利用LabVIEW和WSN技术实现对一座12世纪的名胜古迹的监测

　　西班牙，阿吉拉尔场的Santa María la Real基金，为一座可以追溯到12世纪教堂及其修道院开展了一项修复工程。项目由Castile 和 León地方政府通过Románico Norte计划提供资金，来支持Santa María la Real基金和遗产监测系统计划（MHS）。本地行动小组País Románico也通过环境农业渔业部的开发计划为Santa María la Real基金和遗产监测系统计划筹措资金。

　　在这座具有历史意义的教堂改造完成后，基金会意识到遗迹需要连续监测从而保护教堂不受环境衰退的侵害。因此，小组开发了一套实验性的方案用于监测教堂的环境参数，包括如下几方面：

　　·教堂外部的空气温度和相对湿度

　　·教堂中殿内部17个位置的空气温度以及相对湿度

　　·一套位于教堂上部的微型气象站的数据采集系统

　　·结构振动的测量

　　教堂的保护团队决定将这些测量数据存储于一台位于教堂内部的中央计算机，数据将被传送到远程站点用以观察和管理。另外，还需要安装一个红外入口探测器、一个火警探测器以及一个用于遥控外部设备的装置。

　　团队选择了WSN（无线传感器网络）技术用于测量温度和湿度参，以及入口探测器，火警探测器和制动器。此外团队使用NI WLS-9163 Wi-Fi模块结合三轴加速计来测量结构振动。

　　团队选择 LabVIEW来管理整个系统以及同时执行多个进程。的挑战来自于线路和传感器的安装，既要满足测量信号的需求，又要不破坏教堂的美观，这是很困难的。图1描述了教堂中殿的传感器网络的大概位置。

　　Figure 1: 节点贡献计划

　　具体来说，团队在一个小房间内安装了两个NI WSN-9791网关，并将它们隐藏，使得人们不会注意到它们，但是这样信号的质量就变得很差了。为此，团队使用了信号增强的处理方式，采用高增益的外部天线来增强信号，放置位置如图2所示。

　　为了测量温度和湿度，团队使用了型号为为HMP50的温度与湿度计， 并采用NI WSN-3202 模拟输入节点将它们连接起来。这一装置每10秒钟读取温度和湿度度值，计算每分钟内的平均值，并将其传给网关。只有在检测到变化的时候，数字输入才会发送数据。只有当网关发送指令时数字输出才会被激活，然后连接到特定位置的固态继电器上。另外，团队为WSM-3202添加了保护性外壳，这样可以确保传感器的安全性。

　　团队使用LabVIEW管理测量系统，开发了一套基于多线程的应用程序，可以同时执行若干进程。这些进程包括如下任务：

　　Figure 2: 测量节点

　　后来，小组把节点装置放在防水的地方，那里更易于上色和隐藏。这使得这个位置成为信号接收的较佳位置。

　　团队使用LabVIEW管理测量系统，开发了一套基于多线程的应用程序，可以同时执行若干进程。这些进程包括如下任务：

　　·测量来自传感器网络和气象站的数据

　　·读取来自加速计的数据

　　·使用互联网将数据传送给远方的数据库

　　·管理用户界面

　　进程被均衡的分配在惠普（HP） Proliant ML115 G5服务器（一个四核Opteron CPU）的不同核上。应用程序调用Service Keeper and Service Mill的工具来作为Windows操作系统的服务运行。部分接口如图4和5所示。

　　Figure 3: 用户界面截图

　　保护团队安装了一个气象站，通过串行总线和一个Wi-Fi接入点相连。服务器上的DIGI Realport软件仿真一个串口，LabVIEW应用程序可以通过这个串口读取气象站的数据。

　　团队使用同样的策略连接WLS-9163装置读取三个加速度计通道的数据。他们将WLS-9163 Wi-Fi客户端连接到Wi-Fi接入点，LabVIEW由模拟输入通道读取数据。

　　虽然传感器的工作环境很恶劣，但是整个网络能够依然运行，这些节点只要有8%的信号强度他们就能够传输数据，而一般情况下所有的节点能够超过20% 的信号强度。有些节点偶尔会失去连接，这可以通过中继节点来解决，但这种解决方案并不可行，因为中继节点并不能从外部获取供电，会很快耗尽电池。

　　通过上面所述的这些技术，LavVIEW虚拟仪器技术和WSN技术，团队开发了一套完整的监测系统，将不同的传感器组成网络，实现方便快速的监测。

　　通过在LabVIEW中开发节点程序允许在节点中完成复杂的数据处理，确保了节点电池的使用时间和更高的能源利用率。例如，保护团队可以应用一种策略，对采集到的数据求平均或进行其他复杂计算，当数据出现变化时，才会传送数据。同样的，节点间的数据传输功能也允许团队实现远程配置节点程序。教堂保护团队实现了他们的目标，维护了一座重要历史宝库的特色和完整性。