無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在船只機(jī)械監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用

　　系統(tǒng)介紹

　　此項(xiàng)BP 的計(jì)劃是建立一套預(yù)測維護(hù)系統(tǒng)用來監(jiān)視如馬達(dá)、泵之類具有強(qiáng)烈震動(dòng)的機(jī)器。這些機(jī)器被放置于Loch Ronnach 油船的引擎室內(nèi)。通過震動(dòng)信息來監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)磨損或撕裂現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)則通過無線通信發(fā)送警告。

　　“震動(dòng)信息可以幫助預(yù)測機(jī)器的磨損狀況并預(yù)知何時(shí)需要進(jìn)行維護(hù)，”Cassar 指出“該系統(tǒng)可以告訴你主軸發(fā)生彎曲或是哪臺(tái)機(jī)器失去平衡。它能把你從每500 小時(shí)一次的定期維護(hù)工作中解脫出來，只有在需要的時(shí)候才做必要的維護(hù)?！?P>　　基于150 個(gè)Rochwell 的加速度計(jì)，我們構(gòu)建了整個(gè)測量系統(tǒng)。每臺(tái)機(jī)器安裝有6 個(gè)傳感器，3個(gè)軸的方向各一個(gè)，兩個(gè)輔助測量點(diǎn)以及一個(gè)監(jiān)測機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)和提供角度相位的轉(zhuǎn)速計(jì)。傳感器用金屬外殼封裝放置于離機(jī)器2英寸處，通過有線的形式連接到Mote 上。每個(gè)Mote 一次可以驅(qū)動(dòng)10 個(gè)傳感器，盡管BP 沒有全都用到。

　　Loch Rannoch 工程的預(yù)測維護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測引擎室內(nèi)的泵和馬達(dá)的工作狀態(tài)。這些機(jī)械設(shè)備被安裝了大約150 個(gè)加速度器。加速度器探測出的震動(dòng)數(shù)據(jù)用于評估當(dāng)前的操作環(huán)境。當(dāng)磨損或撕裂現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，則無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的Mote 和網(wǎng)關(guān)通過無線通信發(fā)送警告。

　　數(shù)個(gè)Mote 構(gòu)成了一個(gè)由網(wǎng)關(guān)控制的子網(wǎng)。Mote 通過IEEE 802.15.4的直接擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)。由于英國政府的限制，工作頻段被調(diào)整到英國標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)楦鲊脑S可標(biāo)準(zhǔn)往往不盡相同。

　　網(wǎng)關(guān)之間通過IEEE 802.11 構(gòu)建了一個(gè)mesh網(wǎng)絡(luò)，將所有的數(shù)據(jù)傳遞給主控網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳遞給后臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器。每個(gè)網(wǎng)關(guān)都有2GB的內(nèi)存，這確保在網(wǎng)關(guān)與船上的網(wǎng)絡(luò)失去連接時(shí)，仍能夠采集并暫時(shí)儲(chǔ)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(shí)施前解決。船體的金屬構(gòu)架和密集的機(jī)械設(shè)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(gè)強(qiáng)大的反射體，”Crossbow科技公司高級應(yīng)用工程師John Suh指出?！敖饘賹ι漕l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(gè)問題就是建立一個(gè)mesh網(wǎng)絡(luò)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能與其相鄰節(jié)點(diǎn)通訊。節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)將被相鄰節(jié)點(diǎn)一次次的轉(zhuǎn)發(fā)直到這些數(shù)據(jù)到達(dá)一個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)十分可靠。一旦一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)效，其他節(jié)點(diǎn)仍能夠直接的，或通過一個(gè)或幾個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)相互通信。

　　“不同于傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)連接，mesh 網(wǎng)絡(luò)提供大量的不同路由，”BP 公司的Cassar 說?！懊總€(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)同其他節(jié)點(diǎn)都能探測到任何角落的信息，這種功能是點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)所無法做到的。而mesh 網(wǎng)絡(luò)的靈活性能解決這樣的問題。”