【正文】 與MDA320連接在一起形成數(shù)據(jù)采集節(jié)點，由一塊使用USB連接到計算機的MIB520芯片擔任網(wǎng)關(guān)節(jié)點。網(wǎng)絡通信方面使用Crossbow公司的XMesh進行振動網(wǎng)絡的組建和管理。由于無線傳感器網(wǎng)絡工作的環(huán)境往往比較惡劣，機房環(huán)境往往溫度較高，噪音、振動、及復雜的電磁環(huán)境都會影響傳感器及無線電的工作。然后簡要介紹了我們使用的Crossbow公司的開發(fā)平臺和應用軟件，（對于所使用的平臺及TinyOS將在第3章詳細的介紹）以及我們整個系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，最后是整個系統(tǒng)的流程圖和傳感器采集數(shù)據(jù)的流程圖。收集到的數(shù)據(jù)傳送到Crossbow公司的軟件平臺XServe上，經(jīng)過數(shù)據(jù)解析后形成XML格式數(shù)據(jù)流通過HTTP協(xié)議傳送至遠程計算機的網(wǎng)頁上顯示。CXL10GP3Crossbow公司出產(chǎn)的CXL10GP3加速度傳感器是一款測量范圍為10g的3軸加速度傳感器，前置的100HZ低通濾波器可以有效濾除干擾噪聲。采用此款Mote可以降低Mesh網(wǎng)絡多跳造成的延遲,增強網(wǎng)絡的穩(wěn)定性與可靠性，在相同節(jié)點數(shù)目的條件下可以覆蓋更大的監(jiān)測范圍。此項目克服了超高壓大電流環(huán)境中無線監(jiān)測裝置的電磁屏蔽、工頻干擾、電暈干擾、無線監(jiān)測裝置的長期供電等技術(shù)難題；解決了導地線微風振動傳感技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸、多參數(shù)信息監(jiān)測與集成等關(guān)鍵技術(shù)問題。BP公司的項目最終驗證了這套系統(tǒng)的現(xiàn)實可行性[2]。通過振動信息來監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當磨損或撕裂現(xiàn)象出現(xiàn)時則通過無線通信發(fā)送警告。CXL10GP3加速度傳感器通過套件中的MDA320數(shù)據(jù)采集板連接到Crossbow的無線傳感器網(wǎng)絡平臺上，實現(xiàn)了低功耗、多跳的無線傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。解決了無線傳感器的電力供給問題，不必頻繁的更換電池。可以在磨損出現(xiàn)時快速鑒別分析是何種故障，為預測性維護提供了可靠的信息。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)和硬件制造技術(shù)的發(fā)展基于無線傳感器網(wǎng)絡的振動監(jiān)測系統(tǒng)成為了可能。因此基于傳感器的即時監(jiān)測技術(shù)應運而生，這種系統(tǒng)可以隨時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)。傳統(tǒng)的維護方式是出了故障再修理或者定期檢修，但是現(xiàn)代工業(yè)體系中的設備往往具備大型化，連續(xù)化，高速化，自動化的特性[1]。基于無線傳感器的振動檢測畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III1 緒論 1 選題意義 1 技術(shù)背景 2 本文工作 22 系統(tǒng)設計 4 需求分析 4 硬件結(jié)構(gòu) 5 軟件結(jié)構(gòu) 8 功能流程 163 關(guān)鍵技術(shù) 17 振動數(shù)據(jù)采集 17 XMesh網(wǎng)絡協(xié)議 19 數(shù)據(jù)處理 22 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 234 測試 255 結(jié)論 27致謝 28參考文獻 291 緒論 選題意義當代社會的工業(yè)生產(chǎn)中，設備的機械化，自動化，信息化，智能化程度都日新月異的發(fā)展和進步著。一旦產(chǎn)生故障就會使整條生產(chǎn)線停頓，甚至對生產(chǎn)設備造成嚴重損傷，由此帶來的經(jīng)濟損失將是不可承受的。出現(xiàn)故障前兆立刻報警，大大減少了不必要的檢修并提供有效的故障預測信息，使得預測性維護成為可能?；跓o線傳感器網(wǎng)絡的監(jiān)測系統(tǒng)不需要鋪設大量的線路，因此可以以較低的成本組建起一個監(jiān)測網(wǎng)絡，同時在性能與成本之間達到一個均衡。同時無線傳感器節(jié)點可以在嚴酷的環(huán)境內(nèi)長時間穩(wěn)定工作，此項技術(shù)已經(jīng)應用于發(fā)電機組，船舶動力艙，生產(chǎn)線上的機械設備以及對建筑的振動監(jiān)測。