基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统

基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统

论文摘要

中大型电机的运行状态监测对电机安全运行具有重要意义,能够向运行维护人员提供必要的信息,既可避免由于设备突然损坏,停止运行带来的损失,又可充分发挥设备的作用。无线传感器网络能够实时监测、感知和采集网络分布区域内监视对象的各种信息,是现今学术界和工业界的研究热点,在军事和民用领域有着非常广阔的应用前景。本文提出电机运行状态监测的新的方案,采用无线传感器网络替代传统的有线网络对电机进行监测。首先介绍电机运行状态监测系统以及无线传感器网络的国内外研究现状。然后提出新型的基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统的总体设计,包括系统设计框架、频率选择、拓扑选择、数据链路层协议以及网络层协议等。从提高系统监测可靠性与及时性考虑,本设计采用了Slotted CSMA/CA机制以及基于定向洪泛的路由策略,在很大程度上减少了网络中的冗余信息,提高了通信速度。随后,本文介绍了基于ATmega128L以及CC2420芯片的无线传感器网络的传感器节点硬件的设计和实现。在硬件设计中,对电源管理模块进行改进,采用电池与交流电源两种供电方式,使其更好的适应电机运行状态监测系统的工作环境。然后本文以IEEE 802.15.4标准为基础分析设计了基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统的节点软件,分别从系统启动、数据采集、数据发送与接收、串口通信等方面来实现,并从数据链路层控制机制以及网络层路由选择上对系统的效率进行优化。最后,对本系统的实验数据进行了详细的讲解与分析,验证了系统的可行性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 电机运行状态监测系统国内外研究现状
  • 1.1.1 中大型电机运行状态监测的意义
  • 1.1.2 中大型电机运行状态监测方法国内外现状研究
  • 1.1.3 中大型电机运行状态监测系统设计国内外研究现状
  • 1.2 无线传感器网络国内外研究现状
  • 1.2.1 无线传感器网络的研究与发展
  • 1.2.2 无线传感器网络的应用领域
  • 1.3 本课题研究意义及主要研究内容
  • 1.3.1 本课题研究意义
  • 1.3.2 本课题研究内容及章节安排
  • 2 基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统研究与设计
  • 2.1 中大型电机运行状态监测系统设计方法研究
  • 2.2 无线传感器网络的设计方法研究
  • 2.2.1 无线传感器网络设计过程
  • 2.2.2 传统无线传感器网络的设计框架
  • 2.3 基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统设计
  • 2.3.1 基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统特性
  • 2.3.2 基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统设计思路
  • 2.3.3 系统频段选择
  • 2.3.3.1 无线传感器网络的频段分析
  • 2.3.3.2 系统通信频段选择
  • 2.3.4 系统拓扑方式
  • 2.3.5 系统通信标准设计
  • 2.3.6 数据链路层设计
  • 2.3.7 路由协议设计
  • 2.4 本章小结
  • 3 基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统硬件设计
  • 3.1 硬件总体结构
  • 3.2 硬件电路设计
  • 3.2.1 电源管理模块
  • 3.2.2 传感器模块
  • 3.2.3 处理器模块
  • 3.2.3.1 处理器模块元件主要参数
  • 3.2.3.2 数据存储电路设计
  • 3.2.3.3 处理器模块电路设计
  • 3.2.4 无线通信模块
  • 3.2.4.1 CC2420 主要参数
  • 3.2.4.2 无线通信模块信号发送与接收
  • 3.2.4.3 CC2420 与处理器模块通信
  • 3.2.4.5 无线通信模块电路设计
  • 3.2.5 接口电路模块
  • 3.2.5.1 JTAG 接口电路
  • 3.2.5.2 RS232 串口通信接口电路
  • 3.3 本章小节
  • 4 基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统软件设计
  • 4.1 软件开发环境
  • 4.2 软件设计需求分析
  • 4.3 CC2420 启动
  • 4.4 系统初始化
  • 4.5 串口通信
  • 4.6 AD 数据采样
  • 4.7 数据包发送
  • 4.8 数据包接收
  • 4.9 MAC 层软件设计
  • 4.10 网络层软件设计
  • 4.11 本章小结
  • 5 基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统实验结果分析
  • 5.1 无线传感器网络实验结果及分析
  • 5.1.1 无线传感器网络MAC 层CSMA/CA 实验结果及分析
  • 5.1.2 无线传感器网络路由实验结果及分析
  • 5.2 基于无线传感器网络的电机运行状态监测系统监测结果及分析
  • 6 本论文研究总结与前景展望
  • 6.1 本论文研究总结
  • 6.2 前景展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表学术论文
  • 相关论文文献

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