基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核電裝備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言
隨著現(xiàn)代化大生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，核電裝備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，功能越來越完善，自動化程度也越來越高。因此對核電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測就變得很重要。例如1979年3月美國發(fā)生的三里島核電站事故和1986年4月前蘇聯(lián)發(fā)生的切爾諾貝利核電站事故，再三地向人們詮釋了安全操作的重要性。傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)要么是離線監(jiān)測，要么是基于有線的設(shè)計(jì)。然而有線存在很多不可避免的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：
(1)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)困難，新增或者減少傳感器都很麻煩，消耗大量人力物力資源；
(2)人難以接近的位置，如核電站的深層設(shè)備、旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)動部分、危險(xiǎn)區(qū)域及運(yùn)動的設(shè)備，無法對傳感器進(jìn)行有線連接；
(3)有線一般公用電源，如果沒有良好的有線隔離，將導(dǎo)致一個(gè)傳感器故障引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)的崩潰；
(4)大量傳感器的安裝往往受到電纜重量和費(fèi)用的限制，大量布線增加了系統(tǒng)潛在危險(xiǎn)和不可控性。為了解決這些問題，迫切需要引入一種新型的、無需布線的網(wǎng)絡(luò)。一種可行的方案是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)應(yīng)用到核電裝備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
WSN是無線Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要研究分支，是隨著MEMS、傳感技術(shù)、無線通訊和數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的信息獲取和處理模式。它是由隨機(jī)分布的傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)通過自組織的方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)(如圖1所示)，WSN具有造價(jià)低、規(guī)模大、分布式模式、無需布線、節(jié)約成本、面向具體應(yīng)用、配置靈活、工作頻段無需申請和付費(fèi)、支持硬件加密等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)在很多領(lǐng)域進(jìn)行了成功的應(yīng)用，比如軍事應(yīng)用；環(huán)境監(jiān)測，比較典型的例子是生物學(xué)家借助WSN對美國緬因州大鴨島上的一種海燕的生活習(xí)性進(jìn)行細(xì)微觀察；工業(yè)監(jiān)控，英特爾公司為美俄勒岡的一家芯片制造廠安裝200個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，來監(jiān)控設(shè)備的振動情況。2003年，美國《技術(shù)評論》雜志論述未來新興十大技術(shù)時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被列為第一項(xiàng)未來新興技術(shù)。我國于2006年初發(fā)布的《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》為信息技術(shù)確定了三個(gè)前沿方向，其中兩個(gè)與WSN的研究直接相關(guān)，足見對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重視程度。

核電站設(shè)備冗余多、系統(tǒng)復(fù)雜，其監(jiān)測數(shù)據(jù)和診斷技術(shù)與常規(guī)電廠有很大的不同，長期以來，對機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測與診斷是采用傳統(tǒng)的閾值方法。針對以上特點(diǎn)，本文將WSN應(yīng)用到核電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中來，用無線網(wǎng)絡(luò)代替有線網(wǎng)絡(luò)，不失為一種可行的方案。本文設(shè)計(jì)了基于LM3S1138和CC2420的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了雙電源系統(tǒng)，并且在實(shí)時(shí)性很高的TEEN路由算法基礎(chǔ)上設(shè)置了信號采集周期。應(yīng)用該系統(tǒng)可以達(dá)到很好的數(shù)據(jù)采集效果。