无线振动传感器网络节点的设计与实现(3)
图1.1 无线传感器网络的宏观系统架构
在图1.1中，传感器节点被分布在一定的区域内，用于感知被监测对象的状态，节点之间的连接可通过多跳中继的方式进行通信，用户之间可通过网络卫星等对汇聚节点进行控制。
无线传感器网络终端节点的结构如图1.2所示，通常包括传感器节点(sensor node）、汇聚节点（sink）和管理节点（manager node）[7]。
图1.2 无线传感器网络终端节点的结构
相对于传统的网络，无线传感器网络的“智能化”程度比较高，在其发挥自身优势的同时，仍然有很多不足的领域需要解决，这些对于无线传感器网络在实际中的应用来说，都具有很大的挑战。
1.2.2 无线振动传感器网络节点的特征
不同于公共安全、战场侦察等常规的无线传感器网络的大规模组网形式，振动监测的传感器节点通常为几个到几十个，部署的面积相对较小，在网络规模和网络结构方面其复杂度相对于公共安全管理等传统应用要小的多，但节点采集的振动数据量较大，因此，与现有的公共安全、战场侦察等的无线传感器网络的应用特点有所区别，适用于振动的无线传感器网络节点有如下几点特殊需求：
①节点要具有拾取高速信号的能力。
目前我们所接触的测振传感器普遍为模拟输出量，需要对其进行必要的信号调理，使其与AD输入匹配，从而难以符合低功耗、小体积的无线传感器网络节点的设计原则。对于要拾取的振动信号，其频率相对较高，而现有的MEMS振动加速度传感器频带较窄(_<200Hz)，只适用于桥梁、建筑物等低频振动的监测。
②节点要具有较高的数据采集速率和采样精度。
根据采样定律，采集频率范围在10Hz-20kHz的振动信号，则采集器需要具有较高的采样速率才能确保获取不失真并且有分析价值的振动信号；为了确保所提取信号的精度，还需要有较高的采集精度。
③要求节点运算和处理能力较强。
现有节点所监测的大多都是低频缓变信号，因此对于处理器的性能要求不高；对于高速拾取的信号，在大量数据面前，必然要求其具有较强的处理能力。
④节点需要具有大容量的数据缓存空间。
对于高频振动信号的采集，必将产生大量的数据，这就要求节点应有较大的数据缓存空间和较高的存取速度，但对于目前市场上的节点的处理器，其存储空间都很难达到要求。
⑤可靠的低功耗无线通讯。
实验数据显示，在监测网络的整个系统中，无线模块收发数据所消耗的能量占了绝大部分，因此，在低功耗的设计原则中，降低无线模块的功耗成为重中之重。
⑥保持低功耗。
无线传感器节点适用于条件恶劣的地方，因此需要携带方面的微型电池，由于能量的有限性，低功耗的设计就显得尤为重要。基于振动监测无线传感器节点与传统的节点相比较，更具灵活性、也更复杂 ，所以要达到低功耗也成是设计的一个难点所在。
1.2.3 适用于振动信号的无线传感器网络发展现状
在实际机械设备运行中，为了降低了监测成本通常采用 WSN 组建分布式传感网络，在监测过程中就能初步分析判断设备运行是否存在故障，有利于及时预警并作出相应挽救措施。由于传感器节点的体积小，且没有繁琐的线缆，不需要拆卸机械部件就能分析确定故障程度，甚至能够取代定期文修。
早在2004年，为了改善马达功效、减少能源消耗、降低成本，美国能源部、通用电气全球研究院等就开始联合开发用于工业马达监测的无线传感器网络，这为工业马达监测提供了新的发展方向[8]。
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