RU2766265C2 - Способ построения сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов - Google Patents
Способ построения сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766265C2 RU2766265C2 RU2020120694A RU2020120694A RU2766265C2 RU 2766265 C2 RU2766265 C2 RU 2766265C2 RU 2020120694 A RU2020120694 A RU 2020120694A RU 2020120694 A RU2020120694 A RU 2020120694A RU 2766265 C2 RU2766265 C2 RU 2766265C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- network
- transceiver
- data
- processor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
- G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
- H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
- H04W4/38—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к сенсорным сетям. Технический результат заключается в обеспечении сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов, позволяющей проводить измерения, обрабатывать и анализировать результаты измерений на месте установки сенсоров. Такой результат достигается тем, что сенсорная сеть включает в себя сенсорные узлы и клиентское устройство, объединенные в беспроводную сеть, каждый сенсорный узел включает в себя датчик вибрации, процессор, энергонезависимую память, приемопередатчик и источник питания, где сенсорный узел осуществляет регистрацию вибраций встроенным датчиком вибрации и передает данные для последующей обработки и анализа процессору, необходимые для обработки и анализа вычислительные возможности обеспечиваются работой операционной системы (ОС), которая реализует сбор, промежуточное хранение данных в энергонезависимой памяти, а также управление приемопередатчиком и источником питания, приемопередатчик обеспечивает прием и передачу данных по радиоканалу между устройствами сети. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к беспроводным сенсорным сетям, устройствам регистрации, сбора и обработки данных физических величин, в том числе механических вибраций и может быть применимо для решения задач мониторинга состояния машин, механических агрегатов и конструкций, а также измерения и анализа сейсмической активности.
Известна сенсорная сеть для измерения вибраций низкой частоты (патент КНР CN101266189A, МПК G01H17/00, G01M7/02, G08C17/02, H04L29/08, опубликовано 17.09.2008), состоящая из мобильных узлов, включающих в себя датчик, управляющий микроконтроллер, совмещенный с радиочастотным модулем, а также модуль источника питания. Регистрируемые узлами сети данные поступают на узел сбора данных, подключенный через проводной последовательный интерфейс к персональному компьютеру для обработки, анализа и отображения данных в режиме реального времени. Недостатком данной сенсорной сети является использование дополнительных элементов сетевой инфраструктуры (персональный компьютер с узлом сбора данных) для обработки полученных результатов измерений.
Известна также сенсорная сеть, выполненная на основе P2P (peer-to- peer) технологии (патент КНР CN104065754A, МПК H04L29/08, H04W84/18, опубликовано 24.09.2014) в виде трехуровневой структуры, которая включает в себя сенсорный, межсетевой и обрабатывающий уровни. Сенсорный уровень содержит связанные друг с другом беспроводные узлы, в которых реализован сбор и первичная обработка регистрируемых данных. Межсетевой уровень состоит из узлов сбора данных, интегрированных в P2P сеть. Обрабатывающий уровень состоит из интегрированных в P2P сеть производительных устройств (телефон, ноутбук или персональный компьютер). Обработка данных осуществляется всеми устройствами этого уровня. Достоинством данной сенсорной сети является возможность интегрирования с существующей сетевой инфраструктурой. Недостатком является необходимость использования специализированного программного обеспечения для устройств обрабатывающего уровня.
Наиболее близка к предлагаемому изобретению сенсорная сеть для мониторинга состояния, описанная в (Liqun Hou, Neil W. Bergmann. Novel Industrial Wireless Sensor Networks for Machine Condition Monitoring and Fault Diagnosis // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 61, No. 10, October 2012). Сенсорная сеть состоит из узлов, содержащих датчики вибрации, беспроводные приемопередатчики стандарта IEEE 802.15.4, связанные с управляющим микроконтроллером. Каждый узел сети осуществляет измерение, промежуточное хранение и обработку результатов измерений посредством встроенного программного обеспечения. Преимуществом данной сети является реализация обработки сигналов на месте, что позволило существенно сократить объем передаваемых данных по сети. Это обеспечило достаточно высокую автономность работы ее узлов. Недостаток данной сети заключается в ограниченной вычислительной производительности, обусловленной использованием микроконтроллеров с малым уровнем энергопотребления, что не обеспечивает анализ результатов измерения на месте установки сенсоров, а также необходимости применения клиентского устройства с приемопередатчиком IEEE 802.15.4 для отображения результатов измерений.
Задача (технический результат) предлагаемой системы сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов заключается в обеспечении измерения и проведения обработки и анализа результатов (измерения) на месте установки сенсоров.
