低功耗机械振动无线传感器网络节点结构设计EI北大核心CSCD

针对目前机械振动无线传感器网络节点能耗高的问题,提出一种低功耗节点硬件结构设计方法。采用低功耗、高灵敏度MEMS加速度传感器采集机械振动信号,简化电源及调理电路;采用通带可调的开关电容低通滤波器,实现低功耗动态抗混叠滤波;在充分考虑存储速度的前提下,采用低读写电流的外部Flash存储芯片实现连续、高速数字信号流的存储;采用片上系统级芯片作为整体控制核心,集采集、存储、无线传输于一体,在保证机械振动信号采集性能的同时,极大的减小节点体积与功耗。对比实验结果表明基于该低功耗硬件结构的机械振动无线传感器网络节点具有较低的功耗水平。     

低功耗机械振动无线传感器网络节点结构设计

针对目前机械振动无线传感器网络节点能耗高的问题,提出一种低功耗节点硬件结构设计方法。采用低功耗、高灵敏度MEMS加速度传感器采集机械振动信号,简化电源及调理电路;采用通带可调的开关电容低通滤波器,实现低功耗动态抗混叠滤波;在充分考虑存储速度的前提下,采用低读写电流的外部Flash存储芯片实现连续、高速数字信号流的存储;采用片上系统级芯片作为整体控制核心,集采集、存储、无线传输于一体,在保证机械振动信号采集性能的同时,极大的减小节点体积与功耗。对比实验结果表明基于该低功耗硬件结构的机械振动无线传感器网络节点具有较低的功耗水平。     

面向机械振动监测的无线传感器网络节点的设计

针对机械振动信号监测的特点和现有无线传感器网络节点的不足,提出了一种基于MEMS加速度传感器的无线传感器网络大容量测振节点的设计.节点采用了模块化的设计思想,主要包括AVR微控制器、可编程逻辑器件CPLD、多通道16位A/D转换器、SD卡存储器和MEMS传感器,初步解决机械振动信号采集和大容量存储的难题.通过实验验证了该设计方案的可行性.     

基于混合拓扑的机械无线传感器网络多信道数据传输方法

针对机械振动无线传感器网络节点因信道带宽窄导致网络传输速率过低,在大量原始数据传输需求下实时性较差的问题,提出一种基于簇树星型混合拓扑的多信道数据传输方法。对各传感器网络节点进行树间通信干扰最小化信道分配,避免邻频干扰影响树间并行通信,在数据同步采集结束后,各节点以分配信道组建簇树星型混合拓扑网络进行数据传输;采用树间通信握手机制和树间通信优先级抢占机制解决簇树星型混合拓扑带来的树间互盲问题;将各采集节点短地址作为调度信息载入信标进行广播,各采集节点根据调度信息决定进行数据传输或者休眠,实现树内通信能耗最小化时序调度。将提出的多信道数据传输方法与载波侦听多路访问/冲突避免机制进行对比,实验结果表明该方法能有效提高机械振动无线传感器网络数据传输速率。     

机械振动无线传感器网络大量数据传输发射功率优化控制方法

针对机械振动无线传感器网络采集节点采用最大发射功率传输大量数据导致传输能耗高的问题,提出了一种机械振动无线传感器网络大量数据传输发射功率优化控制方法。首先通过统计试验确定链路质量指示(Link Quality Indicator,LQI)与丢包重传率、节点发射功率与传输单个数据包所需能耗的离散关系,以及节点发射功率与LQI的数学模型的类型;然后使用最小二乘法对离散数据进行拟合,构建节点发射功率与传输能耗的关系模型;最后,根据该模型优化得出最小能耗对应的发射功率,在每次传输数据前节点只需发送极少量数据包便可重新优化计算发射功率并更新。试验结果表明,所提的优化控制方法能随工作环境的变化保证优化控制发射功率,降低机械振动无线传感器网络传输能耗。     

地铁列车振动环境响应的无线传感器网络快速评定

地铁列车振动环境微弱响应的无线传感器网络测试需要mg量级的加速度测试精度,常规板载MEMS加速度传感器通常难以满足。采用低噪声运算放大器OPA4344与模拟/数字转换器QF4A512,将MEMS加速度传感器SD1221L-002量程限定在±0.2 g,同时采用进行信号转换与调理,达到了0.043 mg的加速度测试分辨率,满足了地铁列车环境微振测试要求。基于英特尔Imote2无线传感器网络硬件平台与嵌入式软件平台ISHMP Services Toolsuite,实现了地铁列车振动环境加速度测试专用无线传感器网络系统。基于Tiny OS开源操作系统,采用组件式结构程序语言nes C编写了嵌入式应用组件Vibration Level Calculation,实现了环境振级的嵌入式计算。应用该系统,对一地铁紧邻地下空间内地铁列车环境振动响应进行了实测。通过传感节点采集环境加速度信号,在传感节点Imote2主板内嵌入式计算振级,通过无线传输数据,在终端直接显示出测试环境振级分布。通过回溯存储于传感节点内三分之一倍频程中心频率上的振级数据,获得了各测点1/3倍频程。该系统实现了地铁列车振动环境响应的快速评定。     

