无线振动传感器网络节点的设计与实现(4)
瑞典Malardalen大学设计了一套Wireless Vibration Monitoring(WiVib)振动无线传感器网络监测系统，传感器节点每隔10分钟采集一次数据。该系统只是验证了WSN在机械振动监测中应用的可行性。但数据传输丢失现象非常严重，因此在实际工业现场的应用中数据的可靠性传输问题仍需改善解决[9]。
印度海军相关部门研究了一套Wireless Bearing Monitoring System(WiBeaM)监测系统用来监测感应电机轴承的振动信号。该系统采用了MoteIV公司的Tmote节点和MEMS差容式平衡加速度传感器ADXL105，可满足一部分机械设备振动信号拾取，但是Tmote节点采用的单片机频率较低、存储空间有限，节点的采样速率和存储容量很难以满足要求更高的机械振动监测中的应用[10]。
为了实时监控老化铁路桥梁中疲劳裂纹的产生，设计了一种低成本的AEPod无线节点，具有四个AE声发射信道和一个用于感知应变的信道，以无线的方式与基站进行通信。把这些无线节点放置在桥梁关键位置，当有车辆靠近时，应变传感器从睡眠模式中醒来测量车流带来的振动信号，然后AEPod无线节点把数据进行压缩和滤波并发送至监测人员的手机，完成桥梁结构健康监测任务。
国内也有许多应用WSN进行开发和研究的例子。其中在机械领域，同济大学采用中科院宁波所研制的GAINSZ节点，监测越野机器人翻越障碍物时产生的振动，并对获得的振动数据进行分析，实现了了WSN在机械领域的低频振动测试[11]。
目前WSN监测的环境参数大多是温度、湿度、压力等缓变量，已经出现的无线振动传感器网络大多数是针对桥梁、高楼等一些大型的建筑结构进行低频振动监测。但在设计上仍然面临很多挑战[12]：现有节点采样频率有限，而有些振动信号快速变化，若要后期完整的还原波形，需使用很高的采样率和采样精度；高速采集势必会产生大量的测量数据，如何将数据高速、可靠、低延迟地传输到汇聚节点需要进一步深入研究；同时，在可靠传输的过程中，如何保证实现较高的时间同步也是提高WSN性能指标不可忽略的问题之一。
1.3 论文的主要内容和结构安排
本文首先阐述了研究无线振动传感器网络节点的背景和意义，分析了振动监测节点应具备的特殊需求，并罗列出了海内外振动监测节点的研究现状，对目前无线振动监测应用所面临的一些挑战进行了研究，设计了无线振动传感器网络节点的硬件平台，并以此平台为基础进行了相关的软件开发和系统测试[13]。本文的主要内容包括：
①绪论。主要介绍课题背景及研究意义，阐述了无线传感器网络的原理，分析了无线传感器网络节点拾取振动信号的特殊需求，进而对比总结了当前无线振动传感器的优点与不足，为本课题的设计方案提供了有价值的参考。
②无线振动传感器系统整体方案设计。提出了无线振动传感器节点的整体方案，并详细介绍了系统的工作流程。综合前文的分析提出了传感器节点的硬件设计方案，并单独对各个模块的设计进行详细介绍。
③系统的软件设计。在节点样机的硬件平台上设计了相应的软件。利用STM32开发环境编写各个模块的程序，分模块实现数据采集、数据存储以及数据传输等功能。利用图形化编辑语言LabVIEW设计了简洁美观的上位机软件界面，对数据进行接收、简单处理及显示存储，便于后续使用及分析。
④系统性能测试及分析。首先利用Keil MDK进行软件仿真确定了节点数据传输的有效性，然后进行了无线模块通信的基本测试，组建整个系统，测试并验证了设计方案的可行性。
⑤结论。根据海内外的研究现状以及本课题方案提出了不足之处和改进的方法。
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