王宏

（華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院，湖北武漢43000）

泵站機(jī)組軸承監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王宏

（華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院，湖北武漢43000）

為提高同濟(jì)醫(yī)院中型泵站臥式機(jī)組水導(dǎo)軸承使用壽命，減少因軸承破損導(dǎo)致的異物壓入缺陷，分析扇形段軸承失效的原因，提出了樹(shù)形雙匯聚節(jié)點(diǎn)的分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)類節(jié)點(diǎn)進(jìn)行硬件的選型與設(shè)計(jì)，完成了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建。

軸承；故障診斷；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

改造前同濟(jì)醫(yī)院泵站機(jī)組額定靜水頭為105.8 m，最大揚(yáng)程130.4 m，軸承的額定轉(zhuǎn)速為200 r/min，水輪機(jī)主軸軸領(lǐng)處直徑φ1350 mm，主要參數(shù)線速度指標(biāo)在立式機(jī)組中已屬高速。水泵是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，轉(zhuǎn)子不平衡、不對(duì)中，部件的潤(rùn)滑和密封等都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組故障。磨損、腐蝕、疲勞、老化、汽蝕等失效形式，機(jī)組部件材料的性能、安裝質(zhì)量和運(yùn)行條件都可能是水泵機(jī)組及其關(guān)鍵部件故障的原因。軸承故障還具有潛在性、漸發(fā)性、耗損性、模糊性和多樣性等特性［1-2］。

軸承的故障診斷方法有很多，根據(jù)狀態(tài)信號(hào)的物理性質(zhì)分主要有溫度法、振動(dòng)法、油液分析法、油膜厚度分析法等。綜合分析以上各種診斷方法，基于振動(dòng)信號(hào)采集的軸承故障診斷方法具有檢測(cè)早期故障的能力，同時(shí)該方法運(yùn)用廣泛、處理方法成熟，因此，選擇振動(dòng)信號(hào)作為軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)的信號(hào)源［3］。本文設(shè)計(jì)的泵站機(jī)組軸承監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)旨在及早探測(cè)軸承可能存在的危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站運(yùn)行的自動(dòng)控制，保證機(jī)組運(yùn)行的正常平穩(wěn)。

1　需求分析與總體設(shè)計(jì)目標(biāo)

對(duì)于軸承的故障狀態(tài)診斷，一般需對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)易診斷和精密診斷兩個(gè)層次的分析以便得出診斷結(jié)論。在已有的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，為了對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析需將能夠反應(yīng)設(shè)備故障信息的全部振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，而機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的采集頻率較高（不低于1 kHz）、數(shù)據(jù)位數(shù)較長(zhǎng)（為提高振動(dòng)數(shù)據(jù)分辨率一般為12位以上），因此需要進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行大數(shù)據(jù)量傳輸時(shí)容易造成節(jié)點(diǎn)能量消耗的提高、數(shù)據(jù)丟包率和誤碼率的增加以及傳輸時(shí)效性的降低［4］。

針對(duì)上述問(wèn)題，旨在設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)于該系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，需要在重點(diǎn)考慮各類節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理能力和傳輸能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。對(duì)于同濟(jì)醫(yī)院中型泵站臥式機(jī)組水導(dǎo)軸承無(wú)線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）穩(wěn)定性

系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是系統(tǒng)中各類節(jié)點(diǎn)硬件的穩(wěn)定性。機(jī)械設(shè)備的工作環(huán)境往往比較惡劣，智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)需要安裝在設(shè)備上，這就要求監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)所選用的各個(gè)元器件都能夠在濕度大、溫度高、振動(dòng)強(qiáng)的環(huán)境下正常工作。二是系統(tǒng)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，主要考慮在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的射頻通訊環(huán)境下，容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟失，同時(shí)由于振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性也有較高的要求。

（2）實(shí)時(shí)性

由于軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)特別是重要位置軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求很高，及時(shí)采集振動(dòng)數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理、傳輸、形成診斷結(jié)論對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)才有意義，因此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要提高監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，包括數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

