大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計劃項(xiàng)目申報表(已改無錯字)
2022-08-31 02:36:21 本頁面
【正文】 把這幾種操作系統(tǒng)綜合運(yùn)用。在研究無線傳感器節(jié)點(diǎn)時將比較這些操作系統(tǒng)的性能，以選擇更適合靜力/疲勞試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中無線傳感網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)。另外，低功耗的問題也涉及軟件實(shí)現(xiàn)的方法。軟件同時應(yīng)提供電源管理功能，以盡可能充分降低節(jié)點(diǎn)功耗。b).無線傳感網(wǎng)絡(luò)可采用分級結(jié)構(gòu)，在分級結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)被分為簇，每個簇又由一個簇頭和多個簇成員組成，這些簇頭形成了高一級的網(wǎng)絡(luò)。在高一級的網(wǎng)絡(luò)中，又可以分簇，再次形成更高一級的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級。在分級的結(jié)構(gòu)中，簇頭結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，它可以預(yù)先指定，也可以由結(jié)點(diǎn)使用算法選舉產(chǎn)生。每個網(wǎng)絡(luò)簇中都包含傳感節(jié)點(diǎn)，路由處理節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)三個部分。傳感節(jié)點(diǎn)的任務(wù)是根據(jù)傳感點(diǎn)需要采集不同的所需要的物理量，如溫度，壓力，濕度等等，路由節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的路由，接收節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)信號的接收和處理。為降低對每個節(jié)點(diǎn)的功耗需求，可采用多跳路由的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)簇之間的連接。3).無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究a). 對面向結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和靜力/疲勞試驗(yàn)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將分為基礎(chǔ)層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)管理與處理層、應(yīng)用開發(fā)環(huán)境層和應(yīng)用層?；A(chǔ)層以傳感器集合為核心,包括每個傳感器的軟、硬件資源。基礎(chǔ)層的功能包括監(jiān)測感知對象、采集感知對象的信息、傳輸發(fā)布信息以及初步的信息處理。網(wǎng)絡(luò)層以通信網(wǎng)絡(luò)為核心,功能是實(shí)現(xiàn)傳感器與傳感器、傳感器與用戶之間的通信,網(wǎng)絡(luò)層包括通信網(wǎng)絡(luò)、支持網(wǎng)絡(luò)通信的各種協(xié)議和軟、硬件資源。數(shù)據(jù)管理與處理層是以數(shù)據(jù)管理與處理軟件為核心,包括支持?jǐn)?shù)據(jù)的采集、存儲、查詢、分析等各種數(shù)據(jù)管理,為用戶決策提供有效的幫助。應(yīng)用開發(fā)環(huán)境層作為最底下的三層和應(yīng)用層之間的過渡，為用戶能夠在基礎(chǔ)層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)管理與處理層的基礎(chǔ)上開發(fā)各種傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件提供有效的軟件開發(fā)環(huán)境和軟件工具。應(yīng)用層由各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件系統(tǒng)構(gòu)成。b). Zigbee是在原有IEEE Compliant Radio協(xié)議的基礎(chǔ)上由Ember, Freescale, Honeywell, Invensys, Mitsubishi, Motorola, Philips and Samsung等八個公司聯(lián)合提出并改進(jìn)的世界上第一個專為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)地測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這個協(xié)議的最大優(yōu)點(diǎn)就是比較好的考慮了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的功耗問題，同其他已有的協(xié)議相比，如藍(lán)牙、IEEE ，該協(xié)議可有效降低無線傳感網(wǎng)絡(luò)的功耗。另外該協(xié)議的安全性、容錯性也較好，適合節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多的網(wǎng)絡(luò)。在本項(xiàng)目的研究中，將研究并應(yīng)用Zigbee協(xié)議，并比較今后可能出現(xiàn)的其他協(xié)議，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和靜力/疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。4). 基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的靜力／疲勞試驗(yàn)方法、準(zhǔn)則及健康監(jiān)測方法a). 參考軍機(jī)結(jié)構(gòu)靜力／疲勞試驗(yàn)大綱及規(guī)范，設(shè)計基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的靜力／疲勞試驗(yàn)流程； 對傳感網(wǎng)絡(luò)多節(jié)點(diǎn)的測試采用物理時鐘同步方法進(jìn)行同步，同時研究飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力／疲勞試驗(yàn)時的加載與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)測試的協(xié)調(diào)方法。b). 參考常規(guī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法，研究基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的的結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測及損傷識別方法。5). 基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的靜力/疲勞和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測實(shí)驗(yàn)研究依托中航一集團(tuán)全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力/疲勞航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，選取典型的航空結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件，如飛機(jī)大型壁板、盒段，進(jìn)行上述無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和靜力/疲勞試驗(yàn)中的功能驗(yàn)證，同時通過實(shí)驗(yàn)，研究對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的評價方法，通過實(shí)驗(yàn)完善基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的靜力／疲勞試驗(yàn)方法、準(zhǔn)則及健康監(jiān)測方法。可行性分析：研究思想為申請者在研究了所在實(shí)驗(yàn)室相關(guān)課題組成員所積累的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的，這些經(jīng)驗(yàn)包括了十幾年有關(guān)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究經(jīng)驗(yàn)及對無線傳感網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)外最新研究進(jìn)展的把握。研究方案也參考了大量國際上無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新進(jìn)展，方法比較成孰。申請者的指導(dǎo)老師及相關(guān)課題組成員一直長期從事結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、傳感技術(shù)、信號信息處理及人工智能等方面的研究，在這方面具有較豐富的經(jīng)驗(yàn)并已取得不少進(jìn)展，其中在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方面的研究成果先后獲國家發(fā)明三等獎1項(xiàng)及其他省部級科技進(jìn)步獎6項(xiàng)，這些進(jìn)展有一些可在本項(xiàng)目的研究中加以應(yīng)用。課題的前期準(zhǔn)備充分，申請者所在的課題組較熟悉國外的相關(guān)產(chǎn)品。申請者所在實(shí)驗(yàn)室已于2002年從美國Cross Bow公司購買了2套MOTE MICA無線傳感器開發(fā)平臺，2004年又購買了2套MOTE MICAZ系統(tǒng)，為實(shí)踐實(shí)驗(yàn)方案提供了良好的平臺。課題組成員已熟悉該套系統(tǒng)的全部性能及相關(guān)TinyOS軟件操作系統(tǒng)。申請者所在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)利用該無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)同多主體協(xié)作技術(shù)結(jié)合初步構(gòu)成了一個分布式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)連接件失效和集中載荷的定位監(jiān)測，該系統(tǒng)已于2004申請了國家發(fā)明專利（專利申請?zhí)枺? ）。申請者所在課題組已經(jīng)在完全熟悉Mote軟硬件的基礎(chǔ)上，初步研制出我們自己的無線傳感節(jié)點(diǎn)，圖一為所初步研制的無線傳感節(jié)點(diǎn)照片，這套系統(tǒng)的性能與Mica系統(tǒng)相當(dāng)。申請者參與了這套無線傳感節(jié)點(diǎn)的研制工作，主要參與了A/D轉(zhuǎn)換器、信號調(diào)理電路、電源及其電源管理電路的設(shè)計和封裝工
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