基于复合振动能量采集器的自供电无线传感微系统研究

工业机械装备的在线实时状态监测和故障预警是保障工业生产安全、提高工业生产效率的重要手段.目前大多数机械装备的状态监测设备都存在体积大、功耗高的问题,并且依赖于电缆或化学电池供电,机动性、灵活性、环境适应性差.本文提出了一种基于复合振动能量采集器的高集成度自供电无线传感监测微系统,设计了压电-电磁-摩擦电三种发电方式复合的能量采集模块采集机械设备的振动能量,通过能源管理电路进行电能存储和整个系统供电.搭建了基于振动-温度高集成微纳传感芯片的环境信号采集及无线传输电路,并进行了低功耗电路设计.系统集成能源管理模块和传感电路模块后进行了采煤机状态监测测试.测试结果表明,该系统能够实时采集煤机装备的振动、温度信号并无线传输给上位机,同时也证明系统内的能量采集模块能够收集采煤机的振动能量并转换为电能带动传感电路模块工作,这将为工业物联网传感网络节点的自供电、无线化发展提供技术支持.     

基于ZigBee无线通信的变电站端子箱温湿度传感器系统设计

由于变电站端子箱内空间小、易受潮且现有的状态传感器数据传输方式落后，故设计了一款同时具备无线和有线通信功能的端子箱内温湿度多功能传感器。传感器以GD32E230C8T6微处理器为主控芯片，采用MEMS集成的温湿度传感模块对端子箱中温湿度同时进行检测，传感模块的温湿度自动补偿功能使测量更准确。使用基于ZigBee的无线和485有线传输实现传感器与上位机之间的数据传输和通讯并通过一系列软件设计使得变电站端子箱运行状态可控。经过测试：设计的ZGBWSD01型温湿度传感器的检测精度较高，与上位机的无线通信稳定，具有性能高、体积小、功耗低等优点，符合变电站端子箱温湿度现场检测的要求。     

基于ZigBee的无线振动检测系统设计

针对机械设备的振动信号检测问题,采用ZigBee技术设计了一套无线传感器网络振动检测系统,详细介绍了系统结构,硬、软件设计方案和通信方法。基于Zig Bee技术并结合MEMS传感器开发的无线传感器系统,能够实现无线检测运行机械设备的三轴振动信号,利用Qt框架设计的上位机软件系统可以实现三轴振动信号的波形显示、数据存储以及利用快速傅里叶变换获得的频谱图检测设备的运行状况。实验表明,通过该系统可实时无线检测现场机械设备的振动信号,提高了机械设备故障诊断的自动化水平。     

面向设备状态监测系统的双模无线传感网络构建

为了满足流程工业设备状态监测的实际需求,构建了一套基于IEEE802.15.4的双模无线传感网络系统。文章详述了双模无线传感网络节点的模型以及无线接入网关各部分软硬件的组成和具体实现方法。该套无线传感网络设备成功地解决了用于设备状态监测的无线传感器网络与现有的工业以太网之间的互联和集成。测试结果表明该网关具有实用性和可靠性。     

利用无线模块的列车轴承在线监测系统的设计

鉴于道旁麦克风采集的声音信号受多普勒效应及周围噪声影响而难以提取的缺陷,提出一种基于无线模块的轴承在线监测系统。通过振动传感器在线采集轴承振动信号,利用无线模块进行无线数据传输,最后对接收到的数据进行分析处理以确定是否有故障。主要从无线模块选型、硬件电路实现、通信协议等几个方面介绍了系统的设计与实现过程。     

基于无线网络传感器技术的危险源实时监测系统

本文介绍了一种基于无线网络传感器技术的危险源的实时监控系统,系统由DS18B20温度传感器、涡流振动传感器、LPC900系列低功耗MCU、ZigBee无线模块等组成,主要实现对危险源的温度检测和振动监测,并将其温度和振动信号的实时状态经ZigBee模块传送给上位机.本文对系统的原理、无线网络传感器的电路原理图和程序设计、无线通信模块中的信息帧格式和无线网络传感器的组网设计做了详细介绍.     

