用于鋼軌監(jiān)測的無線傳感器節(jié)點故障診斷.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點集成無線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、信號處理技術(shù)等先進技術(shù)于一身，使得其具有體積小、造價低、功耗低、功能多等諸多優(yōu)點。但是由于傳感器節(jié)點資源有限，且工作環(huán)境復雜，導致在實際應用中，傳感器節(jié)點是無線傳感網(wǎng)絡中最薄弱、最容易出現(xiàn)的故障的一環(huán)。由于工作環(huán)境溫差大、電磁干擾強、振動沖擊強，應用于鋼軌監(jiān)測的無線傳感器節(jié)點故障頻出，為此本文展開了相關的故障診斷研究和實驗測試，具體從節(jié)點線下診斷、節(jié)點在線診斷以及節(jié)點優(yōu)化設計三方面進行了詳

2、細闡述。
　　針對傳感器節(jié)點線下故障診斷，研究了一種基于振動信號的故障檢測方法。搭建了能提供穩(wěn)定振動信號的測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制單元、激振器、簡支梁結(jié)構(gòu)以及監(jiān)控軟件組成?？刂茊卧敵隹刂菩盘柌⑼ㄟ^功率放大器驅(qū)動激振器，激振器激振簡支梁使之產(chǎn)生形變從而產(chǎn)生振動信號，振動信號通過梁上安裝的傳感器輸出至傳感器節(jié)點。利用該系統(tǒng)，通過分析采集數(shù)據(jù)的時頻特性，可以有效地發(fā)現(xiàn)故障節(jié)點。
　　針對傳感器節(jié)點在線故障診斷，研究了基于感知數(shù)據(jù)比

3、較的軟故障診斷方法以及基于粗糙集和BP神經(jīng)網(wǎng)絡的硬故障診斷方法:軟故障方面網(wǎng)關接收節(jié)點的感知數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給任務管理端，任務管理端調(diào)用節(jié)點本次和上一次采集數(shù)據(jù)，通過計算二者的基值變化量和功率譜相關系數(shù)并將計算結(jié)果與規(guī)定的閾值相比較可判斷節(jié)點是否工作正常;硬故障方面任務管理端通過節(jié)點的故障類型（傳感器模塊故障、通信模塊故障、采集模塊故障、供電模塊故障）及其相應的故障征兆建立了一張故障決策表，接著利用粗糙集的約簡算法對決策表進行約簡并利用約簡結(jié)

4、果對建立好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練。最后將測試樣本輸入到訓練好的網(wǎng)絡模型中進行測試，實現(xiàn)了節(jié)點的故障定位。
　　此外，為了實現(xiàn)故障的預防和修復，進行了節(jié)點改進設計。通過STM32內(nèi)置的12位AD轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)了節(jié)點4路工作電壓的采集和監(jiān)控，以便于分析供電環(huán)節(jié)存在的問題。利用DS18820傳感器，實現(xiàn)了節(jié)點工作溫度的監(jiān)控設計，以便于分析節(jié)點溫度和工作性能之間的關系。通過對程序的優(yōu)化，解決了節(jié)點組網(wǎng)不成功、代碼遭篡改、程序不能自動跳轉(zhuǎn)等問