基于Internet的网络传感器节点的研制及相关信号处理方法的研究

发布时间：2020-03-23 20:36

【摘要】： 现代化工业生产中重大装备的突发性故障有可能引起“链式反应”,导致整个生产系统的瘫痪,造成巨大的经济损失,严重的设备故障还会造成灾难性的事故和人员伤亡,产生不良的社会影响,因此设备工况监视与故障诊断技术的重要性得到了社会的普遍认同。本课题围绕设备工况远程监测与故障诊断系统这一中心,针对系统前端的用于现场数据采集的传感器节点设计和系统后端的机械故障信号处理技术,进行了深入的分析和研究。数据采集方面,现代工业装备和工业流程监测系统出于成本、技术实施以及维护等方面的考虑,需要一个能被广泛接受的传感器接口标准以解决传感器之间以及与网络的互联问题。基于此,本课题将以太网技术直接应用于测控现场的传感器,以嵌入式技术的成本优势和面向工业测控的Internet自定制技术为基础,论述了在普通单片机上实现自定制TCP/IP协议栈的具体方法,开发出了完整的利用Internet进行远程监测的低成本网络传感器节点原型,并设计了上位机远程客户端程序进行了通信测试。该技术为构建基于网络传感器的大型远程监测系统提供了技术铺垫。针对故障检测,信号处理是机械故障诊断中的关键技术。其中,如何有效的提取微弱故障信息已成为该领域中急待解决的关键问题之一。本课题结合时域同步平均和连续小波变换,提出了一种检测周期性高频冲击信号的新方法——同步平均连续小波变换阵图。将信号连续小波变换结果视为对应于不同频带的一组时域信号,做同步平均扫描分析,将得到的能量分布以二维灰度图的形式显示,由峰值所处的位置反推出高频冲击所处的频带以及冲击发生的频率。该方法用于微弱故障信号检测取得了良好的效果。
【图文】：

远程监测系统,传感器,客户端,监测程序

整个系统主要由两部分构成：监测现场传感器节点和远程客户端监测程序。二者以 Internet 为物理通路，以 TCP/IP 协议通过 C/S 模式进行交互通信。传感器节点以多路传感器模拟信号为输入，并作为服务器监听特定端口，当收到远程客户端数据请求时，则按照指令对指定通道进行相关要求的采样存储，再将采样数据打包回送到远程客户端，从而实现对特定设施设备的远程在线监测。远程客户端监测程序可以请求并获取现场数据，以供用户进一步诊断分析。

原理图,硬件,传感器,原理图

本课题针对网络传感器的特点，进行了一系列的优化与精简，，在满足基本性能要求的情况下，主要选用低成本元器件。整个硬件部分采用了模块化设计方法，包括以下几个模块：CPU 模块，Ethernet 网卡控制器模块，电源模块，模拟信号处理模块，存储器模块，串行口模块。在电路板设计过程中，主要考虑系统的电气可靠性。传感器节点的整体框架如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH165.3

【参考文献】