基于FPGA的多路无线数据采集系统设计

针对传统多因素复杂区域存在的数据监测困难、传输数据量小等问题,设计一种基于FPGA的多路无线数据采集系统。系统以FPGA为控制核心,采用CC2530芯片实现ZigBee标准无线通信,通过模拟开关及AD转换器完成多路数据采集,经FPGA控制实现相应通道数据的编帧及无线传输。测试结果表明,该系统可实现多路不同信号的数据采集及无线传输,为多因素区域数据采集提供参考。     

机械振动无线传感器网络节点高精度数据采集方法

为满足通用机械振动监测中高采样率、采集精度的需求,提出一种基于IEPE加速度传感器的无线传感器网络节点高精度数据采集方法。采用双核心处理器构架,降低网络维护与采集控制的耦合性,独立高精度时钟控制采集时序,提高数据采集频率精度。设计低噪声DC-DC电源转换方案,在充分考虑转换效率的前提下抑制电源噪声为30μVRMS;设计能自抑制电源噪声的恒流源激励,减小IEPE加速度传感器的信号噪声;设计通带平稳的三阶低通滤波器,有效避免频率混叠,提高数据采集幅值精度。实验结果表明:节点采集信号噪声仅40.7μVRMS,滤波通带范围内平均幅值误差仅0.37%;与有线采集系统NI9234数据采集对比分析,频率误差低于最小频率分辨率,幅值误差最大仅2.99%,验证了该无线传感器网络节点高精度数据采集方法的有效性。     

一种基于FPGA的超声信号高速采集与压缩方法

针对超声检测系统中对超声信号的高速采集与处理问题,探讨了一种利用高速模数转换芯片AD9057在特定的时序信号控制下对超声信号进行高速采集,并且在FPGA（现场可编程门阵列）的控制下对采集到的超声信号进行压缩处理的方法。该方法以FPGA作为核心控制单元,结合高速数据采集模块,利用VHDL编程构建双端口的RAM,在FPGA中实现对采集过程中数组的存储与处理。给出了相关的仿真结果以及对实际采集到的超声信号的压缩处理波形,实验结果表明该方法可靠、可行。     

一种嵌入式集成化的振动测试系统研究

针对目前振动信号测试系统的不足,设计了一种基于ARM和加速度传感器的振动测试系统。该系统能够感应多路振动加速度信号,同时完成对信号的滤波,采集和分析处理。系统由传感器部分,数据采集部分,微处理部分和计算机系统组成。微处理部分采用基于LPC2129为核心的嵌入式微处理器;数据传输采用可靠稳定的CAN协议,以保证数据传输的正确性。系统采用USB供电方式,结构紧凑,测量操作方便。最后从人体动力学角度验证了本系统的性能。     

基于STM32的金属管道弱磁信号采集系统设计

针对现有金属管道弱磁信号采集方法的数据处理烦琐问题,基于弱磁信号检测技术,利用HMC1001、HMC1002磁阻传感器和STM32F407芯片,搭建了一套集数据采集、数据处理和数据分析于一体的弱磁信号采集系统。首先,介绍了弱磁信号的采集和传输过程;然后,对弱磁信号采集系统的硬件进行了设计,并引入滤波算法和压缩算法,编写了相应的数据处理与分析程序。通过设计的硬件电路和数据处理与分析程序,实现了金属管道弱磁信号的采集、传输、滤波、压缩、存储和实时显示等功能。现场验证结果符合所设计的弱磁信号采集系统的预期,表明该系统具有实用价值。     

Transmission Control under Multi-Service Disciplines in Wireless Sensor Networks

The wireless sensor network (WSN), as the terminal data acquisition system of the 5G network, has attracted attention due to advantages such as low cost and easy deployment. Its development is mainly restricted by energy. The traditional transmission control scheme is not suitable for WSNs due to the significant information interaction. A switchable transmission control scheme for WSNs based on a queuing game (SQGTC) is proposed to improve network performance. Considering that sensor nodes compete for the resources of sink nodes to realize data transmission, the competitive relationship between nodes is described from the perspective of a game. Different types of sensor node requests require a sink node to provide different service disciplines. Mathematical models of social welfare are established for a sink node under the service disciplines of first-come, first-served (FCFS), egalitarian processor sharing (EPS), and shortest service first (SSF). The optimal service strategies are obtained by maximizing social welfare. The sensor nodes provide the expected benefits and satisfy the service requirements of the requests, and the sink node switches the transmission control strategy for the service. Simulation results show that the proposed scheme improves the data transmission efficiency of WSNs and achieves the optimal allocation of resources.     

