生产监控的嵌入式无线智能传感器网络的开发

　　0　引　言

　　目前一些轴承制造工厂已经实施生产监控系统,用来分析如何充分发挥设备潜力并使其保持在最佳状态。在工厂里传统的监控存在诸多缺点,如:不定期的机器停机可能造成二次伤害、没有任何警告的错误可能存在安全风险、需要在必要时备用机器[1]等。除了要考虑以上问题外,轴承制造业也面临许多新的问题,如大多数轴承的生产过程是由研磨机完成的,研磨机在研磨时会产生大量的热量,所产生的热量会损害金属的特性,因此必须控制好加工时间。用廉价、节能、高效的设备设计嵌入式无线传感器节点可以解决这些问题,并且这些无线传感器节点可以很容易地部署在监测的地区。

　　一些无线智能传感器的原型已经被个别研究人员开发了出来,智能微尘[2]就是其中之一。智能微尘是一种非常有效的做法,即在现场就可以实现由控制中心检测远程重要事件和传播数据的功能[3]。但是目前的智能传感器中没有一种支持双向通信, I/O吞吐量也非常低,并且用于接收信号的分布式计算机都工作在有限的低频范围内,因此它们不适合大规模的传感器节点集成和数据传输要求,而主要用于一些没有实时要求的、简单的工程应用领域。

　　有别于监测卫生和环境的传感器[4-5],用于生产监控系统的传感器主要目标是提高设备效能,记录设备的所有活动如上电、停工、安装/调整、单一作业循环的时间成本等。就现场计算能力和无线信息传递能力而言,这种传感器节点具有易安装、低维修费用和更新颖、更灵活等优势,比传统的传感器节点更具有吸引力。本研究拟开发一个用于生产监控的、既可靠又负担得起长期远程智能监测的无线智能传感器网络。

　　1　系统简述

　　本研究采用的系统结构是如图1所示的典型的半分布式数据管理结构。无线智能传感器网络平台可以分为两大部分:协调器和传感器节点。从系统结构来看,协调器是最重要的一部分,其主要用于收集数据、分析、临时存储、传输和传感器网络管理[6]。在两级结构中,可以根据每一个组成部分的工作任务进行特殊设计,从而降低开发难度。

　　传感器节点的重要功能是为获取数据、预先分析和无线通信提供一个低功耗硬件平台。在通信中的耗电量远大于计算值,而电源对单一传感器节点的供电量是有限的。在本设计中,对于单一的传感器节点设备,只需在无线网络中传输几个被压缩的、各设备运行时的状态数据。所有状态包括上电、运行、运行超时、设备调整、设备维护、请求帮助、帮助应答和传感器系统出错。其中一些状态是由磨床周围的分离检测节点采集的,可以用来衡量操作人员或维修人员的熟练状况。而其他一些被用来作为操作员和生产线管理员的沟通渠道。