基于Zigbee協(xié)議的飛機無線嵌入式實時油液監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
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引言
飛機的油液監(jiān)測是利用油液分析技術(shù)對飛機使用的潤滑油和液壓油進行綜合分析，以獲得飛機發(fā)動機的潤滑和磨損情況以及液壓系統(tǒng)的使用情況，進行油液分析可以有效地監(jiān)測飛機的發(fā)動機、起落架、襟副翼和尾翼等關(guān)鍵部件的使用情況，檢查并預(yù)測飛機的故障，保證飛行的安全。
1 油液分析方式方法與現(xiàn)狀
油液分析技術(shù)又稱為設(shè)備磨損工況監(jiān)測技術(shù)，是一種新型的設(shè)備維護技術(shù)，它利用油液所攜帶的設(shè)備工況信息來對設(shè)備的當前工作狀況以及未來工作狀況做出判斷，從而為設(shè)備的正確維護提供了有效的依據(jù)，達到預(yù)防性維修的目的。目前，油液分析技術(shù)主要有油液性能分析法、污染度分析法和磨粒分析法3 種方法。
根據(jù)油液樣品采集方式和分析地點的不同與關(guān)系，機器油液分析儀器或系統(tǒng)可以劃分為3 種基本形式，如圖1 所示響。
（1） 離線式（off - line） , 以現(xiàn)場（on- site, 應(yīng)用便攜式油液分析儀器） 和非現(xiàn)場（off - site, 應(yīng)用基本配置或完全配置油液分析實驗室） 兩種模式分析周期或非周期性方式采集的代表性油液樣品。離線式機器油液分析的缺點是分析結(jié)果受油液樣品采集、運輸和實驗過程中多種因素的影響。
（1） 離線式（off - line） , 以現(xiàn)場（on- site, 應(yīng)用便攜式油液分析儀器） 和非現(xiàn)場（off - site, 應(yīng)用基本配置或完全配置油液分析實驗室） 兩種模式分析周期或非周期性方式采集的代表性油液樣品。離線式機器油液分析的缺點是分析結(jié)果受油液樣品采集、運輸和實驗過程中多種因素的影響。
?。?） 在線式（on- line） , 連續(xù)或間歇地分析部分循環(huán)油液。在線式機器油液分析技術(shù)對機器油液流動狀態(tài)的影響小，能夠提供直接結(jié)果且?guī)缀醪皇芡獠恳蛩赜绊懀秉c是如果樣品采集量較少時，在線分析結(jié)果可能喪失代表性。
?。?） 嵌入式（in- line） 或原位型（in- site） , 連續(xù)分析系統(tǒng)中的全部循環(huán)油液。嵌入式機器油液分析技術(shù)的優(yōu)點是對全部油液進行分析并立即提供分析結(jié)果，分析過程不受外部因素影響，但嵌入式機器油液分析實施困難，而且可能對油液系統(tǒng)正常工作帶來影響。
圖1 油液分析的方式傳統(tǒng)的飛機進行油液分析，都是采用離線式的方法，首先要在現(xiàn)場對每架飛機放油采集油樣，然后送到實驗室進行分析，分析完成后再將數(shù)據(jù)送給現(xiàn)場維修人員和決策者，由于油液運輸和數(shù)據(jù)傳遞需要大量時間，進行一次油液分析的周期往往很長，不利于裝備維修的時效性。另外，在油液采樣和運輸過程中還有可能引入污染，影響分析結(jié)果。
近年來，西方發(fā)達國家利用電子技術(shù)和信號處理技術(shù)，研制了多種新型嵌入式油液分析傳感器，并在此基礎(chǔ)上，針對各種不同類型的設(shè)備，開發(fā)了一系列油液在線監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了在線分析和實時監(jiān)控。
2 Zigbee 技術(shù)
Zigbee 是一種低速無線個域網(wǎng)技術(shù)，它適用于通信數(shù)據(jù)量不大、數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低、分布范圍較小，但對數(shù)據(jù)的安全可靠有較高要求，而且要求成本和功耗非常低，并容易安裝使用的場合。其具有極低的功耗和固態(tài)組網(wǎng)能力且經(jīng)濟性好，安全可靠，復(fù)雜度低。Zigbee 網(wǎng)絡(luò)分為4 層，從下向上分別為物理層（PHY） 、媒體訪問控制層（MAC） 、網(wǎng)絡(luò)層（NKW）和應(yīng)用層（APL） 。IEEE802154標準主要負責(zé)制定Zigbee的物理層和媒體訪問控制層，它是Zigbee 技術(shù)的基礎(chǔ)。Zigbee技術(shù)聯(lián)盟在它之上定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。
本文設(shè)計了基于Zigbee 協(xié)議的飛機嵌入式實時油液監(jiān)測系統(tǒng)，利用嵌入式油液分析傳感器獲取油液數(shù)據(jù)，然后利用基于Zigbee 協(xié)議的無線通信方式將數(shù)據(jù)匯聚到簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點對數(shù)據(jù)進行處理后再傳送到sink 節(jié)點，由sink 節(jié)點將數(shù)據(jù)上傳到PC機，通過PC機進行詳細的油液數(shù)據(jù)分析以得到結(jié)果。這樣既可以省去反復(fù)放油以及油液運輸?shù)墓ぷ髁?，?jié)省時間，又可以消除在放油和油液運送過程中引入污染的可能。
3 系統(tǒng)總體設(shè)計
該油液監(jiān)測系統(tǒng)采用新型的嵌入式油液分析傳感器來在線實時的獲取油液數(shù)據(jù)，然后利用Zig bee 協(xié)議來實現(xiàn)傳感器節(jié)點與簇頭節(jié)點以及簇頭節(jié)點與sink 節(jié)點之間的通信，來傳遞采集來的數(shù)據(jù)，sink 節(jié)點再利用USB 接口與PC 機連接，將數(shù)據(jù)上傳到PC 機中。系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖2 所示
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