基于無線傳感器網絡的主機溫度采集監測系統

董志乾

Abstract： Wireless sensor network has the functions of collecting， analyzing， processing and storing massive data information. The network itself has the characteristics of wireless， multi-hop， self-organization and so on. With the help of sensor nodes， a new network system is formed. This wireless sensor network is mainly used in military industry， ecological environment monitoring， geological early warning and other special working environments in China. In the actual operation of the ship， many engineers analyze the operation of the ship's main engine by monitoring the exhaust temperature of the cylinder. Therefore， it is necessary to strengthen the analysis of the change of single cylinder exhaust temperature.

關鍵詞： 無線傳感器網絡;主機溫度采集監測系統;發展趨勢

Key words： wireless sensor network;host temperature acquisition and monitoring system;development trend

中圖分類號：TP212.14 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）04-0230-03

0 ?引言

作為船舶的動力核心，在船舶主機長期運行過程中，由于維護不當或操作不當，經常會出現一些故障問題。分析和排除這些常見故障的原因，盡快恢復主機裝置的正常運行，可以有效地提高船舶的工作效率。船舶主機的排氣溫度作為主要熱工參數，能有效反應出主機工況，過高或者過低的排氣溫度能較早的表現出主機可能存在的故障。原船舶主機維修采用定期計劃維修的策略。該策略是有計劃的，可以有效地防止船舶主機的突然故障。這種策略也有一定的弊端。它不僅不考慮主發動機的運行狀況和管理水平，而且不是所有常見的突然失敗是可以預防的。因此，主機溫度監測系統能在熱工參數出現異常的時候較早的發出預警，輔助維修人員進行故障判斷，減少經濟損失。

1 ?主機溫度采集監測系統功能實現

本文提出一種以德州儀器成熟解決方案——cc2530為SoC的基于zigbee的無線傳感器網絡，以常用的k型熱電偶作為溫度測量的敏感部件，通過利用cc2530自帶的ADC來采集傳感器的毫伏信號，經過變送、處理、轉發將個缸排溫上傳至zigbee-以太網網關，在通過網關轉發至上位機進行統一的監測與預報警。無線傳感器用于在線監測主機連接點的工作溫度，以確定被測對象的過熱程度。在超溫，或者溫度異常偏低的情況下，測溫系統會發送報警或預警信息通知用戶。溫度測量系統具有以下功能溫度測量系統具有以下三個技術特點：

第一，無線傳感器系統以無線作為信號傳輸和傳感介質，能夠實時檢測環境溫度的變化并進行分布式測量。該產品具有較高的監測靈敏度，可實現無電源檢測，同時避免了復雜的現場布線。

第二：可靠性和精度高，長期穩定性好，電氣絕緣，耐腐蝕，對被測介質影響小，且分布檢測。

第三：系統滿足本質安全、防爆、防靜電的要求，系統可以輸出報警信號和實時溫度信號。

2 ?無線傳感器網絡的定義

無線傳感器網絡是一種新的網絡模式。網絡的功耗和成本相對較低，具有分布式的特點。在傳感區域，設置多個傳感器節點組成網絡，實現無線通信。然而，在使用無線傳感器網絡的過程中，數據隱私面臨著許多安全威脅。有必要通過應用保護技術來保證數據隱私的安全性，從而保證無線傳感器網絡的安全性。無線傳感器網絡作為物聯網的數據采集器，在一段時間內部署在需要的區域進行信息的采集和傳輸。然而，網絡的每個節點提供的能量是有限的和收集范圍是固定的，所以他們需要配合形成一個多跳網絡維護整個網絡的連通性，因此，在設計傳感器網絡路由協議時，我們需要考慮節點的合作，通信能力和能量管理，確保無線傳感器網絡能夠適應不同的工作環境。目前，社會各行各業都需要運用一系列的智能設備來把握社會發展的趨勢和趨勢，船舶行業也是如此。主機作為船舶的核心動力的重要組成部分，其傳統的電纜工作存在著一些缺陷和問題，需要通過智能化設備來解決。它在智能化無人機艙的建設中也起著重要的作用。員工可以借助這種先進的設備對傳統的工作流程進行改進和優化，從而提高無人機艙的水平和質量。

分布式無線傳感器網絡可以使用自己的微型傳感器來智能管理整個監控區域。分布式無線傳感器網絡在運行過程中采用多節點分布，大大縮短了傳輸過程，提高了傳輸效率。同時，分布式無線傳感器網絡可以連接到Internet，這使得可以利用Internet技術對無線傳感器網絡進行遠程控制。與其他無線傳輸網絡相比，分布式無線傳感器網絡具有顯著的優勢，尤其是多點傳輸模式，節點大，空間分布密度高，從而保證了對物理現象的非常有效的監測。此外，節點數量也高于其他網絡結構。對分布式無線傳感器網絡的拓撲結構、分布式節點之間的計算能力、功耗和存儲容量進行最基本的控制，以保證數據傳輸的效率和質量。節點之間的通信方式不夠及時，和傳輸的準確性，仍然有許多問題缺乏明確的管理導致高度不穩定的拓撲和頻繁的和無法控制的變化，所有的挑戰和問題，我們必須處理在未來制定協議。

