【摘要】：利用無線傳感器網(wǎng)絡對列車健康狀況進行監(jiān)測是保證其安全運行的重要措施。然而,多數(shù)車廂難以提供穩(wěn)定的電源,部分傳感器節(jié)點完全依賴電池供電,導致電池更換成本高、電量有限等問題。利用能量收集技術(shù)設(shè)計傳感器節(jié)點是一種有效的應對方法。但由于能量收集速率緩慢,節(jié)點在實現(xiàn)組網(wǎng)和傳輸?shù)倪^程中仍需降低功耗。此外,車廂中傳感器節(jié)點間需通過多跳路由的方式傳輸數(shù)據(jù),可能造成部分節(jié)點負載過重的問題,進而引發(fā)網(wǎng)絡癱瘓,嚴重影響網(wǎng)絡的傳輸效率和穩(wěn)定性。針對上述問題,結(jié)合軌道交通應用場景,本文開展了低功耗無線傳感器網(wǎng)絡的設(shè)計與實現(xiàn)工作,具體包括以下三個方面:首先,設(shè)計了低功耗無線傳感器網(wǎng)絡。分析了應用場景對低功耗無線傳感器網(wǎng)絡提出的需求,提出了相應的解決思路。針對低功耗無線傳感器節(jié)點,設(shè)計了振動能量收集器、穩(wěn)壓電路、雙電源方案和自動切換電路,對微處理器、加速度計和射頻模塊進行了選型;針對低功耗無線傳感器組網(wǎng)方案,分析了組網(wǎng)場景,設(shè)計了相應的網(wǎng)絡拓撲、網(wǎng)絡報文、中繼節(jié)點選擇方案和節(jié)點組網(wǎng)運行流程,根據(jù)節(jié)點任務對超幀時隙進行了分配。其次,實現(xiàn)了低功耗無線傳感器網(wǎng)絡。針對低功耗無線傳感器節(jié)點特點,分配了微處理器的管腳,實現(xiàn)了微處理器與外部模塊間的通信,介紹了軟件執(zhí)行流程、任務調(diào)度系統(tǒng)、硬件驅(qū)動和低功耗功能的主要函數(shù);針對低功耗無線傳感器組網(wǎng)方案,采用了可控性更高、實時性更好的時分多址通信技術(shù),定義了網(wǎng)絡報文,實現(xiàn)了超幀時隙任務、超幀時隙同步、網(wǎng)絡報文解析流程、單時隙無線收發(fā)流程、節(jié)點組網(wǎng)運行流程和中繼節(jié)點選擇方案。最后,對低功耗無線傳感器網(wǎng)絡進行了測試,包括節(jié)點和組網(wǎng)方案的測試。給出了節(jié)點的能量收集速率、不同工作狀態(tài)下電量消耗速率以及組網(wǎng)方案中涉及到的功能流程。對于節(jié)點測試,結(jié)果表明振動能量收集器在保證節(jié)點工作的同時具有較快的能量收集速率。對于組網(wǎng)方案測試,驗證了節(jié)點授時、中繼節(jié)點選擇、中繼節(jié)點更換以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?有效解決了節(jié)點能量受限的問題,在可靠傳輸數(shù)據(jù)的前提下保證了節(jié)點間的能耗均衡。低功耗無線傳感器網(wǎng)絡還未部署在實際的列車環(huán)境中,后續(xù)將完成部署并采集大量振動數(shù)據(jù),利用機器學習算法模型進行分析,實現(xiàn)故障的實時診斷。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.9;TN929.5;U279
【圖文】：

圖２－２無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋ｓｅｎｓｏｒ邋ｎｏｄｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑

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【參考文獻】

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本文編號：2731975