鋼絲繩狀態無線監控系統節能方案研究與設計
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絡中兩個節點之間距離的測定,已知發射節點的發射信號強度,接收節點根據收到信號的強度計算出信號的傳播損耗,利用理論和經驗模型將傳輸的損耗轉換為兩個節點之間距離的具體數值。RSSI理論值可由下式表示:接收信號強度是發射功率和發送接收之間距離的函數,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,它表示信號能量隨著發射器距離的增加而衰減的速率;d表示兩個節點之間的距離;A代表兩節點相距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關系的曲線圖。本文引用地址:http://www.j9360.com/article/159441.htm
同濟大學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。但是本設計中對距離的精確度要求不高,只需在特定的距離段內,終端節點的父節點喚醒其自己時間同步階段的下一級節點即可,保證終端節點在距離其現在父節點相對距離較遠時,可以通過離開網絡重新連接到新喚醒的節點中,繼續執行數據采集的任務。通過在學校高層宿舍樓的實際測試,當RSSI的絕對值大于75時出現了一定數量的丟包,為了保證終端節點能穩定的傳輸采集數據,本設計中設定RSSI的絕對值大于50時,喚醒新的路由節點,當RSSI的絕對值連續在70附近時終端節點立即離開整個網絡,然后再通過申請加入網絡使自己連接到新喚醒的節點,此時新喚
醒的節點就成了終端節點的父節點。整個喚醒系統的流程圖如圖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,根據實際經驗確定,當定時器定時T時間過后,低功耗模式的節點被定時器喚醒,其會檢查自己是否仍然在整個網絡中,由于保持著其進入低功耗之前的狀態,掉網的可能性很小,如果掉網,實行斷網重連,重新申請加入網絡。
4 上位機軟件開發
本設計的監測顯示界面在Visual C++6.0編程語言基礎上編寫而成,通過計算機串口與協調器節點相連,使整個系統具有了數據采集、數據分析、數據顯示及數據存儲的功能。
該軟件需提前根據鋼絲繩的直徑、捻距對相應的直徑及捻距值進行設定,根據測量裝置的上和導輪光電編碼器確定采樣間隔,另外根據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 結論
筆者通過該設計完成了擦窗機鋼絲繩狀態的實時監測,利用電磁檢測原理,設計了鋼絲繩損傷檢測傳感器。使用TPSN時鐘同步算法,使整個網絡除終端采集節點外其他節點保持時鐘同步,為某些節點在某個特定時間進入低功耗模式和同時醒來創造了條件。通過節點在空閑時間進入低功耗模式從而為整個網絡的持續運行節約了大量的能量,有效地延長了整個網絡的生命周期。另外利用RSSI值判斷終端節點距離其父節點的距離,當距離大于通過實驗測的的規定值時,斷開網絡連接,重新加入距離其最近的路由節點,從而保障了數據采集系統的持續可靠運行。
實驗證明,系統可以順利地測出擦窗機運行中的鋼絲繩狀態的情況,并能將數據通過無線網絡送回到協調器中,進而通過串口送至上位機軟件進行顯示、分析和存儲,網絡中的信號通信狀況良好,抗干擾能力強。同時監控人員可以對鋼絲繩狀態進行實時監控,大大保障了吊船內工作人員的安全性。
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