应用于轴承检测系统的模拟滤波器设计

许多旋转机械的故障都与滚动轴承的运行状态有关,对轴承进行故障诊断时传感器拾取和转换的轴承振动信号中包含其他干扰信号,为了准确地检测出轴承是否存在故障,设计了六阶状态滤波器。将信号发生器产生的信号输入到滤波器,再由滤波器输出端输入到示波器。采用这种连接方式的滤波器对振动信号进行了滤波实验,得到了不包含干扰信号的振动信号,通过上位机准确地诊断出滚动轴承是否存在故障和轴承的合格等级。     

基于ZigBee的数控机床刀具振动无线监测系统设计

设计了一种应用于低速或中速运转时的数控机床刀具振动无线监测系统。通过ZigBee模块建立无线传感器网络,将加工过程中机床主轴的振动信号发送到远端PC机上的无线接收模块。运用C#语言开发基于．net平台下的应用程序实现振动频率大小和波形的监测,可应用于加工过程中判断刀具是否磨损的实时监测环境。     

煤机设备无线自供电状态监测系统

针对当下煤机设备状态监测系统时效性差、通信电缆铺设困难、需要定期更换电池等问题,提出了一种基于无线传感器网络与自供电技术的监测系统设计方法。系统由能量采集模块、无线传感器网络及监测上位机组成,通过能量采集模块收集煤机设备振动能量为节点电路供电,采用无线传感器网络与上位机实现设备关键状态信息的采集、传输与处理。测试结果表明,系统可在30 m有效范围内实现对煤机设备运行状态的实时监测,能量采集模块最大输出功率可达378 mW,能够有效收集设备振动能量实现系统能源自供给。     

基于压缩感知的轴承振动无线传感器节点设计

针对现有轴承振动有线监测系统的不足,设计了一款无线传感器振动监测节点。节点以低功耗的TMS320F28335单片机为核心,内置Contex-M3核。选取微机电系统（MEMS）加速度传感器采集振动信号,选用MAX291和OP07进行数据处理,使用LTC4070、TPS79533和FP6291芯片管理电源电路,选用SD存储器作为数据缓存区,采用ZigBee和GPRS混合型无线通讯方式,并选用合适的滤波算法获得特征频率。为了减少无线传输数据量,引入压缩感知技术,通过离散余弦变换（DCT）对轴承信号进行稀疏处理,采用高斯随机矩阵作为测量矩阵,并通过正交匹配追踪（OMP）算法对信号进行重构。文章重点介绍了基于轴承振动无线监测节点的主要模块软硬件系统,设计了滤波算法和压缩感知算法,并对系统的采集精度和信号重构精度进行试验验证。     

基于温度传感标签的主轴热误差无线监测方法及试验

针对数控机床主轴热误差有线监测方法存在的布线困难和温度测点布置优化问题,提出一种基于热敏区域黄金分割布点和利用温度传感标签实现机床温度分布监测及信号无线传输的新方法。设计由数字式温度传感器DS18B20、微处理器MSP430、无线射频通信模块NRF905集成的温度传感标签,可通过无线射频通信将温度信号及对应标签地址信息无线传输给上位机,通信协议简单,能耗要求低;根据机床主轴有限元分析模型采用黄金分割法确定了热敏感布点区域,以解决传统经验布点存在数据冗余、可信度不强、测试条件不确定最优等问题;利用温度传感标签和激光位移传感器构建监测系统并采用正交试验法进行试验测试,数据极差分析和回归分析结果表明该系统稳定可靠、实时处理能力强,构建的回归模型也有较好的预测能力。     

精准农业无线传感器网络的研究与实现

针对有线通信组网布线众多、工程量大、影响耕种与灌溉等问题,将无线传感器网络(WSN)技术应用于精准农业作物生长环境监测系统中。采用高性能、低功耗的JN5148作为主处理器,构建了采集土壤水分、温度、PH值、光照度等数据的传感器节点,路由节点和协调器节点;采用OPC接口程序技术实现了协调器与上位机之间的通讯;采用ZigBee无线传感技术组成了精准农业作物生长环境监测系统。实践结果表明,该系统在生产应用中运行正常,验证了设计与开发的合理性,解决了对目标监测区域农作物生长环境因素大范围采集和传输问题。     

基于87C196的便携式滚动轴承检测与诊断系统

滚动轴承是旋转机械设备运行过程中的重要元件,也是旋转机械的薄弱点,轴承的质量及损坏磨损程度将直接影响旋转机械的运行状况,据统计旋转机械的故障约30%来自于轴承,因此对轴承状态的检测显得极为重要,这也正是本文的主要出发点.本文对轴承的状态检测与诊断主要采用基于振动信号频谱分析的方法.系统利用加速度振动传感器对振动信号进行提取、放大、滤波,再将信号输入Intel 87C196单片机、为微处理器的便携式系统中进行存储、处理,或者通过RS-232串口将数据上传到微机,利用相应的振动测试分析软件对信号进行分析处理.通过对振动轴承的频谱分析,可以方便快捷的了解轴承的运行状态,以防止故障与事故的发生.     

