Wireless Sensor Network Applications in Military, Agricultural and Energy Research

Abstract

The physical quantities nowadays are widely measured by using electronic sensors. Wireless sensor networks (WSNs) are low-cost, low-power electronic devices capable of collecting data using their onboard sensors. Some wireless sensor nodes are equipped with actuators, providing the possibility to change the state of the physical world. The ability to change the state of a physical system means that WSNs can be used in control and automation applications. This research focuses on appropriate system design for four different wireless measurement and control cases. The first case provides a hardware and software solution for camera integration to a wireless sensor node. The images are captured and processed inside the sensor node using low power computational techniques. In the second application, two different wireless sensor networks function in cooperation to overcome seeding problems in agricultural machinery. The third case focuses on indoor deployment of the wireless sensor nodes into an area of urban crisis, where the nodes supply localization information to friendly assets such as soldiers, firefighters and medical personnel. The last application focuses on a feasibility study for energy harvesting from asphalt surfaces in the form of heat.

Fysikaaliset suureet mitataan nykyisin elektronisten anturien avulla. Langattomat anturiverkot ovat kustannustasoltaan edullisia, matalan tehonkulutuksen elektronisia laitteita, jotka kykenevät suorittamaan mittauksia niissä olevilla antureilla. Langattomat anturinoodit voidaan myös liittää toimilaitteisiin, jolloin ne voivat vaikuttaa fyysiseen ympäristöönsä. Koska langattomilla anturi- ja toimilaiteverkoilla voidaan vaikuttaa niiden fysikaalisen ympäristön tilaan, niiden avulla voidaan toteuttaa säätö- ja automaatiosovelluksia. Tässä väitöskirjaty össä suunnitellaan ja toteutetaan neljä erilaista langattomien anturi- ja toimilaiteverkkojen automaatiosovellusta. Ensimmäisenä tapauksena toteutetaan elektroniikka- ja ohjelmistosovellus, jolla integroidaan kamera langattomaan anturinoodiin. Kuvat tallennetaan ja prosessoidaan anturinoodissa vähän energiaa kuluttavia laskentamenetelmiä käyttäen. Toisessa sovelluksessa kahdesta erilaisesta langattomasta anturiverkosta koostuvalla järjestelmällä valvotaan siementen syöttöä kylvökoneessa. Kolmannessa sovelluksessa levitetään kaupunkiympäristössä kriisitilanteessa rakennuksen sisätiloihin langaton anturiverkko. Sen anturinoodit välittävät paikkatietoa rakennuksessa operoiville omille joukoille, jotka voivat tilanteesta riippuen olla esimerkiksi sotilaita, palomiehiä tai lääkintähenkilökuntaa. Neljännessä sovelluksessa toteutetaan langaton anturiverkko, jonka keräämää mittausdataa käytetään arvioitaessa lämpöenergian keräämismahdollisuuksia asfalttipinnoilta.