（3）微處理器性能

基于振動(dòng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)要求采集的頻率高、數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，處理器需要處理的任務(wù)也相應(yīng)增加。對(duì)于智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)處理器而言，節(jié)點(diǎn)需要完成振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、振動(dòng)信號(hào)的初步分析處理以及振動(dòng)特征值或振動(dòng)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸?shù)榷囗?xiàng)任務(wù)，對(duì)節(jié)點(diǎn)處理器的處理能力和存儲(chǔ)量提出了較高要求。

（4）信道容量

智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的采樣速率較高，一般不低于1 kHz，并通過(guò)無(wú)線方式對(duì)振動(dòng)特征值或振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，針對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)中有進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸需求這一情況，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行無(wú)線通訊模塊選擇時(shí)，需要選擇傳輸速率較高的傳輸方式。

2　高效傳輸無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

2.1基于多匯集點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

適用于軸承的無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)采用人工布點(diǎn)的方式，且布點(diǎn)的位置也相對(duì)固定，因此無(wú)線信道線路相對(duì)穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中可以對(duì)設(shè)計(jì)傳輸信道的通信質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試，一般不需要考慮無(wú)線傳輸信道不斷變化造成的數(shù)據(jù)傳輸失敗［5］。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，基本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有兩種：一種是基于靜態(tài)路由的Star型結(jié)構(gòu)單跳無(wú)線傳輸模式，另一種為基于動(dòng)態(tài)路由的Mesh型結(jié)構(gòu)多跳無(wú)線傳輸模式［6］。

如圖1（a）所示為單跳無(wú)線傳輸?shù)男切蜔o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗平均，同時(shí)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較小。Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1（b）所示，此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜，具有網(wǎng)絡(luò)容量大、傳輸范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高等優(yōu)點(diǎn)［7］。

圖1　基本類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

針對(duì)需要設(shè)計(jì)的軸承的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，Mesh型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠體現(xiàn)出各個(gè)節(jié)點(diǎn)能量消耗均勻、數(shù)據(jù)及時(shí)上傳的優(yōu)勢(shì)，這是系統(tǒng)準(zhǔn)確完成監(jiān)測(cè)和診斷的前提條件，同時(shí)，可以通過(guò)增加中繼節(jié)點(diǎn)的方式來(lái)拓展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。因此，設(shè)計(jì)的無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)采用Mesh基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

考慮到單跳網(wǎng)絡(luò)傳輸范圍的有限性，這里對(duì)Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的安裝位置由設(shè)備和生產(chǎn)線的具體狀況決定，雖然在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量相對(duì)有限，但是由于設(shè)備分布具有高度集中性和高度分散雙重特性，因此監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的分布也具有同樣具有這樣的性質(zhì)，為了避免單跳傳輸范圍的局限性本系統(tǒng)采用添加中繼節(jié)點(diǎn)的方式增加數(shù)據(jù)的傳輸距離。同時(shí)，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性及故障節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳的全面性，采用正常節(jié)點(diǎn)與故障節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分通道傳輸?shù)墓ぷ髂Ｊ?，?dāng)節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)的軸承處于正常工作狀態(tài)時(shí)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)主網(wǎng)絡(luò)上傳其計(jì)算得到的時(shí)域和頻域特征參數(shù)；當(dāng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)處于異常工作狀態(tài)時(shí)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)系統(tǒng)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)上傳其采集得到的軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)的全部?jī)?nèi)容。通過(guò)以上兩部分改進(jìn)，最終形成了雙匯聚節(jié)點(diǎn)的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖2為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)振系統(tǒng)的拓?fù)錁?gòu)成，WSN協(xié)議設(shè)計(jì)采用樹(shù)形雙匯聚節(jié)點(diǎn)的分簇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，分別為主匯聚節(jié)點(diǎn)和報(bào)警匯聚節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)具有二級(jí)和三級(jí)兩種模式，分別為智能測(cè)振節(jié)點(diǎn)—匯聚節(jié)點(diǎn)兩級(jí)模式或者智能測(cè)振節(jié)點(diǎn)—中繼節(jié)點(diǎn)—匯聚節(jié)點(diǎn)三級(jí)模式。測(cè)振節(jié)點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集、處理和分析，將需要上傳的數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)則統(tǒng)一控制網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)序，一方面將來(lái)自于服務(wù)器端的控制指令發(fā)送給測(cè)振節(jié)點(diǎn)，另一方面收集智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，并進(jìn)行故障分析及診斷，同時(shí)，服務(wù)器還可以向測(cè)振節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令以獲得預(yù)期的效果，如改變特征值類型、報(bào)警值以及進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)需實(shí)現(xiàn)以下三方面的主要功能：振動(dòng)信號(hào)的采集、振動(dòng)信號(hào)的處理和振動(dòng)信號(hào)的傳輸。設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)要能夠滿足數(shù)據(jù)高速采集、數(shù)據(jù)高速傳輸、組網(wǎng)方便、抗干擾能力強(qiáng)、易安裝以及供電便捷等要求。