基于路图注意力网络的轴承剩余寿命预测方法

图数据构建质量直接关系图数据驱动的轴承剩余寿命预测性能。目前传统方法通常利用不同时刻的多传感数据来构建时空图,来表征监测对象性能状态,但如何在单传感监测应用场景下构建表征轴承性能退化状态的图数据并保证其质量仍是一个开放问题。面向单传感监测应用场景,提出一种基于路图注意力网络的轴承剩余寿命预测方法。首先,计算轴承全生命周期时序振动信号的时域统计特征并构造路图,其中,路图中的边用于连接相邻时刻振动信号;在此基础上,设计一种图注意力长短时记忆网络,用于挖掘路图的图特征(节点、边连接)中隐含的时序振动信号特征和时间依赖关系,从而深层次地反映轴承全寿命退化过程。在轴承全寿命公开数据集上开展验证对比试验,结果表明,该路图构造方式明确了边连接的物理意义,并提高了图数据表征性能;所提出的预测方法能有效捕获表征轴承退化状态的图特征以及时间依赖关系,为解决单传感监测应用场景下的轴承性能退化预测问题提供借鉴。     

光纤光栅传感网络的冲击定位方法

针对航空航天层合板结构冲击与振动监测的需求,提出一种基于小波包分解方法和分布式光纤光栅传感网络的板状结构低速冲击辨识方法。根据四边固支板结构的承载形式与光纤光栅传感器的感知特性,设计合理的传感器网络布局,再利用快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,简称FFT)与小波包分解对光纤光栅传感网络监测到的冲击响应信号进行时频域分析,获取能表征冲击特性的时域特征分解信号。在此基础上,分别计算出每一个特征分解信号与其对应的时域原始信号之间的互相关系数,并将其做为相似度分配权值,分解出所有样本冲击点对应冲击响应信号的特征分解信号,构建样本信息库。利用Haudorff距离计算测试信号与样本信息库各个信号之间的相似度,并根据相似度来确定冲击点的位置坐标。研究表明,该方法能够实现对航空航天层合板结构低速冲击位置的辨识。     

GSM的无线网网关设计

针对智能家居、环境监测等的实际要求,设计了一种远距离通讯的无线传感器网网关。硬件上使用了CC2530外接CC2591为无线传感网络端,GPRS模块M35为移动网络通信端,ATmega128A单片机作为协议转换单元。利用AT指令集、Z-Stack协议栈等软件,完成了从移动网络到无线传感网络的数据传输。通过网关可实现移动手持设备到无线传感网络各个终端的查询、控制以及报警等功能。     

一种低功耗无线传感器网络节点的设计

无线传感网络中的节点，具有感知和路由的功能，是构成无线传感器网络的基本单元，功耗是影响其工作寿命的关键因素。为此，在对构成传感器节点的模块比较、选择基础上，使用了微控制器MSP430F149，结合外围的低功耗传感器ADT7301和无线射频模块nRF2401，并通过有效的电源管理和软件设计，实现了一种超低功耗的无线传感器网络节点。该节点非常适合无线传感器网络的应用，具有集成度高、微型化、体积小、功耗低等特点。     

CT机转盘轴承试验机测试系统设计

CT机转盘轴承是高端医疗设备的关键部件。为测试其在工作状态下的各项性能指标,确保其稳定、可靠、安全的工作,从系统开发要求、数据采集与控制等方面介绍了CT机转盘轴承试验机测试系统的开发。完成了传感器选型、信号采集卡选型、信号调理电路和人机界面设计,实现了参数设定模块、数据采集模块、数据处理和显示模块的功能。通过报警系统、显示和其它直观化的辅助系统,可实时监测CT机轴承试验机的各项信号,实现对其实时监测。     

基于JN5139-Z01-M00的无线传感器网络节点设计

针对机械设备振动的无线监测问题,在简要介绍无线传感器网络节点体系结构的基础上,对Jennic公司开发的单片可编程超高频收发器模块JN5139-Z01-M00的功能特点进行了研究,并基于该模块设计了一个加速度无线传感系统,最后运用该系统对某液压设备电磁阀的壳体振动进行了监测。试验结果表明,该节点体积小、功耗低、可靠性高且安装使用方便。     

三轴高频采样的无线传感器网络节点设计

针对现有无线传感器网络节点的不足和机械振动信号采集的需求,设计一种应用于机械设备状态监测的三轴高频采样的无线传感器网络节点。该节点采用模块化设计,包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块、存储模块和电源模块五部分,其中数据处理模块MSP430处理器负责采集、存储、处理数据,无线通信模块CC2530处理器通过移植Zig Bee协议栈负责无线传输数据,数据采集模块采用MEMS加速度传感器通过三维正交组合方式拾取三轴加速度信号。经测试表明,该节点具有高采样率、大量程、三轴同步性的特点,能够满足机械设备高频振动监测的要求。