基于虚拟仪器技术的三维微振动测试系统

为进一步提高测试系统的准确性,在研究机械振动分析理论与常用测试方法的基础上,设计开发了基于虚拟仪器技术的机械微振动三维测试与分析系统。以LabVIEW为开发平台,实现信号采集、数据处理、时域分析、频域分析、存储、回放和故障诊断等功能;利用小波分析对信号进行处理得到故障特征信号,解决了复杂机械微振动的技术分析,具有界面友好、操作简单和性能好等优点。     

FPGA图像采集系统研究与设计

设计了一种基于FPGA与DDR2SDRAM的图像采集显示系统,该系统采用Xilinx公司Spartan-6系列的FPGA作为主控芯片,利用高带宽数据、大容量的DDR2SDRAM存储器实时地对CMOS数字图像传感器OV7670图像数据进行缓存,最后图像数据通过TFT LCD液晶显示屏实时显示出来.实验结果表明,设计并实现的图像采集系统不仅运行稳定,而且图像显示效果较好.     

Online Magnetic Flux Leakage Detection System for Sucker Rod Defects Based on LabVIEW Programming

Aiming at the detection of the sucker rod defects, a real-time detection system is designed using the non-destructive testing technology of magnetic flux leakage (MFL). An MFL measurement system consists of many parts, and this study focuses on the signal acquisition and processing system. First of all, this paper introduces the hardware part of the acquisition system in detail, including the selection of the Hall-effect sensor, the design of the signal conditioning circuit, and the working process of the single chip computer (SCM) control serial port. Based on LabVIEW, a graphical programming software, the software part of the acquisition system is written, including serial port parameter configuration, detection signal recognition, original signal filtering, real-time display, data storage and playback. Finally, an experimental platform for the MFL detection is set up, and the MFL measurement is carried out on the transverse and longitudinal defects of the sucker rod surface. The experimental result shows that the designed acquisition and processing system has good detection performance, simple design and high flexibility.     

一种基于FPGA技术的高速数字化仪的设计

介绍了一种基于FPGA的高速数字化仪的理论设计和实现方法,从硬件角度给出了设计思路和实现方法．整个系统核心器件包括：高速数模转换芯片,拥有14b精度,150MHz转换速率等性能;高性能FPGA;板载4片32bSDRAM,能够增加采样深度,提高存储速率,实现大数据量的实时存储．使用Verilog语言编写底层FPGA程序．测试结果表明：可以实现可控深度的预采样;ADC有效位达14b,输入10MHz的正弦信号时,通道间相干系数能达到0．9983,信号完整,能满足对高速信号的采集要求．     

Network Invulnerability Enhancement Algorithm Based on WSN ClosenessCentrality

Wireless Sensor Network (WSN) is an important part of the Internet of Things (IoT), which are used for information exchange and communication between smart objects. In practical applications, WSN lifecycle can be influenced by the unbalanced distribution of node centrality and excessive energy consumption, etc. In order to overcome these problems, a heterogeneous wireless sensor network model with small world characteristics is constructed to balance the centrality and enhance the invulnerability of the network. Also, a new WSN centrality measurement method and a new invulnerability measurement model are proposed based on the WSN data transmission characteristics. Simulation results show that the life cycle and data transmission volume of the network can be improved with a lower network construction cost, and the invulnerability of the network is effectively enhanced.     

基于MEMS技术可植入微压力传感器的检测电路设计（英文）

为实现体内压力（如：血压、颅内压等）的实时监测,采用微机电系统（MEMS）技术制造出植入式微压力传感器.由于它是电容式传感器,在信号读取系统中,首先通过集成电路CAV414将电容信号转换为电压信号.通过理论计算和实际试验测试,微压力传感器初始电容值为15 pF.CAV414检测范围是10 pF~2 nF,检测精度为电容初始值的5%,因此在该系统中可检测到的电容最小变化量为0.75 pF,其输出电压范围为0~5 V,该电压信号可以直接作为模拟/数字转换器（ADC）的输入信号.选用ADC0809实现模拟信号向数字信号的转换.ADC0809为一款8通道8位模数转换器,通过FPGA实现对ADC0809的驱动控制.ADC0809的8位输出信号直接作为数字信号的输入,在本文试验中数字信号处理通过FPGA编程实现.     

基于北斗通信的河道水质监测系统设计

针对当前水污染监测费时费力的问题,为了实现实时在线检测水质信息,提出了一种基于北斗通信的浮标监测系统,该系统包括浮标体数据采集系统和岸基接收站系统。以新型设计的浮标为载体的数据采集系统,采用STM32芯片,通过RS485协议读取传感器数据后发送并保存至SD卡中;同时通过北斗模块将数据发送至岸基,岸基上位机可远程浏览浮标状态数据、水质数据以及位置信息。整个系统采用太阳能供电方式,以此完成从数据采集、数据保存到数据传输、数据处理。经测试,整个系统运行状况良好,可实现水质自动化监测,达到预期设计要求。