3 ?船舶主機排氣溫度監測的意義

船舶主機在運行過程中，為了保證整體運行狀態和運行安全，有必要對汽缸排氣溫度進行監測。該溫度參數能有效反映氣缸和燃油噴射設備的實際狀態。因此，在船舶實際運行過程中，許多工程師通過監測汽缸排氣溫度來分析船舶主機的運行情況。因此，加強對船舶主機單缸排氣溫度變化的分析是十分必要的。船舶柴油機排氣溫度過高影響柴油機的正常工作，如造成排氣管破裂產生火災隱患;破壞滑油膜造成滑油失效導致拉缸;同時形成環境污染，造成大量損失。柴油機的排氣溫度不應超過說明書的規定值，且各缸排氣溫度不應產生較大的差距。

異常的排氣溫度也可以較早的預警可能出現的故障隱患例如：①冷卻水溫度異常。正常的柴油機冷卻水溫度應保持在75-90攝氏度，冷卻水的溫度過高或者過低會影響燃燒室燃燒做功，從而影響柴油機輸出功率。②進氣量及增壓器工作異常。主機的最大輸出功率受到進氣量影響，異常的進氣量或者增壓器故障同樣會導致燃燒室做功升高或者下降。③進排氣門和氣門間隙異常。進、排氣門損壞或者間隙過小都會使氣門關閉不嚴，在壓縮沖程中新鮮空氣泄漏，燃燒的不充分導致輸出功率減小，排氣溫度降低。④噴油提前角的異常或者噴油嘴堵塞。噴油量的減小同樣會導致排氣溫度偏低，因此主機排氣溫度的監測意義重大，能較早的發現柴油機工作的異常，提早排除故障，減小經濟損失。

4 ?無線傳感器主機溫度采集監測系統的發展趨勢

無線傳感器主機溫度采集監測系統的信息融合、數據存儲和查詢緊密結合在一起，不僅為應用層的接入提供了便捷的途徑，還有助于解決系統的能耗問題，提高了WSN網絡數據融合的效率。

4.1 壓縮感知的應用

壓縮感知（Compressed sensing，CS）是數據處理的關鍵技術，在無線傳感器網絡的發展中起著非常重要的作用。它主要針對傳統信息處理中采樣信息處理的局限性，利用壓縮方法獲取傳感數據信息，利用隨機亞采樣實現對壓縮數據的直接采集。在數據采集和壓縮的過程中，直接采集，對網絡數據進行獨立編碼，在感知的過程中，不需要對數據進行驗證，在分布式數據處理和采集方面具有很大的優勢。通過將數據無線傳輸到基站，壓縮感知技術可以從WSN網絡中提取數據，并通過能量均衡自適應壓縮感知算法防止網絡節點過度消耗能量。采用閾值選擇方法，滿足不同場景的需求，整合壓縮感知應用的信息，將信息傳輸到無線傳感器網絡的多目標位置，調用復雜數據。這樣，可以將基于網格的復雜多目標定位問題轉化為網絡中的目標跟蹤問題，便于對WSN網絡中的數據進行分布式處理，從而降低網絡消耗。

4.2 面向應用的信息處理

在WSN中，為了提高無線傳感器網絡中信息融合、數據存儲和查詢的效率，提高WSN信息融合的服務質量，在WSN中采用面向應用的信息處理，便于在網絡中快速實現數據處理。它不僅可以實現網絡數據的高速傳輸，還可以降低網絡能耗。為了提供面向應用的信息處理方法，使用不同測控輸入的WSN數據，并使用相應的神經網絡處理完成節點和網絡層面的數據采集和預處理，從而實現對網絡數據的綜合處理。

5 ?無線傳感器主機溫度采集監測系統監控狀態

5.1 無線傳感器主機溫度采集監測系統檢測

在傳統主機溫度采集監測系統信息處理基本上是簡單的顯示信息，但具體問題不能及時反饋。在這種背景下，相關人員往往需要花費更多的時間和精力來處理和解決問題，從而降低了整體維修工作的效率和質量。如果能將主機溫度采集監測系統改造成無線傳感器主機溫度采集監測系統，就能在一定程度上解決這類問題。在無線傳感器主機溫度采集監測系統中，主機溫度采集監測系統繼電保護可以對系統進行實時檢測和監控。如果有問題，可以對涉及到的關鍵數據進行標記，然后通過通信設備上傳到相應的系統，系統收到數據后，將數據保存起來，不會消失。系統可以有效地檢測出不同時期傳輸的數據，然后將這些數據的變化轉換成相應的數據圖，便于后續的數據處理和分析。同時，無線傳感器主機溫度采集監測系統還可以模擬損壞的設備進行工作，從而保證主機保護的維護可以更輕松的完成。

