网络技术下的无线设备状态监测系统

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摘要：针对现今机械设备状态监测系统的不足，以无线网络技术为基础，利用传感器作为系统硬件核心，开发一种无线设备状态监测系统，其硬件组成包括传感器和无线微处理器；软件设计包括WinCE6.0平台、传感器节点应用程序、监控软件开发环境。根据实验结果可知，文章设计的基于网络技术的无线设备状态监测系统与传统系统相比，在等量数据点条件下，其监测效率占有一定优势。

关键词：网络技术；无限设备；效率

引言

现今使用的机械设备状态监测系统分为两大类，一种是在线设备状态的监测系统，在线监测具体是将传感器搜集到的设备故障信息直接输入分析设备内，或者借助A/D转换开关后利用通信电缆将信息上传至计算机内，之后计算机就会继续完成分析处理与在线诊断，而且计算机既能够应用在工业现场，也可以远在现场之外[1]。在线诊断的优势就在于可以在短时间内快速完成任务，实时性比较好，可缺点是成本太高，运行不灵活，所以在线诊断系统通常会普遍应用在大型关键设备状态的检测上。另外一类是无线状态监测系统，无线状态监测通常会普遍应用现场上，对数据进行信息采集，将数据信息存储在便携式采集设备上，借助人工输入或计算机内部的诊断软件完成对数据的分析处理，实现电流传感器。

1基于网络技术的无线设备状态监测系统的硬件组成

1.1传感器选择

传感器的主要作用就是对无线设备在运行状态中出现的各种数据进行及时采集，传感器在数据采集上表现出的精准性和安全性将会直接决定无线设备状态监测系统的性能发挥。科学、有效的传感器选择是一项极其重要的工作，一般主要考虑以下三种指标，首先需要考虑其工作特征，如灵敏度、频率、安全性、机动性、线性度等；其次有必要对其工作环境进行全面考虑，如温度、湿度、化学腐蚀性等；最后需要考虑的就是诸如尺寸、大小等实际参数[3]，尽可能避免因本身参数导致采集效果大打折扣。尽量避免由于传感器的物理参数而影响到采集效率。本系统的硬件主要对设备的振动信号、电流信号进行采集。传感器的选择主要包括加速度传感器和电流传感器传感器两种。加速度传感器。本文选择的加速度传感器型号是AD2001T，该传感器主要适用于对工业设备的监控上，比如无线设备、风机和大型机械设备等。AD2001T的具体参数设置如下所示：分辨率设为0.3mg，灵敏度基本在2000mV/g，误差基本控制在5%~10%之间；其次，在频率响应范围上比较广泛，大概在0.3Hz~10000Hz之间，共振频率为30KHz；再次，其量程范围比较大，最高可达100g，底座使用绝缘材料；第四，普遍使用直流电源进行日常供电，其供电电压一般为+25V，输出偏压在5~10V之间；最后，其工作温度范围在20℃~+100℃之间。本文选择的电流传感器型号是KHAT1019L型闭合式电流互感器。其优势就是能够对交直流和脉冲电流进行直接测量；不需要外连电源，闭合式构造且输入线圈设为内置，测量方式设为非侵入式；外形小巧，携带方便，底座带有固定开口，隔离电压的能力比较强，安全度比较高。该电流互感器可以在一定程度上将强电流通过二次感应的方式直接转变为弱电流，适合用于车间设备（如电机定子）电流信号的采集。KHAT1019L的具体参数设置如下所示：首先测量电流范围在0~100A之间；其次额定输出电流在0~200mA之间；再次额定采样电压设为10V；然后在工作温度范围设定上为40°C~+100°C；最后其非线性度为0.05%[2]。

