【正文】 與MDA320連接在一起形成數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，由一塊使用USB連接到計(jì)算機(jī)的MIB520芯片擔(dān)任網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)通信方面使用Crossbow公司的XMesh進(jìn)行振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的組建和管理。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作的環(huán)境往往比較惡劣，機(jī)房環(huán)境往往溫度較高，噪音、振動(dòng)、及復(fù)雜的電磁環(huán)境都會(huì)影響傳感器及無(wú)線電的工作。然后簡(jiǎn)要介紹了我們使用的Crossbow公司的開發(fā)平臺(tái)和應(yīng)用軟件，（對(duì)于所使用的平臺(tái)及TinyOS將在第3章詳細(xì)的介紹）以及我們整個(gè)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，最后是整個(gè)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(tái)XServe上，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)解析后形成XML格式數(shù)據(jù)流通過(guò)HTTP協(xié)議傳送至遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的網(wǎng)頁(yè)上顯示。CXL10GP3Crossbow公司出產(chǎn)的CXL10GP3加速度傳感器是一款測(cè)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(luò)多跳造成的延遲,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與可靠性，在相同節(jié)點(diǎn)數(shù)目的條件下可以覆蓋更大的監(jiān)測(cè)范圍。此項(xiàng)目克服了超高壓大電流環(huán)境中無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置的電磁屏蔽、工頻干擾、電暈干擾、無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置的長(zhǎng)期供電等技術(shù)難題；解決了導(dǎo)地線微風(fēng)振動(dòng)傳感技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、多參數(shù)信息監(jiān)測(cè)與集成等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。BP公司的項(xiàng)目最終驗(yàn)證了這套系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)可行性[2]。通過(guò)振動(dòng)信息來(lái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)磨損或撕裂現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)則通過(guò)無(wú)線通信發(fā)送警告。CXL10GP3加速度傳感器通過(guò)套件中的MDA320數(shù)據(jù)采集板連接到Crossbow的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了低功耗、多跳的無(wú)線傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。解決了無(wú)線傳感器的電力供給問(wèn)題，不必頻繁的更換電池?？梢栽谀p出現(xiàn)時(shí)快速鑒別分析是何種故障，為預(yù)測(cè)性維護(hù)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為了可能。因此基于傳感器的即時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這種系統(tǒng)可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。傳統(tǒng)的維護(hù)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(shè)備往往具備大型化，連續(xù)化，高速化，自動(dòng)化的特性[1]?；跓o(wú)線傳感器的振動(dòng)檢測(cè)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(shè)計(jì) 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(dòng)數(shù)據(jù)采集 17 XMesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 19 數(shù)據(jù)處理 22 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 234 測(cè)試 255 結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 291 緒論 選題意義當(dāng)代社會(huì)的工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備的機(jī)械化，自動(dòng)化，信息化，智能化程度都日新月異的發(fā)展和進(jìn)步著。一旦產(chǎn)生故障就會(huì)使整條生產(chǎn)線停頓，甚至對(duì)生產(chǎn)設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p傷，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失將是不可承受的。出現(xiàn)故障前兆立刻報(bào)警，大大減少了不必要的檢修并提供有效的故障預(yù)測(cè)信息，使得預(yù)測(cè)性維護(hù)成為可能?；跓o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不需要鋪設(shè)大量的線路，因此可以以較低的成本組建起一個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在性能與成本之間達(dá)到一個(gè)均衡。同時(shí)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)可以在嚴(yán)酷的環(huán)境內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)組，船舶動(dòng)力艙，生產(chǎn)線上的機(jī)械設(shè)備以及對(duì)建筑的振動(dòng)監(jiān)測(cè)。