主機設備的在線監測信息通過zigbee-以太網網關進行傳輸到計算機上。相關人員根據收到的數據對數據進行分析，包括汽缸排氣溫度、渦輪前排氣溫度、渦輪后排氣溫度、滑油溫度、冷卻水溫度等。傳輸方式也可以分為兩種不同的方式。一種是通過測控裝置傳輸相應的數據。這樣，數據信息就需要通過網絡配置傳輸到相應的測控設備。測控裝置對這些數據信息進行處理，轉換成MMS形式傳輸給檢測系統。二是利用網絡分析儀進行傳輸。與前者相比，該過程更快。它直接利用網絡分析對數據進行采集、排序和處理，然后轉換成MMS格式進行傳輸。無線傳感器主機溫度采集監測系統通常采用無線傳輸數據，包括物理通斷和邏輯通斷兩種在線監測方法。它們有自己的特點，也可以為數據交換提供良好的技術支持。

5.2 無線傳感器主機溫度采集監測系統物理鏈路通信

首先是無線傳感器主機溫度采集監測系統相應的物理鏈路通信。通信狀態需要保持實用性的原則，因為具體的二次電路保護過程所涉及的內容和類型比較多樣化。為了防止由于內容多樣化而造成的數據傳輸問題，相關工作人員需要盡可能減少冗余環節中產生的數據，從而加強主機保護的質量。為了達到這一效果，相關人員在進行主機物理通信的過程中，應該采取一些高效、快速的通信方式，防止通信過程中涉及的多個環節產生一些無用的數據。但是，在交際的過程中，也要保證交際的實用性但是在溝通的過程中，也要保證溝通的實用性，為了簡單快捷，一些必要的步驟不能省略。在實際運行過程中，還可以通過框架結構對系統進行整理，并對主機進行評估。如果在實際操作過程中出現一些異常情況，也需要由相關人員及時進行修復和修復，以確保主機各接口正常運行。如果有數據傳輸的錯誤，員工應當首先維護整體數據的前提下正常運輸，然后進行維修，準確定位故障的位置，確保主機繼電保護動作的準確性，并為后續的相關工作打下良好的基礎。

5.3 無線傳感器主機溫度采集監測系統邏輯鏈路通信

無線傳感器主機溫度采集監測系統邏輯鏈路通信在二次電路工作的過程中，主要的工作流程是SCD文件從生成到傳輸的過程。在傳輸完相應的信息后，還需要準備相應的信息并上傳到相關部門進行檢測，以保證傳輸的有效性。所涉及的冗余設備產生的數據需要與SCD數據保持一致，以提高數據傳輸的準確性。邏輯鏈路的功能主要是分析整理SCD文件以及組態、消息和設備之間的操作關系，使各鏈路能夠清楚地掌握自己的任務，在邏輯鏈路的調節下，數據傳輸變得更加清晰高效。無線傳感器主機溫度采集監測系統可以對配置進行在線評估。如果發現發送和接收設備不能匹配成功在評價過程中，它會發出警告，提醒員工進行邏輯檢查和檢查相關設備的工作狀態。

無線傳感器主機溫度采集監測系統在實際的應用過程中，員工首先需要將相應的信息存儲在SCD文件中，并將其放入相應的數據庫中，以此為基礎建立模型。之后，之前整理好的數據和信息需要借助繪圖工具以圖像的形式表達出來。工作人員標出上限和下限。上下限在設置的范圍內是正常的。如果不是，則需要重新處理。溫度采集監測系統通過MMS進行連接，保證信息能夠實時監控，在出現問題和故障時能夠及時處理。將后續數據上傳到系統，方便員工進行分析，從而制定出更好的方案。

6 ?無線傳感器主機溫度采集監測系統中的數據查詢和存儲

無線傳感器主機溫度采集監測系統的信息融合主要以數據中心的方式進行數據傳輸。它不同于傳統的集中數據庫的集中數據處理方法。采用分布式信息處理方法對無線傳感器網絡的數據進行綜合處理。在信息融合過程中，每個節點可以得到相應數據的查詢處理和存儲信息時的響應。

