基于晶振偏移补偿的机械振动无线传感器网络同步采集节点设计

发布时间：2020-06-04 10:36

【摘要】：机械振动无线传感器网络具有分布式、自组织、动态性强、部署灵活方便等特点,在机械振动监测领域有着巨大的应用潜力。机械设备振动信号具有信号微弱、频率范围分布广以及常需多测点同步采集的特点,机械振动无线传感器网络采集节点不仅要具有高采集精度和高采样频率,各节点间高精度同步采集也是一个重要指标。在高采集精度和高采样频率下,对同步采集精度要求更高,实现更困难。论文在满足机械振动信号高精度采集、高频采集的前提下,研究如何提高同步采集精度,具体工作如下:高精度高频采集的机械振动无线传感器网络同步采集节点硬件设计。设计了双核心处理器架构,避免了网络维护任务与数据采集任务的相互耦合,实现机械振动信号高频采集;设计了同步信息低时延传输的硬件跨层电路,为高精度同步采集提供精准时间基准;设计了混合供电的多路电源管理方案和电源噪声自抑制的IEPE传感器驱动,兼顾数字电路电源转换效率与模拟电路电源供电质量,同时兼容高灵敏度、宽测量频率范围以及低噪声密度的IEPE加速度传感器;设计了截止频率动态可调的抗混叠低通滤波器和信号差分化电路,有效滤除高频噪声和抑制共模干扰;采用连续高频采样时钟的24 bits SAR ADC,在保证模数转换精度的前提下,兼顾节点功耗和同步采集方法对处理器的性能要求;设计了高速数据存取电路,为大量振动数据提供可靠缓存;通过上述硬件设计,实现了同步采集节点高精度高频采集机械振动信号同时为同步采集提供了可靠的硬件平台。研究了机械振动无线传感器网络同步累积误差抑制方法,设计了同步采集节点核心1的软件程序。针对连续高频采样时钟的高精度ADC,分析同步累积误差产生原因,提出了基于晶振偏移补偿的同步累积误差抑制方法,解决各采集节点在采集过程中同步误差随时间不断累积的问题;设计了处理器核心1的主程序流程,实时调度相应任务;设计了采用多缓存机制的可靠数据存储方法和数据发送软件,保证大量振动数据存储与传输的可靠性。机械振动无线传感器网络监测系统集成。介绍了机械振动无线传感器网络监测系统的总体架构;完成了网关节点、路由节点、采集节点及振动加速度传感器硬件集成;介绍了上位机监测管理软件主要功能模块与用户界面;最后,进行了模态参数识别应用试验,结果表明本文设计的机械振动无线传感器网络同步采集节点能够实现高精度高频同步采集机械振动信号。
【图文】：

绪论,主要工作,论文,无线传感器网络

1 绪论据存储与数据发送软件；最后，完成了机械振动无线传感器网络监测系统集成并进行了应用试验，表明本文设计的机械振动无线传感器网络同步采集节点在满足高精度采集和高频采集振动信号前提下，能够实现高精度同步采集，可应用于机械设备振动监测。论文的主要工作与内容安排如图 1.1 所示。

同步采集,无线传感器网络,机械振动,节点

重庆大学硕士学位论文2.2 同步采集节点总体设计无线传感器网络应用于机械振动监测系统需要满足高精度振动信号采集、高采样频率、高精度同步采集的要求，本文设计的机械振动无线传感器网络同步采集节点的总体架构如图 2.1 所示。同步采集节点的硬件部分由双核心处理器模块、数据采集模块、数据存储模块、多路电源管理模块等五个个模块单元组成；同步采集节点的两个核心分别运行各自的软件程序，核心 1 主要主要负责同步信息处理、同步采集、数据存储、串口收发、命令解析以及电源管理等任务，，核心 2 主要负责协议栈运行、网络自组织、链路质量检测、数据无线收发和命令转发等任务。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH113.1;TP212.9;TN929.5

【参考文献】