綜上所述，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，而隨著半導(dǎo)體加工技術(shù)的飛速進(jìn)步及處理器速度的提升。此套系統(tǒng)之前已有過(guò)成功的應(yīng)用案例在英國(guó)BP石油公司的一艘運(yùn)行在北海的萬(wàn)噸運(yùn)油船Loch Rannoch。相似的例子還有發(fā)電站的機(jī)房及高壓輸電線路。在為期數(shù)月的實(shí)驗(yàn)期間，振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在船舶動(dòng)力室2738℃的高溫及來(lái)自動(dòng)力機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)中忠實(shí)的完成了其所被賦予的任務(wù)。驗(yàn)證了基于無(wú)線傳感器的振動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際工業(yè)環(huán)境中部署的可能性，及其廣闊的市場(chǎng)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(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)的5v。內(nèi)置的信號(hào)調(diào)理電路可以保證輸出信號(hào)的可信性。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章內(nèi)容是關(guān)于系統(tǒng)總體框架和設(shè)計(jì)的，這一章的開頭部分我們首先論述了工業(yè)生產(chǎn)對(duì)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求分析。 需求分析現(xiàn)代工業(yè)設(shè)施的許多地方都需要使用振動(dòng)監(jiān)測(cè)來(lái)評(píng)估設(shè)備的健康狀況，例如各種電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)軸上使用的軸承。并且需要監(jiān)測(cè)的設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)時(shí)間處于振動(dòng)狀態(tài)，因此需要將加速計(jì)牢固的依附在機(jī)械表面。通過(guò)XMesh的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，振動(dòng)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)之間可以形成星型網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，由計(jì)算機(jī)終端通過(guò)XServe發(fā)送采集命令到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。代碼將先通過(guò)USB下載到Atmega 16L隨后處理器將代碼燒入節(jié)點(diǎn)。 處理器/無(wú)線電板 XM2110芯片，是Crossbow公司的最新產(chǎn)品。圖 XM2110芯片 無(wú)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(guò)減少電磁干擾降低無(wú)線電功率實(shí)現(xiàn)。與MDA300數(shù)據(jù)采集板相比，其結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)卻具有相同的功能。 數(shù)據(jù)采集板 MDA320也是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用最多的芯片之一，每個(gè)傳感器都將通過(guò)電纜與MDA320連接，通過(guò)其板載的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將傳感器采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。直接輸出0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。該單元通過(guò)無(wú)線電與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的無(wú)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(jì)算機(jī)上的XServe軟件。專為嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的TinyOS和nesc語(yǔ)言擁有代碼量小、耗能少、并發(fā)性高、健壯性好的特點(diǎn)，能夠很好的適應(yīng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件環(huán)境。當(dāng)然這個(gè)網(wǎng)站就是我們軟件結(jié)構(gòu)的客戶端部分。2. 模塊化無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)是針對(duì)特定的應(yīng)用而不是普遍的應(yīng)用, 不同的應(yīng)用所需要的硬件平臺(tái)是不相同的。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多以及節(jié)點(diǎn)被散布的環(huán)境使頻繁更換節(jié)點(diǎn)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(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期, 是操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須滿足的條件。TinyOS(TinyMicro Threading Operating System)是一個(gè)開源的嵌入式操作系統(tǒng), 它由加州大學(xué)伯克利分校開發(fā),主要應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面。TinyOS 系統(tǒng)、庫(kù)及應(yīng)用程序都是用nesC 語(yǔ)言寫的語(yǔ)言寫的，這時(shí)一種新的用于編寫結(jié)構(gòu)化的基于組件的應(yīng)用程序的語(yǔ)言。TinyOS 定義了許多在nesC 中所表達(dá)的重要概念。