6.1 數據存儲 ?數據存儲也是無線傳感器主機溫度采集監測系統網絡的關鍵內容之一。無線傳感器網絡的數據存儲受到網絡能耗條件的限制。要解決數據存儲問題，首先要解決的關鍵問題是如何處理網絡中的能耗分布，從而有效地實現高速數據存儲和快速數據響應。當用戶獲取數據時，我們只需要關注數據的邏輯結構和具體內容，而不需要關注WSN網絡信息融合的細節。在數據存儲的過程中，首先，利用傳感器網絡節點的本地計算函數，建立一個合理的邏輯分區和資源存儲分區的數據庫，并建立傳感器網絡節點的數據存儲模型在數據庫中，可以快速定位數據地址和消除一些無關的數據，減少存儲介質的訪問頻率，造成的能量損失訪問存儲過程，這不僅可以增加數據安全訪問的檢測機制，而且還有效地劃分存儲節點存儲節點的能量平衡，從而減少能源消耗的基礎網絡。可采用基于事件的生產頻率和查詢頻率、自適應集中式查詢等技術，實現分布式策略，將數據存儲在本地數據庫中。

6.2 數據查詢 ?無線傳感器主機溫度采集監測系統數據存儲后，如何有效地檢索和查詢數據無線傳感器主機溫度采集監測系統的數據查詢需要降低網絡數據傳輸的能耗和網絡信息融合的延遲。在盡可能降低能耗的同時，還可以提供有效的數據服務。WSN的數據查詢主要包括三種類型：歷史查詢、快照查詢和連續查詢。WSN網絡提供SQL數據庫語言的查詢數據接口，可以查詢不同類型的傳感器數據。通過使用智能數據查詢系統，可以實現傳感器網絡的查詢優化和agent生成。這種規則匹配方式可以快速查詢系統數據，降低數據查詢的能耗。在數據查詢過程中，采用了優化思想，以WSN中能量最高的節點作為查詢節點，然后使用周期性旋轉查詢，能夠平衡網絡節點的能耗，提高數據查詢效率。

6.3 節點部署方式 ?在無線傳感器主機溫度采集監測系統中，監視器的實際需求決定了節點的部署方式。節點部署一般分為手動部署和隨機部署。在手工部署中，通過仔細規劃節點位置和密度，可以滿足對特定區域的監控要求。在手工部署中，通過仔細規劃節點位置和密度，可以滿足對特定區域的監控要求。當節點成本較高且對自身位置要求較高時，手動部署將是一個很好的選擇。然而，對于惡劣的環境，手動部署策略的可執行性較差。另一方面，在隨機部署方法中，節點隨機分布在監測區域內。如果單個用戶只關心區域內環境信息的變化，那么節點的隨機部署可以獲得有效的監控。

6.4 網絡能耗設計 ?無線傳感器主機溫度采集監測系統路由協議的主要目的是在發送端和接收端之間有效地傳輸數據。每個節點在感知、處理、接收和傳輸信息時都會消耗能量，而數據傳輸是網絡中最消耗能量的部分。由于傳感器節點的能量有限，某些節點的能量消耗可能會導致網絡拓撲結構和連接性能的變化。然后，需要重新組織和尋找新的路徑來完成信息的傳遞。因此，路由協議的設計需要在能量優化和精度之間進行權衡。

6.5 節點屬性 ?在無線傳感器主機溫度采集監測系統網絡中，分散在環境中的節點可以是同構的，也可以是異構的。同構節點具有相同的工作能力，如傳輸范圍、電池壽命和處理能力等，而異質節點具有不同的能力和資源。在大多數無線傳感器主機溫度采集監測系統中，傳感器節點的位置保持不變。然而，對于某些特定的應用，基站和節點可以移動。在某一區域時，節點數量可能會根據用戶監控需求而變化，即從幾個節點增加到幾百個節點。然而，當節點數量過大時，每個節點不可能保持對網絡拓撲的全局理解。因此，所設計的路由協議需要能夠處理主機大量節點的通信問題。

7 ?結束語

無線傳感器網絡在未來有著廣泛的應用。它是由多個傳感器節點、數據傳輸和接收設備組成的自組織多層次網絡，能夠實現面向應用的信息處理。信息融合是WSN網絡中信息處理的主要方法，它可以有效地處理獲得的信息，不僅可以降低主機網絡通信節點的能耗，還可以降低主機網絡通信的時延，延長主機的生命周期。

參考文獻：

[1]岳字君，曾維魯.基于無線傳感器網絡的溫度監測系統[J]. 三峽大學學報：自然科學版.

[2]董蘊華，石新峰.基于無線傳感器網絡的環境溫度濕度監測系統[J].農機化研究.

[3]楊麗琴.基于無線傳感器網絡的數據采集系統設計[D].廣西大學.