綜上所述，基于無線傳感器網(wǎng)絡的振動監(jiān)測系統(tǒng)有著廣闊的應用場景，而隨著半導體加工技術(shù)的飛速進步及處理器速度的提升。此套系統(tǒng)之前已有過成功的應用案例在英國BP石油公司的一艘運行在北海的萬噸運油船Loch Rannoch。相似的例子還有發(fā)電站的機房及高壓輸電線路。在為期數(shù)月的實驗期間，振動監(jiān)測系統(tǒng)在船舶動力室2738℃的高溫及來自動力機組的強烈振動中忠實的完成了其所被賦予的任務。驗證了基于無線傳感器的振動監(jiān)測網(wǎng)絡在實際工業(yè)環(huán)境中部署的可能性，及其廣闊的市場前景。MDA320Crossbow推出的MDA320是一款16位的ADC數(shù)據(jù)采集板，提供8通道16/12位ADC采樣，同時提供標準的5v。內(nèi)置的信號調(diào)理電路可以保證輸出信號的可信性。2 系統(tǒng)設計本章內(nèi)容是關(guān)于系統(tǒng)總體框架和設計的，這一章的開頭部分我們首先論述了工業(yè)生產(chǎn)對基于無線傳感器網(wǎng)絡的振動監(jiān)測系統(tǒng)的需求分析。 需求分析現(xiàn)代工業(yè)設施的許多地方都需要使用振動監(jiān)測來評估設備的健康狀況，例如各種電機，發(fā)動機及轉(zhuǎn)軸上使用的軸承。并且需要監(jiān)測的設備運行時長時間處于振動狀態(tài)，因此需要將加速計牢固的依附在機械表面。通過XMesh的網(wǎng)絡協(xié)議，振動節(jié)點和網(wǎng)關(guān)之間可以形成星型網(wǎng)絡。網(wǎng)絡運行時，由計算機終端通過XServe發(fā)送采集命令到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，再由網(wǎng)關(guān)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集。代碼將先通過USB下載到Atmega 16L隨后處理器將代碼燒入節(jié)點。 處理器/無線電板 XM2110芯片，是Crossbow公司的最新產(chǎn)品。圖 XM2110芯片 無線電的射頻傳輸電源可以在3dBm（毫瓦分貝），更低的傳輸功率可以通過減少電磁干擾降低無線電功率實現(xiàn)。與MDA300數(shù)據(jù)采集板相比，其結(jié)構(gòu)精簡卻具有相同的功能。 數(shù)據(jù)采集板 MDA320也是無線傳感器網(wǎng)絡使用最多的芯片之一，每個傳感器都將通過電纜與MDA320連接，通過其板載的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。直接輸出0～5V標準信號。該單元通過無線電與網(wǎng)關(guān)節(jié)點上的無線電雙向傳輸信息，從而接受命令收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)送至計算機上的XServe軟件。專為嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)設計的TinyOS和nesc語言擁有代碼量小、耗能少、并發(fā)性高、健壯性好的特點，能夠很好的適應無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的硬件環(huán)境。當然這個網(wǎng)站就是我們軟件結(jié)構(gòu)的客戶端部分。2. 模塊化無線傳感器網(wǎng)絡設計的趨勢是針對特定的應用而不是普遍的應用, 不同的應用所需要的硬件平臺是不相同的。由于節(jié)點數(shù)量眾多以及節(jié)點被散布的環(huán)境使頻繁更換節(jié)點的電池是不可行的, 甚至是不可能的, 因此低功耗的操作將延長整個網(wǎng)絡的生命周期, 是操作系統(tǒng)設計必須滿足的條件。TinyOS(TinyMicro Threading Operating System)是一個開源的嵌入式操作系統(tǒng), 它由加州大學伯克利分校開發(fā),主要應用于無線傳感器網(wǎng)絡方面。TinyOS 系統(tǒng)、庫及應用程序都是用nesC 語言寫的語言寫的，這時一種新的用于編寫結(jié)構(gòu)化的基于組件的應用程序的語言。TinyOS 定義了許多在nesC 中所表達的重要概念。組成程序的組件來自于兩個方面，一部分是系統(tǒng)提供的組件，另一部分是為特定應用用戶自定義的組件。命令和事件要作為硬件事件句柄的一部分而執(zhí)行必須使用關(guān)鍵字async 來聲明。如果程序員確實可以擔保對某個數(shù)據(jù)的訪問不會導致麻煩，可以將該變量使用關(guān)鍵字norace 來聲明。作業(yè)之間互相平等, 沒有優(yōu)先級之分, 所以作業(yè)的調(diào)度采用簡單的FIFO。TinyOS 的作業(yè)隊列如果為空, 則進入極低功耗的Sleep 模式。