基于Zigbee協(xié)議的飛機無線嵌入式實時油液監(jiān)測系統(tǒng)設計
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引言
飛機的油液監(jiān)測是利用油液分析技術對飛機使用的潤滑油和液壓油進行綜合分析，以獲得飛機發(fā)動機的潤滑和磨損情況以及液壓系統(tǒng)的使用情況，進行油液分析可以有效地監(jiān)測飛機的發(fā)動機、起落架、襟副翼和尾翼等關鍵部件的使用情況，檢查并預測飛機的故障，保證飛行的安全。
1 油液分析方式方法與現狀
油液分析技術又稱為設備磨損工況監(jiān)測技術，是一種新型的設備維護技術，它利用油液所攜帶的設備工況信息來對設備的當前工作狀況以及未來工作狀況做出判斷，從而為設備的正確維護提供了有效的依據，達到預防性維修的目的。目前，油液分析技術主要有油液性能分析法、污染度分析法和磨粒分析法3 種方法。
根據油液樣品采集方式和分析地點的不同與關系，機器油液分析儀器或系統(tǒng)可以劃分為3 種基本形式，如圖1 所示響。
（1） 離線式（off - line） , 以現場（on- site, 應用便攜式油液分析儀器） 和非現場（off - site, 應用基本配置或完全配置油液分析實驗室） 兩種模式分析周期或非周期性方式采集的代表性油液樣品。離線式機器油液分析的缺點是分析結果受油液樣品采集、運輸和實驗過程中多種因素的影響。
（1） 離線式（off - line） , 以現場（on- site, 應用便攜式油液分析儀器） 和非現場（off - site, 應用基本配置或完全配置油液分析實驗室） 兩種模式分析周期或非周期性方式采集的代表性油液樣品。離線式機器油液分析的缺點是分析結果受油液樣品采集、運輸和實驗過程中多種因素的影響。
?。?） 在線式（on- line） , 連續(xù)或間歇地分析部分循環(huán)油液。在線式機器油液分析技術對機器油液流動狀態(tài)的影響小，能夠提供直接結果且?guī)缀醪皇芡獠恳蛩赜绊?，缺點是如果樣品采集量較少時，在線分析結果可能喪失代表性。
（3） 嵌入式（in- line） 或原位型（in- site） , 連續(xù)分析系統(tǒng)中的全部循環(huán)油液。嵌入式機器油液分析技術的優(yōu)點是對全部油液進行分析并立即提供分析結果，分析過程不受外部因素影響，但嵌入式機器油液分析實施困難，而且可能對油液系統(tǒng)正常工作帶來影響。
圖1 油液分析的方式傳統(tǒng)的飛機進行油液分析，都是采用離線式的方法，首先要在現場對每架飛機放油采集油樣，然后送到實驗室進行分析，分析完成后再將數據送給現場維修人員和決策者，由于油液運輸和數據傳遞需要大量時間，進行一次油液分析的周期往往很長，不利于裝備維修的時效性。另外，在油液采樣和運輸過程中還有可能引入污染，影響分析結果。
近年來，西方發(fā)達國家利用電子技術和信號處理技術，研制了多種新型嵌入式油液分析傳感器，并在此基礎上，針對各種不同類型的設備，開發(fā)了一系列油液在線監(jiān)控系統(tǒng)，實現了在線分析和實時監(jiān)控。
2 Zigbee 技術
Zigbee 是一種低速無線個域網技術，它適用于通信數據量不大、數據傳輸速率相對較低、分布范圍較小，但對數據的安全可靠有較高要求，而且要求成本和功耗非常低，并容易安裝使用的場合。其具有極低的功耗和固態(tài)組網能力且經濟性好，安全可靠，復雜度低。Zigbee 網絡分為4 層，從下向上分別為物理層（PHY） 、媒體訪問控制層（MAC） 、網絡層（NKW）和應用層（APL） 。IEEE802154標準主要負責制定Zigbee的物理層和媒體訪問控制層，它是Zigbee 技術的基礎。Zigbee技術聯(lián)盟在它之上定義了網絡層和應用層。
本文設計了基于Zigbee 協(xié)議的飛機嵌入式實時油液監(jiān)測系統(tǒng)，利用嵌入式油液分析傳感器獲取油液數據，然后利用基于Zigbee 協(xié)議的無線通信方式將數據匯聚到簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點對數據進行處理后再傳送到sink 節(jié)點，由sink 節(jié)點將數據上傳到PC機，通過PC機進行詳細的油液數據分析以得到結果。這樣既可以省去反復放油以及油液運輸的工作量，節(jié)省時間，又可以消除在放油和油液運送過程中引入污染的可能。
3 系統(tǒng)總體設計
該油液監(jiān)測系統(tǒng)采用新型的嵌入式油液分析傳感器來在線實時的獲取油液數據，然后利用Zig bee 協(xié)議來實現傳感器節(jié)點與簇頭節(jié)點以及簇頭節(jié)點與sink 節(jié)點之間的通信，來傳遞采集來的數據，sink 節(jié)點再利用USB 接口與PC 機連接，將數據上傳到PC 機中。系統(tǒng)的總體設計框圖如圖2 所示
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