1.2无线微处理器模块

微处理器是整个节点的关键，负责节点其它部件的监控和各项任务的匹配，实现数据的釆集、转变和存储任务。微处理器的选择对整个节点性能的发挥会产生至关重要的影响。微处理器的选择通常会着重考虑一下几点要求：在处理能力上，微处理器处理能力强就意味着工作效率得到有效提高，任务之间需要等待的时间就会大大减少，可处理能力的加强，其损耗也会随之增大，设计时有必要按照性能发挥寻找平衡点。在片内资源上，有的微处理器内部具备定时器、程序储存器、A/D转变器等很多外备资源。使用这些片内资源能够在一定程度上简化外部组件，使微处理器的外围电路更加清晰易懂可操作。无线通信模块的基本任务就是实现无线任务的接收与发射。其射频芯片的选择上需重点考虑尺寸因素，微处理器尺寸的大小会间接决定整个节点的尺寸，设计时需选取尺寸较小的微处理器。其中主要处于以下几点的考虑：首先是损耗，通信模块的耗电量极其庞大，芯片损耗比较低，节点的整体损耗就会比较低；其次是编程的难易程度，选择编程简单的射频芯片能够在一定程度上降低后期管理难度，推进研发进程；再次是外围电路，简单的外围电路意味着较少部件，如此就能够大大降低成本，减小节点尺寸；最后是发射频段，机械、科学、医药（ISM）频段，主要包括495MHz，812MHz，957MHz，7.4GHz等，这些频段能够无需申请直接应用。

2基于网络技术的无线设备状态监测系统的软件设计

2.1WinCE6.0操作平台

WindowsEmbeddedCE6.0（WinCE6.0）是微软公司最新研发的一种嵌入式操作平台，它是一种模块化的、便于剪裁的、移动方便的多任务嵌入式操作平台。WindowsEmbeddedCE6.0的设计内核主要支持78000个并发进程，每一个进程具备8GB的虚拟内存存储空间，同时还可以确保系统的即时性响应，这使其能够将更为优秀的应用程序应用到更加智能化、自动化的设备中，嵌入式开发者能够从中筛选他们所需源代码，并根据编码组建独有的操作系统。

2.2传感器节点应用程序设计

传感器节点主要是利用CC1081芯片的四条SPI总线对芯片的工作模式进行合理配置，实现读写数据的缓存功能。借助CAA引脚状态对清除空闲信道进行预估设置，利用SDF引脚状态对时钟信息的输入进行控制。当节点输电时，就会自动侦查无线通信网络传输的入网信息，获得入网络许可以后，每一个传感器的数据采集节点就会直接被划分到唯一的网络IP地址内。同时数据采集节点也开始进入工作状态，传感器将采集到的关键数据上传至微处理器内，再经由微处理器进行一系列的简单操作，传感器节点每隔一个固定时间就会对传感器发送一次目前数据所处特征值，传感器将次特征值和标准值进行对比，一旦发现异常，就会请求中断，将出现问题的振动数据波形利用传感器节点上传至监控中心，继续处理。发送结束后就将等待下次请求中断后继续发送数据。

2.3监控软件开发环境

监测软件的界面主要式在C++Builders.1环境下完成开发的。C++Builder作为Boreland公司继Delphi后推出的又一款可视性集成工具，C++Builder具备在短时间内优化可视化开发环境，虽编译程序较为简单，但实际功能发挥却很强大，只需简单地将控件拖拽至窗体，设置好基本属性，再修改一下外观，应用程序界面立即就能够建设好了，C++Builder内设了超过200个完全具备WINDOWS公用特征并且还拥有可扩展性(包括全面支持ActiveX控件)的可重复性处理组件；凡是C++开发环境具备高效、机动的功能，且其CPU能够实现完全透视，完成监测任务。

3实验与效果分析

为了更加直观具体的看出本文设计的基于网络技术的无线设备状态监测系统的实际应用效果，特与传统无线设备状态监测系统进行对比，对其监测效率进行比较。

3.1实验准备

为保证实验的准确性，将两种无线设备状态监测系统置于相同的试验环境之中，进行监测能力的实验。

3.2实验结果分析

实验过程中，通过两种不同的无线设备状态监测系统设计同时在相同环境中进行工作，分析其监测能力的变化。实验效果对比图1如下所示。根据实验结果可知，本文设计的基于网络技术的无线设备状态监测系统与传统系统相比，在等量数据点条件下，其监测效率占有一定优势。

4结语

本文对基于网络技术的无线设备状态监测系统进行分析，依托传感器网络技术，根据无线设备状态的发生故障，对其监测系统进行优化升级，实现本文设计。实验论证表明，本文设计的方法具备极高的有效性。希望本文的研究能够为基于网络技术的无线设备状态监测系统的构建方法提供理论依据。

参考文献：

[1]吴瑞明.基于物联网的矿井机电设备状态监测关键技术的相关分析[J].矿业装备,2018,12(6):114-115.

[2]杨敏,曾荣,陈奕瑾,等.基于PLC信号分析的设备状态监控系统设计[J].自动化与仪器仪表,2017(6):127-129.

作者：闫娟雅 单位：郑州市技师学院