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- 新墨西哥州的科學(xué)家利用RFID探索洞穴
- 來源：RFID射頻快報 發(fā)表于 2011/2/18
目前，新墨西哥大學(xué)（UNM）的研究人員在正在開發(fā)一個基于ZigBee的無線RFID傳感系統(tǒng)，以幫助科學(xué)家更好地了解洞穴和熔巖洞的自然環(huán)境和地球氣候的潛在變化。研究人員認(rèn)為，這項技術(shù)不僅能用在自然洞穴，還能用在礦井里，甚至可能用在其他星球上，如火星。
洞穴外面的環(huán)境因素可以影響地下的狀況。天氣波動引起的空氣壓力的變化可以形成洞穴內(nèi)的呼吸效應(yīng)，因為冷暖空氣是循環(huán)流通的�？茖W(xué)家們說，根據(jù)地下的一些狀況，地球的很多事情已經(jīng)被人們了解，但是目前那些深邃的或者難以進(jìn)入的洞穴幾乎沒有得到任何的監(jiān)測和探索。像這種洞穴的監(jiān)測儀器需要不能對洞穴環(huán)境造成干擾。
研究小組最初考慮在洞穴中使用傳感器進(jìn)行地上研究，包含了一臺波動傳感器（熱電偶來測量溫度的快速波動）。2009年，這個研究小組（小組由新墨西哥大學(xué)電子工程專業(yè)副教授Anders Jorgensen領(lǐng)導(dǎo)）開始規(guī)劃一套在洞穴里使用的系統(tǒng)，其中的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以跟蹤波動、溫度、氣壓和濕度，然后每隔一段時間向后端系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)，其中的信息可以被保存并分析。
2009年下半年，研究人員開發(fā)了一套采用2.4 GHz的RFID傳感器的無線系統(tǒng)來收集有關(guān)洞穴狀態(tài)的數(shù)據(jù)。研究小組建立的這套系統(tǒng)包括溫度、氣壓、濕度和波動傳感器，但是氣壓的信息不管用，Jorgensen說，因為測量儀器對于研究小組想要測量的壓力變化不夠敏感。每個傳感器連接到一個板載處理器上，帶有一個飛思卡爾半導(dǎo)體公司的電池供電的ZigBee收發(fā)器。
在2009年的部署中，小組里的研究生把6個傳感器放在Junction洞穴墻壁附近的自然平地上，Junction洞穴在新墨西哥的El Malpais國家紀(jì)念碑處（位于阿爾布開克西邊，距阿爾布開克約90分鐘的路程）。還有些傳感器被放置在洞穴里一些海拔較高的地方，因為洞穴的頂部較高。另外一些傳感器被放置在洞穴頂部中間或頂部附近的位置。研究人員在1000英尺長的洞穴里的前幾百英尺放置了傳感器，它們的間距為30英尺，以保持有效的閱讀范圍。
每個傳感器設(shè)備（包括 ZigBee收發(fā)器）大小約為2英寸×3英寸。部署的RFID技術(shù)方案中包含了新墨西哥大學(xué)購買的飛思卡爾半導(dǎo)體公司的MC1321X評估套件。每一個傳感器形成了一個ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中把數(shù)據(jù)傳送到下一個傳感器，直到傳輸?shù)竭_(dá)中心（Linux系統(tǒng)上運行的一臺小電腦），這個中心位于洞穴內(nèi)45米處，在傳感器的中央，裝有研究小組研發(fā)的RFID軟件用來接收、編譯和管理數(shù)據(jù)。這些傳感器測量濕度、溫度和波動，并把這些測量信息和傳感器裝置唯一的ID號傳送出去。這個中心的軟件采集數(shù)據(jù)，編譯測量結(jié)果并把這些結(jié)果與洞穴里的傳感器和傳感器的位置相連。
經(jīng)過24小時之后，研究小組收集的數(shù)據(jù)顯示了洞穴里的前幾百英尺（系統(tǒng)安裝的長度）發(fā)生的事情。系統(tǒng)安裝到位的那個晚上外面下起了暴雨，但洞穴的內(nèi)部是干燥的。數(shù)據(jù)表明在暴雨期間，洞穴內(nèi)沒有什么變化，但是那個雨夜在洞穴的頂部附近有較強的空氣波動，這似乎與下雨的時間是一致的。Jorgensen說，一個令人驚訝的結(jié)果是人的存在似乎會影響讀數(shù)。比如說當(dāng)洞穴里有研究人員或者來訪者的時候溫度就會上升并加大波動。此類數(shù)據(jù)對科學(xué)家來說很重要，因為洞穴里人的出現(xiàn)可能會影響生態(tài)系統(tǒng)。
這項研究進(jìn)行了24個小時，在研究的基礎(chǔ)上，研究人員發(fā)現(xiàn)無線傳感器系統(tǒng)可以可靠地采集和傳送洞穴里的數(shù)據(jù)。這個小組還討論了建立一套帶有蜂窩式連接的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可以實時的從中心發(fā)送到后端服務(wù)器上。
Jorgensen說，在這之后，這個小組開發(fā)出一套更小的、更有效的系統(tǒng)，使用德州儀器的eZ430 - RF2480入門套件，有可能使基于ZigBee的RFID標(biāo)簽變得更小。學(xué)生們發(fā)現(xiàn)，新系統(tǒng)耗電量比以前的系統(tǒng)更少，而每個傳感器節(jié)點的成本僅為25美元。節(jié)點尚未安裝在任何洞穴，因為這樣的工程將需要再投入一些資金。研究人員發(fā)現(xiàn)新型的較小的節(jié)點傳輸距離可達(dá)150英尺。新系統(tǒng)的運行時間預(yù)計超過80天，每分鐘從4個傳感器里采集取樣。省電功能的實現(xiàn)得益于微控制器能夠從傳感器采集并傳輸數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入睡眠模式，直到下一次采集時再激活。
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