為了將采集得到的振動(dòng)信號(hào)及時(shí)有效地傳遞給最終的客戶端，得出診斷結(jié)論，針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸大數(shù)據(jù)量的困難這一問(wèn)題，增加了匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。為了在現(xiàn)有的條件下實(shí)現(xiàn)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)上傳，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)模式中提出了基于多匯集點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其監(jiān)測(cè)架構(gòu)如圖3.將Mesh網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分布在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，由傳感器接入無(wú)線節(jié)點(diǎn)完成信號(hào)的獲取，同時(shí)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將輸出傳送給Sink節(jié)點(diǎn)，最終將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)終端。

圖3　多聚集節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)構(gòu)架圖

基于多匯聚集點(diǎn)的傳輸模式從本質(zhì)上可以理解為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的多通道傳輸，這種傳輸模式減緩了只有一個(gè)Sink節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)造成的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，但是這種傳輸方式并沒(méi)有減少采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送量，同樣不能減少數(shù)據(jù)發(fā)送帶來(lái)的能量消耗以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率、丟包率，同時(shí)Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)果雖然有助于數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸?shù)絊ink節(jié)點(diǎn)，但會(huì)導(dǎo)致近Sink節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的任務(wù)加重，使近Sink節(jié)點(diǎn)過(guò)早失效。

2.2基于特征提取方案的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸策略

從軸承的失效形式、機(jī)理和故障特點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和特征提取，并以計(jì)算結(jié)果為診斷依據(jù)，從而達(dá)到減少數(shù)據(jù)發(fā)送量的目標(biāo)。將采集得到的軸承振動(dòng)信號(hào)從時(shí)域和頻域兩個(gè)層面進(jìn)行分析，時(shí)域分析中主要考慮數(shù)據(jù)的有效值、峰值指標(biāo)、脈沖指標(biāo)、峭度指標(biāo)等參數(shù)，并將其作為故障診斷中的主要依據(jù)；從頻域的角度考慮，對(duì)比多種處理方法后最終確定使用共振變換方法進(jìn)行數(shù)據(jù)特征提取，通過(guò)智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)處理將得到信號(hào)的低頻包絡(luò)信息，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行fft變換就可以得到軸承的低頻故障信息。

通過(guò)特征提取的方法對(duì)軸承的故障信息進(jìn)行處理可以大幅度減少需要傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量，以1kHz的采樣頻率采樣1 s為例，設(shè)采樣長(zhǎng)度為16位，則需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為2048個(gè)字節(jié)，進(jìn)行特征值轉(zhuǎn)化之后，綜合考慮時(shí)域參數(shù)和故障頻率后需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量約為100個(gè)字節(jié)，不足振動(dòng)信號(hào)字節(jié)總量的5%，當(dāng)采集頻率提高或采樣時(shí)間延長(zhǎng)后，傳送字節(jié)量占振動(dòng)信息總量的百分比將進(jìn)一步降低。