組成程序的組件來(lái)自于兩個(gè)方面，一部分是系統(tǒng)提供的組件，另一部分是為特定應(yīng)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(lái)聲明。如果程序員確實(shí)可以擔(dān)保對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)不會(huì)導(dǎo)致麻煩，可以將該變量使用關(guān)鍵字norace 來(lái)聲明。作業(yè)之間互相平等, 沒(méi)有優(yōu)先級(jí)之分, 所以作業(yè)的調(diào)度采用簡(jiǎn)單的FIFO。TinyOS 的作業(yè)隊(duì)列如果為空, 則進(jìn)入極低功耗的Sleep 模式。對(duì)資源采取 圖 TinyOS作業(yè)調(diào)度過(guò)程預(yù)先分配, 且目前這個(gè)隊(duì)列里最多只能有7 個(gè)待運(yùn)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(dú)立的組件共享單個(gè)執(zhí)行上下文。但是C 語(yǔ)言不能有效、方便地支持面向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和操作系統(tǒng)開發(fā)。但是, C 語(yǔ)言也有許多的不足之處: C 語(yǔ)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(gè)“靜態(tài)語(yǔ)言”：nesC 的組件模型和參數(shù)化的接口減少了許多動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的要求。此外 nesC 要設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)共享數(shù)據(jù)訪問(wèn)的策略。之所以設(shè)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(yù)建的模塊快速的裝配新的應(yīng)用程序而不需要額外的編程。接口使用關(guān)鍵字Provides和Uses來(lái)界定方法。 他們的完成由一個(gè)事件( 發(fā)送完成)標(biāo)志。3. 配線由上所述nesC語(yǔ)言主要是依靠配置文件與已有的組件連接而快速形成應(yīng)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(shí)現(xiàn)。而makefile 文件需要按照某種語(yǔ)法進(jìn)行編寫，文件中需要說(shuō)明如何編譯各個(gè)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(diǎn)層當(dāng)數(shù)據(jù)采集流程開始時(shí)，首先由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收來(lái)自服務(wù)器端的命令參數(shù)。隨后采集完畢的節(jié)點(diǎn)會(huì)向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集完成消息，隨后網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)也就是VibrationBase運(yùn)行的地方。（關(guān)于采集部分的技術(shù)將在第3章詳細(xì)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(guò)XServe的命令窗口輸入運(yùn)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(luò)數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、共享、可視化以及傳感器節(jié)點(diǎn)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(xì)節(jié)；同時(shí)只要傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的格式滿足系統(tǒng)制定的標(biāo)準(zhǔn)，用戶也可以很容易的將其集成到系統(tǒng)中。隨后將詳細(xì)的介紹XMesh組網(wǎng)協(xié)議，XMesh是Crossbow公司開發(fā)的一套用來(lái)組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，其中包含了消息傳遞機(jī)制，應(yīng)用程序ID等保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵概念，是對(duì)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(jì)驅(qū)動(dòng)CXL10GP3加速計(jì)是Crossbow公司生產(chǎn)的一種測(cè)量范圍在10G的3軸加速計(jì)，采用微機(jī)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(chǔ)器中。VibrationBase模塊負(fù)責(zé)傳感器網(wǎng)絡(luò)與中間層XServe的聯(lián)系，主要負(fù)責(zé)接受XServe發(fā)送過(guò)來(lái)的命令參數(shù)然后對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的消息來(lái)控制數(shù)據(jù)采集。采集完成后觸發(fā)SensingDone（）事件，這個(gè)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(jìn)入了死胡同，面對(duì)一個(gè)加速計(jì)完全不知道從何著手。實(shí)際上根據(jù)已有的資料，我并不需要編寫到匯編一級(jí)的代碼?？梢酝ㄟ^(guò)配置文件將這三個(gè)針腳分別綁定到模數(shù)轉(zhuǎn)換板的對(duì)應(yīng)針，當(dāng)加速計(jì)開啟時(shí)模擬信號(hào)將直接傳送到對(duì)應(yīng)的信號(hào)入口并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。本文中時(shí)間觸發(fā)的事件都安排在基站部分的程序中，當(dāng)時(shí)鐘觸發(fā)時(shí)基站執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作如發(fā)起時(shí)間同步，發(fā)送采集數(shù)據(jù)命令等。同時(shí)對(duì)于各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Crossbow公司也有許多自