用于鋼軌監(jiān)測(cè)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)故障診斷.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集成無線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)于一身，使得其具有體積小、造價(jià)低、功耗低、功能多等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是由于傳感器節(jié)點(diǎn)資源有限，且工作環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)是無線傳感網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)、振動(dòng)沖擊強(qiáng)，應(yīng)用于鋼軌監(jiān)測(cè)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)故障頻出，為此本文展開了相關(guān)的故障診斷研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，具體從節(jié)點(diǎn)線下診斷、節(jié)點(diǎn)在線診斷以及節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)三方面進(jìn)行了詳

2、細(xì)闡述。
　　針對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)線下故障診斷，研究了一種基于振動(dòng)信號(hào)的故障檢測(cè)方法。搭建了能提供穩(wěn)定振動(dòng)信號(hào)的測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制單元、激振器、簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)以及監(jiān)控軟件組成?？刂茊卧敵隹刂菩盘?hào)并通過功率放大器驅(qū)動(dòng)激振器，激振器激振簡(jiǎn)支梁使之產(chǎn)生形變從而產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)，振動(dòng)信號(hào)通過梁上安裝的傳感器輸出至傳感器節(jié)點(diǎn)。利用該系統(tǒng)，通過分析采集數(shù)據(jù)的時(shí)頻特性，可以有效地發(fā)現(xiàn)故障節(jié)點(diǎn)。
　　針對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)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(luò)的硬故障診斷方法:軟故障方面網(wǎng)關(guān)接收節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)管理端，任務(wù)管理端調(diào)用節(jié)點(diǎn)本次和上一次采集數(shù)據(jù)，通過計(jì)算二者的基值變化量和功率譜相關(guān)系數(shù)并將計(jì)算結(jié)果與規(guī)定的閾值相比較可判斷節(jié)點(diǎn)是否工作正常;硬故障方面任務(wù)管理端通過節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(jiǎn)算法對(duì)決策表進(jìn)行約簡(jiǎn)并利用約簡(jiǎn)結(jié)

4、果對(duì)建立好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。最后將測(cè)試樣本輸入到訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型中進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的故障定位。
　　此外，為了實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)防和修復(fù)，進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)改進(jìn)設(shè)計(jì)。通過STM32內(nèi)置的12位AD轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)工作溫度的監(jiān)控設(shè)計(jì)，以便于分析節(jié)點(diǎn)溫度和工作性能之間的關(guān)系。通過對(duì)程序的優(yōu)化，解決了節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)不成功、代碼遭篡改、程序不能自動(dòng)跳轉(zhuǎn)等問