基于无线传感器网络的核电装备状态监测系统设计

3 WSN的网络支持
路由协议解决的是数据传输的问题，是WSN的核心技术之一。WSN的路由协议与传统的Internet网络不同，WSN要求网络在使用有限的硬件资源和能量的前提下完成数据的采集功能，由于无线信道的不稳定性，节点的移动和失效以及工厂环境等综合因素的影响，WSN的拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的趋势是随机的，再加上网络中存在大量的数据冗余，所以设计一款适合WSN的路由协议非常必要。针对核动力设备的特殊要求，采纳一种实时性很高的路由算法TEEN。TEEN是一种分层结构路由协议，该思想下网络通常划分为簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。簇头节点负责簇内成员的管理，并且完成簇内信息的收集和融合操作，同时还负责簇间数据的转发。TEEN网络简化结构(可以建立更多的分簇)如图7所示，由于事先已经确定了双电源系统的个数以及位置，所以选择靠近基站的双电源系统作为路由的簇头，簇头确定好了以后，簇头节点通过广播告知整个网络自己成为簇头的事实，网络中的非簇头节点根据接受信号的强度决定从属的簇，并通知相关的簇。簇头通过TDMA方法实现数据的调度，还向簇内成员广播有关数据的硬阈值(Hard Threshold，HT)和软阈值(SoftThreshold，ST)两个参数。硬阈值是开始进行数据传输的最低限度，软阈值则规定被检测数据的变动范围。在簇的稳定阶段，节点通过传感器不断地感知其周围环境。当节点首次检测到数据到达硬阈值，便打开收发器进行数据传送，同时将该检测值存人节点保存为监测值(Sensed Value，SV)。节点再次进行数据传送时要满足两个条件：当前的检测值大于硬阈值；当前的检测值与SV的差异等于或大于软阈值。只要节点发送数据，变量SV便置为当前的的检测值。TEEN协议的优点是实时性比较高；通过设置硬阈值和软阈值两个参数，TEEN能够大大地减少数据传送的次数；由于软阈值可以改变，监控者通过设置不同的软阈值可以方便地平衡监测准确性与系统节能性两项指标；随着簇首的变化，用户可以根据需要重新设定两个参数的值，从而控制数据传输的次数。但是TEEN不能对数据进行连续的采集，不适合数据在线监测，为此在TEEN的基础上再向数据采集节点广播一个计数时间，这样的话哪怕没有达到所需要的一个阈值，只要计数时间一到，将无条件采集所需的数据，从而达到在线监测的目的。

4 试验结果
设置系统的硬阈值为10℃，软阈值为0，计数器计数时间为0．1 s，系统采集一次数据的时间为0．01 s。由于温度采集数据量庞大，不一一列举，用Matlab把试验所采集的数据用曲线的形式标记出来，如图8所示，采集到的数据在10℃以下呈点状分布；而超过10℃时，呈曲线分布；25～42℃之间与现场电子温度计测得的温度基本一致，而10～25℃之间出现了小偏差，原因可能为外界系统的干扰。

5 结 语
核电装备监测系统采用WSN，在满足低功耗和系统可靠性的前提下，能够对温度数据实现有效的采集。该系统成本低廉、布网方便，通过试验表明，此系统完全能够满足工业的需要。在机电系统监测、安全控制方面将会有很大的发展空间。在以后的研究中，重点研究数据的融合与机械震动信号的采集，并对采集信号进行特征提取，以便对有效数据进行处理。