基于無線傳感器網絡的電機運行狀態監測系統設計

　　當節點接收到周圍節點轉發過來的數據包時，該節點會首先檢查自己是否在前一轉發節點的有向虛擬隙范圍內，檢查標準如(3)式所示。其中xc，yc為該節點的坐標，(xint,yint)為前一轉發節點坐標，如圖6所示。

　　若不能滿足式(3)，則丟棄該數據包；若能滿足，則該節點會用自己的坐標和有向虛擬隙替換前一節點的坐標和有向虛擬隙，并轉發數據包。

　　定向洪泛協議采用了有向虛擬隙的概念，迅速減少了網絡中的冗余數據量，降低網絡擁塞的幾率，節省網絡能耗。同時，定向洪泛保持了傳統洪泛協議的高容錯能力的特性，保證了網絡通信的可靠性。

　　2.3 無線傳感器網絡硬件設計

　　無線傳感器網絡監測系統的硬件設計如圖7所示，節點采取模塊化結構，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成。

　　微控制模塊采用Atmel公司的高端單片機ATmega128微處理器。它采用低功耗CMOS工藝生產，基于RISC結構，具有片內128KB的程序存儲器（Flash）、4KB的數據存儲器(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標準的射頻芯片CC2420，采用CMOS工藝生產，具有工作電壓低、能耗低、體積小、輸出強度高和收發頻率可編程等特點，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據、發送命令。

　　電源管理模塊為了適應電機運行狀態監測環境的要求，采用3.3V電池或220V交流電雙重取電的設計。220V的交流電通過變壓器變頻和降壓為5V的直流電，再通過穩壓芯片AMS1117繼續降壓為3.3V的直流電。當所處環境附近有220V交流電源時，節點使用交流電工作；當所處環境不能提供220V交流電時，節點使用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 實驗結果分析
 
　　應用基于無線傳感器網絡的電機運行狀態監測系統對異步電機定子溫度進行了實時監測，監測結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產生的電磁波的干擾，但傳感器測量溫度與實際溫度誤差在0.8℃以內，并在第28分鐘以后趨于穩定，與實際溫度保持一致。系統數據信號采集快速有效，波形跟蹤迅速，穩定誤差小，結果驗證了定向洪泛路由策略的有效性和無線傳感器網絡監測系統的可靠性。

　　本文針對電機運行狀態監測系統的特點，結合無線傳感器網絡，采用實施簡單、可靠性強的定向洪泛路由策略，提出了一種新型的無線傳感器網絡監測系統設計方案，同時給出了系統的硬件設計。本文采用該系統對異步電機的定子溫度進行實時監測，實驗結果表明了定向洪泛路由策略的有效性和使用該系統監測電機運行狀態的可行性。該系統具有實施簡便、成本低廉、可靠性高的特點，適用于礦井安全監測、深海作業、航空航天遠程控制等應用場合。