本科毕业设计（论文）起重机能耗检测无线传感网实时传输技术研究

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1、起重机能耗检测无线传感网实时传输技术研究1研究的背景及意义1.1无线传感网实时传输研究的背景及意义在知识经济的二^一世纪中，微机电系统(MEMS)、片上系统(SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展孕育造就了如今无处不在的无线传感器网络(WSN)o由于WSN的低成木、方便使用、泛在感知等特性给信息感知带来了一场变革，与工业流程的全面监测相结合成为了必然的趋势。由于WSN的十分广泛的应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛的应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域

2、。其中物理层和MAC层标准IEEE802.15.4在IEEE组织以及TI,ST,Ember,Freescale,NXP等著名芯片厂商的推动下，己成为WSN的事实标准。802.15工作组致力于研究的低速率无线个域网(LR-WPAN)更是广泛的应用在智能家居、医疗检测和军事应用等领域。例如，在医疗领域屮，安装在病人身上的传感器可以实时的监测病人的血压或者心跳等生理指标，并且将这些指标信息实时的反馈给医护人员。WSN是新一代的传感器网络，当前在国际上备受关注，涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。WSN综合

3、了传感器技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术。其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。2000年，美国国防部将传感器网络列为5个尖端领域Z—；2003年美国《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中;2004年(IEEESpectrum)杂志发表一期专集：传感器的国度，论述无线传感器网络的发展和可能的广泛应用。可以预计，无线传感器网络的广泛应用是一个必然趋势，它的出现将会给人类社会

4、带来极大的变革。WSN在工业应用中要求有严格的实时性，对于工业闭环控制应用，数据传输时延应低于1.5倍的传感器采样时间。WSN由于没有网络基础设施的支撑，设备间的通信需要通过多跳接力的方式进行，因此保证端到端的通信的确定信比较困难。1.2起重机能耗检测的相关背景起重机作为国民生产的重要设备而广泛的应用在各种工业现场，自从改革开放以来，随着社会的不断发展，包含起重机械在内的特种设备以每年8%的速度增长，起重机械中以电动葫芦起重机、桥式和门式起重机应用在工业现场的数量最多，据国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监督局的

5、统计截至2013年底我国登记的起重机械数量达213.50万台，占特种设备总量的23%,其高耗能占据了特种设备的50%以上。起重机中以起动过程和制动过程的能耗是整个运行过程中能量损耗的重要组成部分，因此在研究起重机的能源使用中必须针对这两个过程的能耗进行测试，便于科学合理地分析其能耗，揭示节能途径。依据《节约能源法》，国务院2009年1月修订颁布了新的《特种设备安全监察条例》，将高耗能特种设备节能监管纳入了依法行政的轨道，在特种设备的设计、制造、安装、使用、检验等环节增加了与节能相关的要求。起重机设备作为我国经济建设

6、的重要设备，对其能耗状况的分析检测能够反映出能源利用的管理水平，提出合理的节能策略也符合国家能源战略方针。2002年美国能源部(DOE)所属能源效率和可再生能源办公室(EERE)的工业计划(ITP)小组发布的报告“21世纪工业无线技术”第一页屮引用了总统科技顾问的断言：无线传感器可将能源利用率提高10%,将能源损耗减少25%O预计传感器及自动化技术在2010年可节约能量12万亿BTU(英国热量单位)。利用低功耗、高可靠性的工业无线传感器网络技术实时检测和监测起重机设备的工作过程，发现耗能异常，采取节能措施。2主要的

7、几种提高接入实时性的研究方向现有几种通过对GTS进行修改来提高技术实时性机制的方法：2.1多重信标GTS分配机制在IEEE802.15.4的信标模式下存在一个由时隙大小引起的带宽浪费问题，因此提出了一种多重信标超帧结构(MBS),在MBS中，一个超帧由多个不同大小的时隙构成。为了阐述MBS的能力，研究者同时提出了一种GTS分配贪婪算法(GGA)o这种算法会根据那些被协调器识别的设备的传输特性来动态的设定最合适吋隙人小，因此能够将因时隙大小的原因而导致的带宽浪费问题最小化。多重信标GTS分配机制的优点是能够明显提高无

8、线个人区域网(WPAN)中带宽的利用率，缺点是会花费网络设备的部分的活动时间并且多重信标帧导致网络设备要更严格地与协调器进行多次同步和唤醒，致使GTS能耗浪费很大。2.2通道预留多播GTS机制IEEE802J5.4MAC协议的信标模式中，信标扮演着信道接入同步和分配信道信息的重要角色，例如分配竞争接入期的长度等。然而一些预留地址信息和保证时隙的分配信息都被广