3　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議設(shè)計(jì)

在雙匯聚節(jié)點(diǎn)的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用基于主匯聚節(jié)點(diǎn)輪詢的時(shí)分多址訪問(wèn)與跳頻通信相結(jié)合的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)循環(huán)向智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)或中繼發(fā)送指令的方式來(lái)調(diào)度整個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作。由于絕大多數(shù)情況下監(jiān)測(cè)設(shè)備處于正常工作的狀態(tài)，此時(shí)無(wú)需進(jìn)行精密故障分析，只需獲得設(shè)備的部分特征值即可，因此單個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸量較?。粚?shí)際應(yīng)用中監(jiān)測(cè)設(shè)備處于故障狀態(tài)的情況較少，但這種情況下需要獲得設(shè)備較完備的信息，用作之后故障精密分析，因此需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大?？紤]到上述因素，為了降低網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，將無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)分為兩個(gè)頻道，分別對(duì)應(yīng)主匯聚節(jié)點(diǎn)、報(bào)警匯聚節(jié)點(diǎn)，每個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)其對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度。

圖4為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)軸承狀態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互及其時(shí)隙分配示意圖，為了簡(jiǎn)化，圖中只畫(huà)出一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)從功能上既可以代表主匯聚節(jié)點(diǎn)，也可以代表報(bào)警匯聚節(jié)點(diǎn)。從示意圖中可以看到數(shù)據(jù)不只有從智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器一個(gè)流向，服務(wù)器也可以通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)向智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，匯聚節(jié)點(diǎn)以上的功能模塊均為服務(wù)器程序，而匯聚節(jié)點(diǎn)及其以下的功能模塊均為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)程序，匯聚節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器信息交互功能的節(jié)點(diǎn)。向下的箭頭表示系統(tǒng)由上層向下層發(fā)送各種指令，向上的箭頭則表示收到指令的節(jié)點(diǎn)對(duì)指令的響應(yīng)而回復(fù)的數(shù)據(jù)包。時(shí)序模塊是匯聚節(jié)點(diǎn)調(diào)度振動(dòng)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間分布情況，一般情況下，匯聚節(jié)點(diǎn)會(huì)先發(fā)送邀請(qǐng)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，之后對(duì)加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪詢，而主動(dòng)查詢模塊特指在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的過(guò)程中，服務(wù)器實(shí)時(shí)對(duì)指定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采樣而不受原時(shí)序的限制。

圖4　數(shù)據(jù)交互及其時(shí)隙分配示意圖

4　調(diào)試與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境

對(duì)于硬件開(kāi)發(fā)而言，一個(gè)性能良好的調(diào)試環(huán)境能夠大大提高程序編寫的效率，有助于程序員發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。J-LINK是SEGGER公司為支持仿真ARM內(nèi)核芯片設(shè)計(jì)的JTAG仿真器，適合多種ARM內(nèi)核芯片的開(kāi)發(fā)；KEIL公司的μVison3軟件開(kāi)發(fā)工具能夠與J-LINK相配合，能夠?qū)崿F(xiàn)單步、連續(xù)單步、斷點(diǎn)、支持寄存器/存儲(chǔ)器的觀察和修改，下載程序到Flash存儲(chǔ)器等功能，適合節(jié)點(diǎn)編程使用。

4.1硬件環(huán)境

調(diào)試過(guò)程中，使用J-Link作為適配器連接PC機(jī)與目標(biāo)板，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)板與PC機(jī)的通信。J-Link是SEGGER公司為支持仿真ARM內(nèi)核芯片設(shè)計(jì)的JTAG仿真器。配合IAR EWARM、ADS、KEIL、WINARM、RealView等集成開(kāi)發(fā)的，支持所有ARM7/ARM9內(nèi)核芯片的仿真，通過(guò)RDI接口和各集成開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫連接，對(duì)于ARM7下載速度高達(dá)600 KB/s.如圖5所示為J-LINK下載器實(shí)物圖，J-LINK一端為USB接口，另一端為20針扁平線JTAG接口。

