旋轉(zhuǎn)機械軟件平臺

本系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在GAINZ平臺軟件基礎(chǔ)上修改，將傳感器節(jié)點進行分組，并設(shè)置各個節(jié)點所能通信的網(wǎng)絡(luò)分組，將傳感器節(jié)點劃分為不同的網(wǎng)絡(luò)組。 1.數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集模塊中的傳感器采用簡單的電阻應(yīng)變式傳感器、熱敏電阻及濕敏電阻等，在不同的振動、溫度及濕度下產(chǎn)生不同的電壓，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換讀取相應(yīng)的信息。ADC驅(qū)動實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，主要實現(xiàn)以下接口。 (1)硬件初始化接口，主要負責(zé)對ADC的控制寄存器進行設(shè)置，將ADC配置為預(yù)期的工作模式，在系統(tǒng)初始化時調(diào)用；參考電壓選擇；ADC使能，ADC中斷使能等。 (2)采集數(shù)據(jù)接口，主要負責(zé)選擇輸入通道，并啟動一次AD轉(zhuǎn)換，供其他需要AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的模塊調(diào)用。 2.數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)傳輸中的射頻模塊采用Chipcon公司的2．4GHz支持802．15．4／Zigbee的CC2420芯片。在系統(tǒng)上電時，對CC2420進行初始化，設(shè)置工作頻率、工作模式、節(jié)點ID、網(wǎng)絡(luò)ID等并初始化數(shù)據(jù)包，之后每5000個時鐘周期發(fā)送一次數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)的載荷為傳感器所讀取的數(shù)據(jù)，為10次讀數(shù)所獲得的值，每發(fā)送一次數(shù)據(jù)序列號字段值加1。 地址字段Address包括源地址、目的地址、源網(wǎng)絡(luò)和目的網(wǎng)絡(luò)，其格式如表1。 每個節(jié)點設(shè)置一個IEEE64位長地址demo_ieee_address及一個16位短地址shortaddress，并且每個節(jié)點屬于一個網(wǎng)絡(luò)，擁有一個網(wǎng)絡(luò)編號SPAN。 uint8_tdemo_ieee_address[8]；／／IEEE64位長地址 uintl6_tshortaddress；／／16位短地址 uintl6_tsource_pan；／／網(wǎng)絡(luò)編號SPAN 由于GAINZ平臺編程麻煩，通過對GAINZ節(jié)點進行修改，采用節(jié)點的Bootloader程序，實現(xiàn)對節(jié)點進行遠程重編程。 ATMEGAl28片內(nèi)具有128K的FLASH程序存儲器，Bootloader功能將其分為應(yīng)用程序區(qū)(ApphcationSection)和引導(dǎo)加載區(qū)(BootloaderSection)，通過設(shè)置BOOTSZ熔絲位來配置其大小，并可以設(shè)置不同的加密級別。 3.3程序更新 (1)SINK節(jié)點程序更新。SINK節(jié)點通過串口進行應(yīng)用程序的更新。Bootloader程序主要實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送，Hash的讀寫及驗證等功能。Bootloader程序通過JTAG接口燒寫到Hash的引導(dǎo)加載區(qū)，JTAG一端與計算機串口相連，另外一端與SINK節(jié)點連接。應(yīng)用程序通過串口寫入Flash的應(yīng)用程序區(qū)，SINK節(jié)點直接通過串口與計算機相連。 (2)傳感器節(jié)點程序更新。傳感器節(jié)點通過2.4GHz無線射頻收發(fā)芯片接收數(shù)據(jù)并通過SPI接口來實現(xiàn)應(yīng)用程序的升級。Bootloader程序主要實現(xiàn)無線接口數(shù)據(jù)的收發(fā)、Flash的讀寫及驗證等功能。其程序流程圖如圖3所示。編譯選項及熔絲位配置同SINK節(jié)點。 PC機通過串口與SINK節(jié)點相連，傳感器節(jié)點與SINK節(jié)點之間采用無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)，PC機將更新程序的編程數(shù)據(jù)發(fā)送給SINK節(jié)點，再由SINK節(jié)點傳輸給傳感器節(jié)點。 3.網(wǎng)絡(luò)分組 將傳感器節(jié)點分為不同的網(wǎng)絡(luò)組，并設(shè)置節(jié)點所屬的網(wǎng)絡(luò)分組，以及每個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點、目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，需要設(shè)置的信息見表2。 4、結(jié)語 在對旋轉(zhuǎn)機械進行實時監(jiān)測與故障診斷中，通過布置盡量多的傳感器節(jié)點來獲取更準(zhǔn)確、更全面的數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)提供了較強的容錯能力。同時，傳感器節(jié)點都布置在旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的近距離范圍內(nèi)，對感測到的振動方面的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。并且大大降低了監(jiān)測設(shè)備的成本，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械中的可能存在的潛在問題，方便對設(shè)備進行提前的、必要的維護等，延長了設(shè)備的使用壽命。通過OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的仿真，結(jié)果顯示達到了設(shè)計要求。 參考文獻 [1]李燕軍,陳積明,王智.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)中的應(yīng)用.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2005. [2]宋文.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,2007 [3]陳利虎.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)試驗平臺的研究[D].國防科技大學(xué),2004 [4]何軍.無線通信與網(wǎng)絡(luò)[M].清華大學(xué)出版社,2004 [5]趙燕.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京大學(xué)出版社,2010 [6]崔遜學(xué),趙湛,王成.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域應(yīng)用于設(shè)計技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社,2009.