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(shè)計
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系統(tǒng)采用分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在飛機的各個重要部位如發(fā)動機、起落架、襟副翼等部位安裝傳感器節(jié)點，以監(jiān)測潤滑油以及液壓油的情況，每架飛機的傳感器節(jié)點組成簇，傳感器節(jié)點與簇頭之間采用單跳通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳送給簇頭。簇頭節(jié)點將傳感器節(jié)點傳來的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，以去除數(shù)據(jù)冗余，減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，同時也能更有效的進行油液監(jiān)測，然后將數(shù)據(jù)傳送給sink 節(jié)點。上層網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，各簇頭與sink 節(jié)點進行通信。sink 節(jié)點設(shè)計為手持式的數(shù)據(jù)采集器，設(shè)置兩種模式，可以對機場上的所有飛機數(shù)據(jù)進行采集，也可以對每架飛機的油液數(shù)據(jù)進行單獨采集。sink 節(jié)點將數(shù)據(jù)收集好之后再利用USB 接口將數(shù)據(jù)上傳到PC 機上，PC 機可以利用專門油液分析專家系統(tǒng)對油液進行進一步的分析，也可以通過Inter net 連接到大型油液分析實驗室對油液實施遠程監(jiān)測。
為了降低能耗，系統(tǒng)采用廣播信標(biāo)幀的形式來實現(xiàn)設(shè)備間的同步，同時選用CSMA/ CA 的信道訪問機制來避免數(shù)據(jù)傳送沖突。
傳感器節(jié)點與簇頭節(jié)點在飛機上的安裝位置如圖3 所示，傳感器節(jié)點主要安裝在起落架、襟副翼和尾翼的液壓油管路以及發(fā)動機艙內(nèi)的潤滑油管路中，用來監(jiān)測液壓油和潤滑油的情況。為了使各傳感器節(jié)點的能量消耗盡可能達到均衡，應(yīng)將簇頭節(jié)點安裝在傳感器節(jié)點組成的星型網(wǎng)絡(luò)的中心位置，同時考慮到安裝的方便，選擇將簇頭節(jié)點安裝在飛機的機背上。
4 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件設(shè)計
4 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件設(shè)計
該監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括傳感器節(jié)點、簇頭節(jié)點和sink節(jié)點的硬件設(shè)計，根據(jù)各自的工作特點，各節(jié)點的硬件設(shè)計如下。
4 1 傳感器節(jié)點的硬件設(shè)計
傳感器節(jié)點安裝在飛機的潤滑油和液壓油油路上，由于飛機的潤滑油及液壓油管路大都安裝在飛機機體內(nèi)部，尤其是潤滑油管路位于發(fā)動機艙內(nèi)部，溫度很高，工作環(huán)境非常差，所以我們采用電池來給傳感器節(jié)點供電，以避免接入導(dǎo)線供電造成線路不易檢查，容易出故障的缺點。傳感器節(jié)點的硬件設(shè)計框圖如圖4 所示。
分為數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元以及電源管理模塊4個部分?！ ∑渲袛?shù)據(jù)采集單元采用嵌入式油液分析傳感器，用來在線采集油液信息。油液分析的方法有很多種，與此相對應(yīng)，嵌入式油液分析傳感器也具有多種形式，它們采用不同的技術(shù)確定油液狀態(tài)，,為了得到全面的飛機油液信息，可以選用多種嵌入式油液分析傳感器安裝在油路的不同部位，將它們采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到簇頭節(jié)點，再由簇頭節(jié)點進行數(shù)據(jù)融合，初步得到飛機的油液狀態(tài)?！ ?shù)據(jù)處理單元主要由微處理器和存儲器組成，微處理器模塊是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件設(shè)計的核心，所有的設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集和處理、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)收發(fā)等都將在該模塊的支持下完成，所以微處理器的選擇在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計中至關(guān)重要，根據(jù)項目本身的需求，選擇高性能、低功耗的8位AVR系列單片機ATmega128L作為微處理器模塊。由于傳感器節(jié)點采集油液數(shù)據(jù)后要進行存儲，待簇頭節(jié)點提出數(shù)據(jù)傳輸請求后才將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，存儲的數(shù)據(jù)量較大，所以需要外接存儲器。 數(shù)據(jù)傳輸單元主要用來實現(xiàn)與簇頭節(jié)點間的通信，通信的圖6系統(tǒng)軟件設(shè)計框圖能量消耗是節(jié)點能量消耗的主要方面，因此選擇一款低功耗、高性能的通信芯片是對延長節(jié)點壽命至關(guān)重要。本設(shè)計選擇CC2420作為無線通信芯片。CC2420是ChipconAS公司推出的首款符合24GHz,IEEE802154標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器，只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。利用此芯片開發(fā)的無線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率最高可達250kbps,可以實現(xiàn)多點對多點的快速組網(wǎng)。CC2420為信息包處理提供廣泛的硬件支持，數(shù)據(jù)緩沖器、發(fā)射、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)證明、空閑信道*估、鏈路質(zhì)量指示和信息包實時資料，這些特點減少了主控制器的工作量，使CC2420可與低成本微處理器相接?！ C2420與ATmega128L的連接非常方便，處理器通過10條線就可以實現(xiàn)對CC2420的控制，簡化了節(jié)點的硬件設(shè)計。
分為數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元以及電源管理模塊4 個部分。
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分為數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元以及電源管理模塊4 個部分。
其中數(shù)據(jù)采集單元采用嵌入式油液分析傳感器，用來在線采集油液信息。油液分析的方法有很多種，與此相對應(yīng)，嵌入式油液分析傳感器也具有多種形式，它們采用不同的技術(shù)確定油液狀態(tài)，, 為了得到全面的飛機油液信息，可以選用多種嵌入式油液分析傳感器安裝在油路的不同部位，將它們采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到簇頭節(jié)點，再由簇頭節(jié)點進行數(shù)據(jù)融合，初步得到飛機的油液狀態(tài)。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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