远距离传送，终端通过108Mbps无线接入点接收监控图像并保存.但是由于108Mbps无线接入点同时还要连接另外一个设备，发射端108Mbps无线接入点要连接接收108Mbps无线接入点，接收端108Mbps无线接入点要连接终端，所以如果需要连接4个及以上的监控点，必须采用变通的方式增加54Mbps无线接入点的数目.图2即为方案的结构图.

将54Mbps无线接入点2的设置从Wireless Point－to－Point Bridging改为 Wireless Multi－Point Bridging，添加54Mbps无线接入点1的MAC地址及108Mbps无线接入点1的MAC地址，则突破了108Mbps无线接入点的四个连接数的限制.在无线网络标准上根据设备的需求及环境要求，选择B/G模式，满足方案对距离和传输速率的要求.

3 实验测试与分析

影响无线网络通信质量的因素有多种，比如天气，周围的无线环境，接入点之间的距离以及接入点之间的障碍物等等.我们就其中的一些主要影响因素对方案做了实验测试.

图1 无线监控方案整体结构图

图2 系统结构图

3.1 接入点距离对速率的影响

108MbpsAP与54MbpsAP之间的传输距离直接影响了系统覆盖范围，因此针对两种AP之间距离对传输速率的影响做了测试，初始每隔10m测一组数据，每组数据为间隔10秒记录一次的五个传输速率，在临界点改为每隔5m测一组，每组数据依然为间隔10秒的五个速率.测试结果如表1，在表中的数据可以看出，在90m的时候是一个临界点，之前的速率都相当稳定，平且平均在400～600k/bps，但是当超过90m的临界点后，平均值开始下降，并且标准差急剧增高，数据传输开始相当不稳定，已经无法满足监控对于画面的要求了.

3.2 系统的延时测试

无线监控系统与有线的差别之一即其延时受距离和信号传输环境的影响较大，而实时监控一般来说都会有监控终端的存储设施保证监控情况的保存和随时调用，但监控的实际情况也要求了延时不能过大，否则将影响实时监控的效果.在延时测试中，采用了这样一种方式来测试延时:将与监控终端系统时间对照好的电子表放置在摄像头前方，随着接收天线的远离，终端监控界面显示的时间与终端系统时间的差值即为延时.表2记录了距离对于系统延时的影响，每隔5m记录一组数据，每组为间隔10秒的三个延时数据.在测试中超过90m后画面基本定格，时有传输画面跳动，但已无法测量实际延时了，因此无法记录数据，超过120m后传输速率已经为0，表示接入点已经无法连接，超出其覆盖范围.由表中也可以看出，实际监控中，54Mbps与108MbpsAP之间的距离不能超过90m，否则将影响监控效果.

表1 接入点距离对速率的影响

表2 接入点间距离对于系统延时的影响

4 结束语

本文利用LabVIEW软件设计基于无线局域网的监控方案.采用H.264/MPEG－4视频编码压缩技术和IEEE 802.11b－g标准的设备，保证了数据压缩的质量及数据传输速率，也考虑了与现行设备的兼容.对方案的测试考虑到了天气、距离、障碍物和无线干扰等情况，对方案实施的环境做了充分的估计，并提出了相应的措施.最终的实验数据表明系统能够完成实时监控，取得满意的效果，解决了在某些偏远地区的无线覆盖及监控问题，具有监测方便、实时数据采集传输等特点.

［1］Cullar D，Estrin D，Strvastava M.Overview of sensor network［J］.Computer，2004，(8):41 －49.

［2］茅建华.数字式远程视频监控系统在无人值守变电站中的应用［D］.上海:上海大学硕士学位论文，2005.

［3］柴长林.铁路站场无线网络监控系统应用技术研究［D］.北京:北京交通大学硕士学位论文，2007.

［4］黎守军.基于导航控制系统控制软件自动测试系统的研究［D］.昆明:云南大学硕士学位论文，2009.

［5］郑雯雯.多分辨率图像融合及无线网络视频图像压缩研究［D］.杭州:杭州电子科技大学硕士学位论文，2009.

［6］Pahlavan K，Krishnamurthy P.Principles of Wireless Networks:A Unified Approach［M］.Beijing:Tsinghua University Press，2003.

［7］Netgear.WG602v3 54Mbps Wireless Access Point User’s Manual［M］.Santa Clara:Netgear，2007.

［8］SparkLAN Communications.WX －7800A Wireless 802.11a+g Dual－ Band Access Point User’s Manual［M］.Guangzhou:SparkLAN，2007.

［9］张立辉，李君兴.基于LabVIEW的电能质量综合监测系统的研究［J］.制造业自动化，2011，(20):47 －49.

［10］徐亮亮，韩文波.基于LabVIEW的多传感器监测系统设计［J］.工业控制计算机，2011，(12):35 －36，97.

［11］刘晓慧，杨小勇.基于LabVIEW虚拟仪器的无线电监测系统［J］.西安邮电学院学报，2009，(5):47－50.

［12］刘红梅，杨恒亮.无线传感技术在建筑环境监测中的应用［J］.化工自动化及仪表，2012，(2):1413 －1416.