[发明专利]一种机械振动监测专用无线传感器网络节点

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器领域，特别是一种机械振动监测的无线传感器网络节点。

背景技术

机械装备特别是大型关键装备的可靠性、可用性、安全性和可维护性关系到企业的生产效率和人民的生命财产安全。为了能够预防机械设备故障，越来越多的工业企业采用机械振动监测系统对关键设备进行监测，国内外已先后推出过多种机械振动监测系统，在一定的程度上保证了关键机械设备的安全和稳定运行。现有成熟的机械振动监测系统大多数采用有线方式连接传感器、信号调理设备和数据采集设备，这种数据获取方式存在连线较多、布线复杂、电缆易于损毁、成本高、可维护性差、缺少灵活性等缺点，对于大量移动和旋转的设备或部件，有线连接方式更难以有效完成监测任务。

采用新兴的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)监测模式来构建无线、分布式机械振动监测系统可以弥补传统有线监测系统的不足。无线传感器网络具有易于部署、扩展灵活和易于维护等特点，利用无线传感器网络节点可以将机械振动信号测点联网，使机械装备和监测系统结合成为一个整体，构成智能装备物联网系统。

经出现的一些无线振动监测传感器网络，主要是针对桥梁、高楼等一些大型的建筑结构的低频振动进行监测，对于机械振动监测专用无线传感器网络及其节点的研究还较少有成果报道。已出现的一些机械振动无线传感器网络应用中，大多直接采用现有的通用无线传感器节点或对其进行模仿，而这些通用节点不是专门针对机械振动监测而开发，因而存在着以下亟待解决的问题：

1、现有的大多数无线传感器网络应用及其节点大多数对同步精度要求不高甚至不要求多节点同步采集，而机械振动数据采集往往需要多个测点同步进行数据采集，要求节点具有高精度低功耗的时间同步协议和同步采集方法。

2、现有节点大多数针对少量数据的采集与传输，而机械振动监测无线传感器网络往往需要将较大的原始数据块向上级网络传输，传输过程中哪怕丢失一个片段都可能对分析结果产生较大影响，因此必须解决大量数据在低功耗无线网络中可靠传输的问题。

3、现有的无线传感器网络节点大多数没有配备振动信号传感器或配备的传感器频带较窄（≤200Hz），只能满足桥梁、建筑物等低频结构振动信号的拾取，不能用于频率相对较高的机械振动信号拾取。

4、现有的节点绝大多数数据存储空间较小、数据存取速度较慢。高速高精度数据采集必然在短时间内产生大量的数据，在连续数据采集过程中，存储空间较小容易造成存储溢出而丢失数据，存储系统写入速度过慢容易造成数据无法及时缓存而丢失。

发明内容

本发明的目的就是提供一种机械振动监测专用无线传感器网络节点，它为无线传感器网络技术应用于机械振动监测提供了基础的硬件平台。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有加速传感器、处理器Ⅰ、处理器Ⅱ、采集模块、电源模块和存储模块，加速传感器的数据输出端与采集模块相连，采集模块对数据处理后将数据发送至处理器Ⅰ，处理器Ⅰ将数据存储在存储模块中，并对数据进行处理，处理器Ⅰ与处理器Ⅱ进行数据交互，处理器Ⅱ负责无线通讯协议的运行，完成节点自组网、时间同步和数据收发任务，电源模块为处理器Ⅰ、处理器Ⅱ和存储模块供电。

进一步，处理器Ⅰ采用ARM Cortex-M3内核微处理器STM32f103，处理器Ⅰ和处理器Ⅱ板对板连接器插接，进行串口通信。

进一步，所述采集模块包括有程控放大器、抗混叠滤波器和16位AD转换器，加速传感器采集到的数据依次通过程控放大器、抗混叠滤波器和16位AD转换器处理后通过SPI接口发送至处理器Ⅰ。

进一步，所述存储模块包括有Micro SD卡和小容量Flash单元。

进一步，处理器Ⅰ通过高速SDIO接口访问Micro SD卡，通过SPI接口访问小容量Flash单元。

进一步，所述处理器Ⅱ采用CC2430低功耗射频收发芯片，在芯片上集成有微处理器8051。

进一步，所述加速传感器采用ADI公司的高性能低功耗MEMS测振加速度传感器ADXL001-70g。

进一步，所述电源模块包括有充电电路、锂电池和电源管理单元，通过充电电路为锂电池充电，锂电池通过电源管理单元输出电源，电源管理单元的供电模式分为休眠模式和工作模式。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：