基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

　　當(dāng)節(jié)點接收到周圍節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)包時，該節(jié)點會首先檢查自己是否在前一轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的有向虛擬隙范圍內(nèi)，檢查標(biāo)準(zhǔn)如(3)式所示。其中xc，yc為該節(jié)點的坐標(biāo)，(xint,yint)為前一轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點坐標(biāo)，如圖6所示。

　　若不能滿足式(3)，則丟棄該數(shù)據(jù)包；若能滿足，則該節(jié)點會用自己的坐標(biāo)和有向虛擬隙替換前一節(jié)點的坐標(biāo)和有向虛擬隙，并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

　　定向洪泛協(xié)議采用了有向虛擬隙的概念，迅速減少了網(wǎng)絡(luò)中的冗余數(shù)據(jù)量，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞的幾率，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能耗。同時，定向洪泛保持了傳統(tǒng)洪泛協(xié)議的高容錯能力的特性，保證了網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

　　2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計如圖7所示，節(jié)點采取模塊化結(jié)構(gòu)，由微控制模塊、通信模塊、電源管理模塊、傳感器模塊和接口模塊構(gòu)成。

　　微控制模塊采用Atmel公司的高端單片機(jī)ATmega128微處理器。它采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)，基于RISC結(jié)構(gòu)，具有片內(nèi)128KB的程序存儲器（Flash）、4KB的數(shù)據(jù)存儲器(SRAM)和4KB的EEPROM，JTAG、UART、SPI、I2C總線等接口。ATmega128可在多種不同模式下工作，除了正常工作模式以外，還具有六種不同等級的低能耗工作模式，因此該微處理器適合低能耗的應(yīng)用場合。

　　無線通信模塊采用Chipcon公司2003年推出的兼容2.4GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻芯片CC2420，采用CMOS工藝生產(chǎn)，具有工作電壓低、能耗低、體積小、輸出強(qiáng)度高和收發(fā)頻率可編程等特點，可確保短距離通信的有效性和可靠性，最大收發(fā)速率為250kb/s。CC2420與微處理器的連接非常簡單，通過SPI（CSn、SO、SI、SCLK）接口與微處理器交換數(shù)據(jù)、發(fā)送命令。

　　電源管理模塊為了適應(yīng)電機(jī)運行狀態(tài)監(jiān)測環(huán)境的要求，采用3.3V電池或220V交流電雙重取電的設(shè)計。220V的交流電通過變壓器變頻和降壓為5V的直流電，再通過穩(wěn)壓芯片AMS1117繼續(xù)降壓為3.3V的直流電。當(dāng)所處環(huán)境附近有220V交流電源時，節(jié)點使用交流電工作；當(dāng)所處環(huán)境不能提供220V交流電時，節(jié)點使用3.3V電池工作。
傳感器模塊包含溫度傳感器DS18B20、紅外傳感器PD632和加速度傳感器ADXL202。

　　接口模塊包含SPI接口、JTAG接口、UART接口等。

3 實驗結(jié)果分析
 
　　應(yīng)用基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對異步電機(jī)定子溫度進(jìn)行了實時監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果與實際溫度的對比如圖8所示。

由圖8可知，傳感器測量溫度曲線與實際溫度曲線整合緊密，跟蹤快速。測量信號有微小波動，主要是由于受到異步電機(jī)產(chǎn)生的電磁波的干擾，但傳感器測量溫度與實際溫度誤差在0.8℃以內(nèi)，并在第28分鐘以后趨于穩(wěn)定，與實際溫度保持一致。系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號采集快速有效，波形跟蹤迅速，穩(wěn)定誤差小，結(jié)果驗證了定向洪泛路由策略的有效性和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。

　　本文針對電機(jī)運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的特點，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用實施簡單、可靠性強(qiáng)的定向洪泛路由策略，提出了一種新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案，同時給出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計。本文采用該系統(tǒng)對異步電機(jī)的定子溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，實驗結(jié)果表明了定向洪泛路由策略的有效性和使用該系統(tǒng)監(jiān)測電機(jī)運行狀態(tài)的可行性。該系統(tǒng)具有實施簡便、成本低廉、可靠性高的特點，適用于礦井安全監(jiān)測、深海作業(yè)、航空航天遠(yuǎn)程控制等應(yīng)用場合。