鋼絲繩狀態(tài)無線監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能方案研究與設(shè)計
3.3 距離測定
接收信號強度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)常用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點之間距離的測定,已知發(fā)射節(jié)點的發(fā)射信號強度,接收節(jié)點根據(jù)收到信號的強度計算出信號的傳播損耗,利用理論和經(jīng)驗?zāi)P蛯鬏數(shù)膿p耗轉(zhuǎn)換為兩個節(jié)點之間距離的具體數(shù)值。RSSI理論值可由下式表示:接收信號強度是發(fā)射功率和發(fā)送接收之間距離的函數(shù),隨著距離的增加而減小。
RSSI=-(10n*lgd+A) (3)
式中:n代表信號傳播常量,也叫傳播指數(shù),它表示信號能量隨著發(fā)射器距離的增加而衰減的速率;d表示兩個節(jié)點之間的距離;A代表兩節(jié)點相距1 m時的接收到的信號強度絕對值,用dBm表示。一般A為30.0~50.0,精度為0.5。圖5為A=40,n=3時的信號的衰減與距離成對數(shù)關(guān)系的曲線圖。本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/159441.htm
同濟大學(xué)的張潔穎等對測得的RSSI值實測曲線進行了分析,在考慮干擾和硬件的情況下實測值和理論值有一定的誤差。但是本設(shè)計中對距離的精確度要求不高,只需在特定的距離段內(nèi),終端節(jié)點的父節(jié)點喚醒其自己時間同步階段的下一級節(jié)點即可,保證終端節(jié)點在距離其現(xiàn)在父節(jié)點相對距離較遠(yuǎn)時,可以通過離開網(wǎng)絡(luò)重新連接到新喚醒的節(jié)點中,繼續(xù)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集的任務(wù)。通過在學(xué)校高層宿舍樓的實際測試,當(dāng)RSSI的絕對值大于75時出現(xiàn)了一定數(shù)量的丟包,為了保證終端節(jié)點能穩(wěn)定的傳輸采集數(shù)據(jù),本設(shè)計中設(shè)定RSSI的絕對值大于50時,喚醒新的路由節(jié)點,當(dāng)RSSI的絕對值連續(xù)在70附近時終端節(jié)點立即離開整個網(wǎng)絡(luò),然后再通過申請加入網(wǎng)絡(luò)使自己連接到新喚醒的節(jié)點,此時新喚
醒的節(jié)點就成了終端節(jié)點的父節(jié)點。整個喚醒系統(tǒng)的流程圖如圖6所示。
進入PM2低功耗模式的時間T,由控制中心通過串口提供,根據(jù)實際經(jīng)驗確定,當(dāng)定時器定時T時間過后,低功耗模式的節(jié)點被定時器喚醒,其會檢查自己是否仍然在整個網(wǎng)絡(luò)中,由于保持著其進入低功耗之前的狀態(tài),掉網(wǎng)的可能性很小,如果掉網(wǎng),實行斷網(wǎng)重連,重新申請加入網(wǎng)絡(luò)。
4 上位機軟件開發(fā)
本設(shè)計的監(jiān)測顯示界面在Visual C++6.0編程語言基礎(chǔ)上編寫而成,通過計算機串口與協(xié)調(diào)器節(jié)點相連,使整個系統(tǒng)具有了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲的功能。
該軟件需提前根據(jù)鋼絲繩的直徑、捻距對相應(yīng)的直徑及捻距值進行設(shè)定,根據(jù)測量裝置的上和導(dǎo)輪光電編碼器確定采樣間隔,另外根據(jù)實際情況確定鋼絲繩損壞情況的門限值。其實際中測量畫面如圖7所示。
5 結(jié)論
筆者通過該設(shè)計完成了擦窗機鋼絲繩狀態(tài)的實時監(jiān)測,利用電磁檢測原理,設(shè)計了鋼絲繩損傷檢測傳感器。使用TPSN時鐘同步算法,使整個網(wǎng)絡(luò)除終端采集節(jié)點外其他節(jié)點保持時鐘同步,為某些節(jié)點在某個特定時間進入低功耗模式和同時醒來創(chuàng)造了條件。通過節(jié)點在空閑時間進入低功耗模式從而為整個網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)運行節(jié)約了大量的能量,有效地延長了整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。另外利用RSSI值判斷終端節(jié)點距離其父節(jié)點的距離,當(dāng)距離大于通過實驗測的的規(guī)定值時,斷開網(wǎng)絡(luò)連接,重新加入距離其最近的路由節(jié)點,從而保障了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的持續(xù)可靠運行。
實驗證明,系統(tǒng)可以順利地測出擦窗機運行中的鋼絲繩狀態(tài)的情況,并能將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)送回到協(xié)調(diào)器中,進而通過串口送至上位機軟件進行顯示、分析和存儲,網(wǎng)絡(luò)中的信號通信狀況良好,抗干擾能力強。同時監(jiān)控人員可以對鋼絲繩狀態(tài)進行實時監(jiān)控,大大保障了吊船內(nèi)工作人員的安全性。
評論