1. 研究目的与意义
随着工业发展，环境问题已严重影响社会的可持续发展。特别是长期以来粗放型经济增长方式，使环境遭到很大破坏，已经影响到人类健康。例如：2004年沱江3.02特大水污染事件，2005年北江镉污染事件，2007年太湖水污染事件等。这些重大污染事件，使人类负出了惨重代价，更给我们敲响了警钟，环境保护已经刻不容缓。物联网(Internet of Things)是把传感器嵌入或置入建筑、电网、桥梁、大坝、工厂等需要监测的物体中，传感器实时采集现场的数据信息，然后通过网络，将数据发送到监测中心，达到监测人员、监测中心对基础设施实施有效的监控。实现对数据的智能化采集、传输和处理，达到智能化的状态。实现物与物、人与物的连结，提高资源利用率、劳动效率和生产力水平，改善人与自然的关系。
物联网技术的发展，为环境监测提供有效的监测手段。运用物联网技术检测对人类和环境有影响的各种物质含量、排放量、环境状态参数和跟踪环境质量的变化，为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息，为环境监督、执法提供可靠、有力证据。在企业排污口或对环境分析有重要意义的位置布置监测点，通过网络将监测点采集的数据信息传输到监测中心，然后监测中心对数据汇总、分析和处理，最后以不同形式呈现给监测人员，实现对环境信息自动化、智能化管理，提高对环境污染事件监测、报警、预警能力。无疑，基于物联网研究环境监测，将具有重大的应用价值。
2. 国内外研究现状分析
物联网及其应用研究受到诸多国家和企业的高度重视。2008年底，IBM公司向美国政府提出智慧地球的战略。2009年，奥巴马上任后将IBM智慧地球提升到国家战略的高度，欧盟委员会提出的《欧盟物联网行动计划》明确了物联网的研究路线及重点研究领域，韩国通信委员会发布了《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网确为新的经济增长动力。2010年，欧盟委员会提出的《欧洲数字计划》表明欧盟希望基于互联网的智能基础设施发展和构建物联网管理框架引领物联网的发展。发达国家快速发展的计算机网络技术，使数据传输突破时空限制，扩大了通信范围，承载更多数据量，提高传输速度。所有这些，为环境实时在线监测创造了有利条件。欧美等发达国家对环保仪器、环保监测研究较早，取得了显著效果，拥有大批环境监测方面的成果和专利，产生许多不同环境监测方法和仪器。这些都为物联网在环境监测的应用提供了必要的条件，使在线实时、动态监测成为现实，使全局性的环境监测系统逐渐形成。例如：美国根据1990年清洁空气法，研发利用富里埃红外光谱(FTIR)测醛、酮等化合物的定量、定性软件，为实现固定污染源自动监测奠定了基础；ENSYS公司实现对水资源质量和空气质量等监测信息分级采集、存储、分析处理、显示及发布，并在许多国家和地区建立了环境监测网络；澳大利亚墨尔本大学和詹姆斯库克大学联合开发了以iMote2和μnode为硬件平台的GBR无线传感器网络应用系统，用于监测澳洲东北沿海的空气温度、湿度、风速、海水温度等参数；BBN公司和美国哈佛大学合作开展CitySense无线传感器网络系统，该系统共部署了100个传感器节点，用于监测大范围天气和空气污染情况，可监测的环境指标有：二氧化碳浓度、温度、大气压、风向、风速、湿度、声音等。
我国政府高度重视物联网的研究和发展。2009年，温家宝总理在江苏无锡考察提出感知中国的战略构想。2010年，首次将物联网写入两会工作报告中，并指出要加快物联网的研发和应用。2011年和2012年两会工作报告分别指出：促进物联网示范应用和加快物联网试点示范工作步伐。这一系列的重要讲话和报告表明：大力发展物联网产业将成为一项具有国家战略意义的重要决策。我国环境监测起步较晚，与国外环境监测的技术和仪器装备相比，我国的监测技术相对比较落后，仪器功能比较单一，采集数据误差较大，通信设施落后，不能及时、准确反映排污状况，严重影响对环境的科学决策和管理。最近几年，物联网技术的发展和数据采集仪器的日益成熟，为我国环境监测提供了发展机遇，对提高我国环境监测能力和实现不同空间、不同地域的环境自动监测、自动上传、自动处理、自动发布的智能化环境监测具有重大意义。我国已初步建成连接31个省级环保局、新疆生产建设兵团环保局和5个计划单列市环保局的环境信息广域网络系统。2004年底，国家环保总局启动?建设国家环境数据中心项目。该中心向社会发布84个重点监测城市的空气质量监测日报数据，68个重点监测城市的空气质量监测预报数据。2007年中央财政安排20亿资金用于建设科学完善的污染减排指标、监测和考核三大体系，约7000个重点排污单位安装自动监控设备，建设国家、省、市三级336年重点污染源监控中心，通过网络连接构成国控重点污染源自动监测系统。目前，全国共建成306个省、市级污染源监控中心，对2665家企业实施了自动监测。清华大学、香港科技大学、西安交通大学、浙江农林大学等高校联合开展的绿野千传(GreenOrbs)森林生态物联网，部署1000多节点监测森林的温度、电压、光照等生态指标。香港科技大学和中国海洋大学联合开展无线传感网络平台OceanSense，用于海洋环境监测。该平台设置20个监测节点，用于采集和分析处理温度、光强、信号强度等海洋环境参数。
3. 研究的基本内容与计划
利用atos实验平台的开发环境及软件完成包括数据采集，数据传输及显示的内容。硬件体系包括：射频模块，网关板，节点板，传感器模块。
射频模块是atos 平台中重要的组成部分之一，是实现射频收发、存储控制程序、执行控制程序的多功能模块，模块采用了ti 公司的cc2530 芯片为核心芯片（集射频收发功能、8051 微控制器、高速flash 为一体的芯片），同时还扩展了usb 在线烧录接口用于在线烧录器进行烧录程序。
在atos 实验平台当中，无论是节点还是基站，都需要配备一个射频模块进行程序控制。
4. 研究创新点
随着传感器网络技术的发展，研究开发人员希望传感器网络节点能够提供更加具有普用途的功能，比如传感器硬件的管理、无线通信模块、i/o 总线和诸如外部flash 这样的设备进行管理。然而在应用程序的开发过程中，需要考虑到任务调度、能量管理和对资源限制的适应性等个方面的因素。因此，若要使得传感器节点能够提供上述功能，并且在提供的这些功能之间达到协调，就需要运行操作系统。为此，研究人员开发设计出了tinyos 操作系统。
tinyos 操作系统是uc berkeley（加州大学伯克利分校）开发的开源操作系统，专门为嵌入式无线传感器网络设计，该操作系统基于组件（component-based）的架构使得程序能快速更新，同时又减小了受传感器网络节点存储器限制的代码长度。
一般而言，tinyos 操作系统的组件分为3 种类型：硬件抽象组件，合成硬件组件和高层软件组件。硬件抽象组件对物理硬件设备进行了tinyos 的组件化。在tinyos 系统平台中，每个硬件资源都被抽象成一个或多个易于操作的组件，用户程序访问这些资源时只需调用对应组件相应的功能接口，即可实现对硬件的操作。合成硬件组件所起到的作用即为将硬件抽象组件与高层软件组件进行连接。它可以利用硬件抽象组件提供的接口实现高于硬件抽象件的功能，比如对字节的发送与接收。高层的软件组件实现了对整个系统的控制、建立路由和数据传输等。多个下层组件可以连接起来构成上一层更大的组件，而最上层的组件就是应用程序。
