無線傳感器網(wǎng)絡在船只機械監(jiān)控領域的應用

　　系統(tǒng)介紹

　　此項BP 的計劃是建立一套預測維護系統(tǒng)用來監(jiān)視如馬達、泵之類具有強烈震動的機器。這些機器被放置于Loch Ronnach 油船的引擎室內(nèi)。通過震動信息來監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當磨損或撕裂現(xiàn)象出現(xiàn)時則通過無線通信發(fā)送警告。

　　“震動信息可以幫助預測機器的磨損狀況并預知何時需要進行維護，”Cassar 指出“該系統(tǒng)可以告訴你主軸發(fā)生彎曲或是哪臺機器失去平衡。它能把你從每500 小時一次的定期維護工作中解脫出來，只有在需要的時候才做必要的維護。”

　　基于150 個Rochwell 的加速度計，我們構建了整個測量系統(tǒng)。每臺機器安裝有6 個傳感器，3個軸的方向各一個，兩個輔助測量點以及一個監(jiān)測機器轉(zhuǎn)動和提供角度相位的轉(zhuǎn)速計。傳感器用金屬外殼封裝放置于離機器2英寸處，通過有線的形式連接到Mote 上。每個Mote 一次可以驅(qū)動10 個傳感器，盡管BP 沒有全都用到。

　　Loch Rannoch 工程的預測維護系統(tǒng)監(jiān)測引擎室內(nèi)的泵和馬達的工作狀態(tài)。這些機械設備被安裝了大約150 個加速度器。加速度器探測出的震動數(shù)據(jù)用于評估當前的操作環(huán)境。當磨損或撕裂現(xiàn)象出現(xiàn)時，則無線傳感器網(wǎng)絡中的Mote 和網(wǎng)關通過無線通信發(fā)送警告。

　　數(shù)個Mote 構成了一個由網(wǎng)關控制的子網(wǎng)。Mote 通過IEEE 802.15.4的直接擴頻調(diào)制技術將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關。由于英國政府的限制，工作頻段被調(diào)整到英國標準的868MHz。然而系統(tǒng)的工作頻段是可調(diào)的，但對于工作于國際環(huán)境極為重要。因為各國的許可標準往往不盡相同。

　　網(wǎng)關之間通過IEEE 802.11 構建了一個mesh網(wǎng)絡，將所有的數(shù)據(jù)傳遞給主控網(wǎng)關。該網(wǎng)關將數(shù)據(jù)傳遞給后臺的數(shù)據(jù)存儲服務器。每個網(wǎng)關都有2GB的內(nèi)存，這確保在網(wǎng)關與船上的網(wǎng)絡失去連接時，仍能夠采集并暫時儲存來自Mote 的數(shù)據(jù)。

　　問題與解決方案

　　在Loch Rannoch 工程中，BP、Crossbow 和Intel 公司都遇到了許多問題，這些問題都需要在工程實施前解決。船體的金屬構架和密集的機械設備使引擎室射頻傳輸?shù)目赡苄晕⒑跗湮ⅰ！敖饘偈巧漕l能量的一個強大的反射體，”Crossbow科技公司高級應用工程師John Suh指出。“金屬對射頻信號產(chǎn)生種不良影響，因此就沒有辦法通過發(fā)送接收裝置得到信息。

　　解決這個問題就是建立一個mesh網(wǎng)絡。在這種網(wǎng)絡中，每個節(jié)點都能與其相鄰節(jié)點通訊。節(jié)點上的數(shù)據(jù)將被相鄰節(jié)點一次次的轉(zhuǎn)發(fā)直到這些數(shù)據(jù)到達一個控制器或采集站。這樣的數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩嘀芈窂绞沟眠@個網(wǎng)絡十分可靠。一旦一個節(jié)點時效，其他節(jié)點仍能夠直接的，或通過一個或幾個中繼節(jié)點相互通信。

　　“不同于傳統(tǒng)的點對點連接，mesh 網(wǎng)絡提供大量的不同路由，”BP 公司的Cassar 說。“每個節(jié)點協(xié)同其他節(jié)點都能探測到任何角落的信息，這種功能是點對點網(wǎng)絡所無法做到的。而mesh 網(wǎng)絡的靈活性能解決這樣的問題。”