圖5　J-INK下載器實(shí)物圖

系統(tǒng)硬件調(diào)試連接圖如圖6所示，在進(jìn)行程序下載之前需要在PC機(jī)端安裝驅(qū)動(dòng)裝置，同時(shí)調(diào)試軟件，通過(guò)調(diào)試生成目標(biāo)板能夠識(shí)別的可執(zhí)行文件，J-Link將目標(biāo)板需要的文件直接下載到Flash中。

圖6　系統(tǒng)硬件調(diào)試

4.2軟件環(huán)境

節(jié)點(diǎn)編程采用KEIL公司的μVison3軟件開(kāi)發(fā)工具，支持ARM7、ARM9等多種處理器，能夠自動(dòng)配置啟動(dòng)代碼、集成Flash燒寫模塊，同時(shí)具有強(qiáng)大的Simulation設(shè)備模擬、性能分析等功能。其編程界面如圖7所示。

圖7　μVison3軟件界面

μVison3集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件界面主要有以下窗口：

輸出窗口：用于輸入調(diào)試命令和輸出調(diào)試信息。

存儲(chǔ)器窗口：可以顯示系統(tǒng)內(nèi)存中的各種數(shù)值，包括代碼的存儲(chǔ)空間、直接尋址的片內(nèi)存儲(chǔ)空間、間接尋址的片內(nèi)存儲(chǔ)空間、擴(kuò)展的外部RAM空間中的響應(yīng)值。

工程窗口寄存器頁(yè)：包括當(dāng)前的工作寄存器組合系統(tǒng)寄存器。

觀察窗口：可以觀察到工程窗口中觀測(cè)不到的寄存器值或者高級(jí)語(yǔ)言編程時(shí)需要直接觀察的變量。

反匯編窗口：該窗口可以顯示反匯編后的代碼、源程序和相應(yīng)反匯編代碼的混合代碼、源程序和相應(yīng)反匯編代碼的混合代碼，可以在該窗口進(jìn)行在線匯編、利用該窗口跟蹤代碼。

5　結(jié)束語(yǔ)

（1）同濟(jì)醫(yī)院中型泵站臥式機(jī)組水導(dǎo)軸承無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行之后，并通過(guò)配備聲音、圖像傳感器在其周圍，用來(lái)及早探測(cè)軸承可能存在的危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)泵站運(yùn)行的自動(dòng)控制，保證了機(jī)組運(yùn)行正常平穩(wěn)。同濟(jì)醫(yī)院中型泵站臥式機(jī)組水導(dǎo)軸承無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為其它同類型機(jī)組的設(shè)計(jì)和改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（2）基于特征值提取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方案，該方案降低了節(jié)點(diǎn)能量消耗、減少了數(shù)據(jù)丟包數(shù)量和誤碼數(shù)量、并提高了傳輸時(shí)效性。

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Wireless Sensor Network System Design of Pumping Station Bearing Detection

WANG Hong
（Tongji Hospital Affiliated to Tongji Medical College of Huazhong University of Science and Technology，Wuhan Hubei 430040，China）

To improve the Wuhan Iron and Steel slab caster segments bearing life，reduce the damage caused by foreign bodies bearing pressed into the defect，analyze the reasons for the failure of the bearing segments proposed clustering wireless sensor network topology overall double sink node of the tree，and on this basis，the class node hardware selection and design，to build a complete monitoring system hardware platform.

bearing；fault diagnosis；wireless sensor network

TP277

A

1672-545X（2016）08-0099-04

2016-05-25

王宏（1969-），男，湖北武漢人，技師，本科，研究方向：機(jī)械維修、自動(dòng)化設(shè)備。