對資源采取 圖 TinyOS作業(yè)調(diào)度過程預先分配, 且目前這個隊列里最多只能有7 個待運行的作業(yè)。4. 基于事件的調(diào)度策略, 只需少量空間就可獲得并發(fā)性, 并允許獨立的組件共享單個執(zhí)行上下文。但是C 語言不能有效、方便地支持面向無線傳感器網(wǎng)絡的應用和操作系統(tǒng)開發(fā)。但是, C 語言也有許多的不足之處: C 語言的安全性和程序結(jié)構(gòu)化方面做的工作很不夠。3. NesC 是一個“靜態(tài)語言”：nesC 的組件模型和參數(shù)化的接口減少了許多動態(tài)內(nèi)存分配的要求。此外 nesC 要設計應對共享數(shù)據(jù)訪問的策略。之所以設置模塊和配置兩種組件就是為了使程序開發(fā)者能夠使用預建的模塊快速的裝配新的應用程序而不需要額外的編程。接口使用關(guān)鍵字Provides和Uses來界定方法。 他們的完成由一個事件( 發(fā)送完成)標志。3. 配線由上所述nesC語言主要是依靠配置文件與已有的組件連接而快速形成應用程序。同樣的規(guī)則也適用于start()命令及stop()命令。換言之，使用接口的組件在左邊，提供接口的組件在右邊，右邊的組件中將包含所使用函數(shù)的代碼實現(xiàn)。而makefile 文件需要按照某種語法進行編寫，文件中需要說明如何編譯各個源文件并連接生成可執(zhí)行文件，并要求定義源文件之間的依賴關(guān)系。 節(jié)點層當數(shù)據(jù)采集流程開始時，首先由網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收來自服務器端的命令參數(shù)。隨后采集完畢的節(jié)點會向網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)送采集完成消息，隨后網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)送上傳數(shù)據(jù)命令收集數(shù)據(jù)。隨后將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)節(jié)點也就是VibrationBase運行的地方。（關(guān)于采集部分的技術(shù)將在第3章詳細論述） 中間層中間層的程序主要是Crossbow公司的XServe軟件，我們主要通過XServe的命令窗口輸入運行命令及參數(shù)。Sensor information web有三大主要功能：1. 為用戶提供傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收集、存儲、共享、可視化以及傳感器節(jié)點的控制。系統(tǒng)和傳感器之間采用webservice 的方式通信，這樣可以屏蔽底層的差異，不用關(guān)心底層的通信細節(jié)；同時只要傳感器網(wǎng)絡通信的格式滿足系統(tǒng)制定的標準，用戶也可以很容易的將其集成到系統(tǒng)中。隨后將詳細的介紹XMesh組網(wǎng)協(xié)議，XMesh是Crossbow公司開發(fā)的一套用來組建無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議，其中包含了消息傳遞機制，應用程序ID等保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵概念，是對TinyOS系統(tǒng)原有功能的更改和增加，帶有濃重的公司特色。 加速計驅(qū)動CXL10GP3加速計是Crossbow公司生產(chǎn)的一種測量范圍在10G的3軸加速計，采用微機電系統(tǒng)（MEMS）工藝加工而成。數(shù)據(jù)采集完成后，被寫入XM2110的存儲器中。VibrationBase模塊負責傳感器網(wǎng)絡與中間層XServe的聯(lián)系，主要負責接受XServe發(fā)送過來的命令參數(shù)然后對傳感器節(jié)點發(fā)出相應的消息來控制數(shù)據(jù)采集。采集完成后觸發(fā)SensingDone（）事件，這個事件將向基站發(fā)送消息告知數(shù)據(jù)采集完成。這部分工作一開始就進入了死胡同，面對一個加速計完全不知道從何著手。實際上根據(jù)已有的資料，我并不需要編寫到匯編一級的代碼?？梢酝ㄟ^配置文件將這三個針腳分別綁定到模數(shù)轉(zhuǎn)換板的對應針，當加速計開啟時模擬信號將直接傳送到對應的信號入口并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。本文中時間觸發(fā)的事件都安排在基站部分的程序中，當時鐘觸發(fā)時基站執(zhí)行對應的操作如發(fā)起時間同步，發(fā)送采集數(shù)據(jù)命令等。同時對于各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Crossbow公司也有許多自