架構於ZigBee協定的生物環境無線感測網路監控系統

Abstract

本研究使用遵循 ZigBee 與 IEEE 802.15.4 協定的多組 TmoteSky (Moteiv, USA) 做為感測節點，各個 TmoteSky 搭配特定的感測器和控制裝置，架構一個具特定功能的無線感測與控制網路。研究中採用柏克萊大學發展的 TinyOS 嵌入式作業系統，並根據其規範的 nesC 語言撰寫應用程式。 首先針對 TmoteSky 在室內與室外環境下之傳輸距離、不同工作狀態下之耗電量與不同跳接數目下之傳輸成功率進行探討。結果顯示 TmoteSky 在室內的可靠傳輸距離為 30公尺，而室外的可靠傳輸距離達 60公尺。每秒擷取一次29 bytes的感測數據，CPU 未休眠，全新的 AA 鹼性電池可以讓 TmoteSky 持續運作約5.5天，如果10分鐘擷取一次相同數據，每次擷取時間只有1秒鐘其餘時間 CPU進入休眠狀態，則預測 TmoteSky 可以運作5.98個月。另一個有關數據傳輸成功率的實驗涉及鏈狀與星狀拓樸，各使用6個 TmoteSky。整體而言，鏈狀似乎比星狀拓樸穩定，因為前者各節點的數據回傳時所需跳接次數較多但整體的傳輸成功率卻也較高。 本研究運用 TmoteSky 建立3種無線感測網路的應用範例，分別為 WSN 監測系統、模擬居家系統與加速度的互動計數器。將三者之任一或整合均可適用於生物環境系統的監控。研究中涉及的感測器包括內建於 TmoteSky 的兩種光量及溫、濕度感測器與外接 ECH2O 含水率感測器；也使用含有6種感測器的 SBT80感測模組 (Easysen, USA) ，尤其針對二軸加速度計建立點對點的加速度測試模組，並做成簡易互動式計數器，後續可根據偵測加速度的變化，應用於居家看護之研究，譬如用於偵測家中老人或病人突然間的摔倒。 無線感測網路的應用正方興未艾，本研究是一個小起點，後續的研究之路仍是非常寬闊與長遠。