无线传感网络监测系统在图书馆古籍保护领域的应用.docx

       无线传感网络监测系统在图书馆古籍保护领域的应用                     于亚瑞，石骏骥（大连大学，辽宁大连116622）摘要：古籍特藏文献是图书馆各类文献中最为重要和珍贵的文献，由于保存条件落后等原因，残损情况严重要保护、管理、利用好古籍资源，需要科技力量的支持利用各种环境传感器多点监测古籍，同时通过无线数传方式将环境数据上传，达到实时监测古籍保存环境关键词：古籍；WSN；传感器G640 文献标志码：A ：1674-9324（2013）47-0115-02一、前言古籍作为中华民族的文化遗产，要求永久保存但在古籍保存过程中出现损坏的原因是多方面的，在众多的原因之中，保存环境的温湿度条件、水、火灾害是最主要的影响因素虫、霉的危害主要是由于温湿度的控制不当引起的，而水、火灾除了管理上疏忽外也与技术设施的缺乏有着直接的关系过去，因受经济、技术等条件的制约，对古籍的保护只能是相对的如今，随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanism System，MEMS）、片上系统（System On Chip，SOC）、无线通讯和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）。

通过无线通讯形成网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发给观察者强大的数据获取和处理能力使得其应用范围十分广泛，并已得到越来越多的关注运用此技术实现古籍特藏文献的保护是可行并成熟的另一方面，节能减排、绿色环保也是社会所倡导和大力弘扬的，本系统也正是顺应了此发展形势应运而生，实现古籍文献的温、湿度、水和火焰的监测根据《图书馆古籍特藏书库基本要求》中所述，古籍特藏书库温、湿度的控制标准为：温度16℃（冬季）～22℃（夏季），相对湿度45%（冬季）～60%（夏季）同时要求温湿度24小时恒定，避免波动范围过大书库的防火设计是建筑设计的重要内容，国家标准建筑设计防火规范（GBJ16-87）、人民防空工程设计防火规范（GB50098-98）、文化行业标准图书馆建筑防火安全技术标准（WH0506-96）是书库建筑防火设计要求的规范性文件，古籍书库的防火设计必须符合其中的有关规定理论依据为系统设计提供了数据，同时也为最终系统的实现提供了可靠的保证二、系统简介本系统利用终端的传感器（温度、湿度、火焰、漏水）采集数据，以特定的数据格式、无线传输的方式上传至服务器，由计算机程序汇总录入并实时监测，当终端数据异常时则报警。

本系统按功能分为两个部分，一部分是获取环境参数；另一部分是数据处理下面首先介绍获取环境参数的过程获取环境参数主要由终端节点通过传感器获取终端节点负责采集各个房间或者同一房间不同位置的环境参数，比如温、湿度、火焰等；并把采集到的环境参数通过无线传输（433MHZ）的方式传送到服务端节点数据处理部分的流程如下：服务端节点接收到终端数据后通过有线通信，把环境参数传送给控制中心（计算机服务器）控制中心接收到环境参数后，放入存储区域，然后启动数据智能管理分析功能，对收集到的环境参数进行分析，最终做出决策并可对控制中心的存储数据进行统计，得到一段时间以来的温、湿度曲线做分析使用三、系统的设计（一）节点的硬件设计1.温湿度检测模块采用DHT11数字温湿度传感器作为检测器件，该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件，在5V电源电压下，工作平均最大电流0.5mA，功耗很低2.火焰、漏水检测模块火焰检测传感器采用LM393芯片，红外接收头，用于检测波长在760纳米～1100纳米范围内的热源，探测角度可达60度漏水检测传感器采用表面接触性水汽传感器，灵敏度可通过电位器调节，可直接与CPU的I/O通讯。

3. 微控制器单元设计终端节点采用以单片机STC12C5A60S2作为系统CPU该单片机是单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8-12倍4.RF射频通讯模块和功放模块电路设计1）RF射频通信模块设计CC1100芯片是Chipcon公司的单片的UHF收发器，专为低功耗的无线应用而设计电路设定433MHz的工作频率波段单片机和CC1100的GDO0，GDO1，CSN，UCKL1，SIMO1，SOMI1相连，用以对CC1100进行的信号控制，对CC1100寄存器和工作模式进行配置2）PA功放模块电路设计很多情况下，网络中的终端节点同服务端节点的距离不定，当距离超出射频芯片最大功率传输范围时，终端同服务端就无法进行通信为解决此类RF射频芯片自身传输距离较近的问题，提出了在射频发射通道上对433MHz工作频段进行功率放大在终端电路中，采用SKY WORKS公司生产的Sky65004功率放大器（Power Amplifier）芯片，此芯片具有高性能、宽频段、线性好、转换效率高等优点二）通信设计由服务端按照规定的数据通讯格式、指定的终端节点顺序发送指令。

每个终端收到指令后将分析，将其中站号标志位信息提取出来，判断是否是发给自己的指令如果不是则继续执行自己采集数据、屏显任务如果是，则将采集到的各传感器数据按照指定的数据格式通过无线发送至服务端，此时服务端等待指定的终端数据在指定的时间间隔内若没有收到终端发来的数据，则再发送一次指令如果收到终端节点的信息，则给下一个终端节点的发送指令，反复如此循环服务端同计算机通过串行总线连接，每次服务端接收到终端数据时都通过串口转发给计算机，由指定的程序接收三）软件设计单片机在KEIL C51开发平台下，使用C作为开发语言终端节点同服务端节点是不同的两套程序，可通过按键设置将结果保存至CPU的flash中，掉电不丢失每次开机启动时系统将自动检测该区域数据，以判断是终端还是服务器端终端和服务端都按照《图书馆古籍特藏书库基本要求》的标准设定温、湿度的上下限值，当有逾值发生时立即发出警报计算机采用VS.NET为开发工具，ACCESS数据库保存数据此软件系统分为：用户管理、系统设置、信息采集、统计分析四大模块四、结语本系统利用现代化的科技手段实现环境监测，像古籍这样对环境参数有较高要求的地方可以实现监测并及时报警处理，对于古籍的保护有较高的实用价值。

参考文献：[1]孙利民，李建中.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005：3-6，39-352.[2]张金波，周金陵，曹敬.多传感器管理在无线传感器网络应用中的研究[J].微机发展（现更名：计算机技术与发展），2005，15（10）：155-160.基金项目：2012年大连大学“大创计划”项目（项目编号：2012026）成果作者简介：于亚瑞（1991-），男，陕西西安人，本科生通讯作者：石骏骥（1978-），男，辽宁大连人，高级工程师，本科，主要从事计算机技术工作 -全文完-。