Поставленная задача достигается тем, что система сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов, включающая в себя сенсорные узлы и клиентское устройство, объединенные в беспроводную сеть, при этом каждый сенсорный узел включает в себя датчик вибрации, процессор, энергонезависимую память, приемопередатчик и источник питания, где сенсорный узел осуществляет регистрацию вибраций встроенным датчиком вибрации, и передает данные для последующей обработки и анализа процессору, необходимые для обработки и анализа вычислительные возможности обеспечиваются работой операционной системы (ОС), которая реализует сбор, промежуточное хранение данных в энергонезависимой памяти, а также управление приемопередатчиком и источником питания, приемопередатчик обеспечивает прием и передачу данных по радиоканалу между устройствами сети.
На фиг. 1 представлена общая структура системы сенсорной сети. На фиг. 2. представлена структурная схема сенсорного узла.
Система сенсорной сети (фиг. 1) содержит сенсорные узлы 1, связанные с клиентским устройством 2. Каждый сенсорный узел 1 (фиг. 2) содержит датчик вибрации 3, процессор 4, беспроводной приемопередатчик 5, энергонезависимую память 6 и источник питания 7. К цифровым выводам периферийных интерфейсов процессора 4 подсоединены датчик вибрации 3, энергонезависимая память 6 и беспроводной приемопередатчик 5. Источник питания 7 подключен к датчику вибрации 3, процессору 4, беспроводному приемопередатчику 5, энергонезависимой памяти 6.
Предлагаемая система сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов работает следующим образом. Каждый сенсорный узел, входящий в состав системы сенсорной сети, осуществляет регистрацию параметров вибраций встроенным датчиком вибрации. Затем он передает эти параметры для последующей обработки и анализа процессору. Все необходимые для обработки и анализа вычислительные возможности обеспечиваются работой операционной системы (ОС), которая реализует сбор, промежуточное хранение данных в энергонезависимой памяти, а также управление приемопередатчиком и источником питания. Приемопередатчик осуществляет прием и передачу данных по радиоканалу между устройствами сети, с возможностью и обеспечения отправки запроса на получение результатов измерений в форме веб-страницы с данными измерений одному из сенсорных узлов. В свою очередь сенсорные узлы осуществляют сбор данных, их промежуточное хранение, обработку и анализ результатов измерений на месте установки сенсоров, а затем через беспроводные приемопередатчики стандарта IEEE 802.11 производят беспроводную передачу другим устройствам сети для представления данных в графическом виде.
Таким образом, предлагаемая система сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов комплексно проводит измерение, обработку и анализ результатов (измерения) на месте установки сенсоров. Кроме того, предложенное устройство существенно повышает вычислительную производительность в задачах мониторинга и исследования большого числа вибрационных сигналов в реальном масштабе времени.
В качестве примера предлагаемая система сенсорной сети была реализована в виде опытного образца из однородных сенсорных узлов на базе компонент, включающих в себя:
1. Датчик вибрации ADXL345 (производства компании Analog Devices, США), представляющего собой трехосевой цифровой акселерометр, произведенный по технологии МЭМС.
2. СнК MT7688AN (производства компании MediaTek, Тайвань), совмещающая в себе производительное процессорное ядро MIPS24KEc с тактовой частотой 580 МГц под управлением ОС на базе ядра Linux, и приемопередатчик стандарта IEEE 802.11b/g/n, поддерживающий работу на несущей частоте 2,4 ГГц с максимальной скоростью соединения 150 Мбит/с.
Необходимые для обработки и анализа вычислительные возможности обеспечиваются помимо аппаратной части, работой операционной системы
(ОС) на базе ядра Linux, которая реализует сбор, промежуточное хранение данных в энергонезависимой памяти, а также управление приемопередатчиком и источником питания. Приемопередатчик обеспечивает прием и передачу данных по радиоканалу между устройствами в соответствии со стандартом IEEE 802.11. Для снижения габаритных размеров и стоимости сенсорного узла, повышения его автономности приемопередатчик интегрирован с процессором в одной системе на кристалле (СнК), а в датчик вибрации выполнен по технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС).
Таким образом, предлагаемая система сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов обеспечивает повышение вычислительной производительности при осуществлении измерений, а также поддерживает интегрируемость в сетевые инфраструктуры благодаря тому, что сенсорные узлы системы осуществляют сбор данных, их промежуточное хранение, обработку и анализ результатов на месте установки сенсоров, а затем через беспроводные приемопередатчики стандарта IEEE802.11 производят беспроводную передачу клиентским устройствам для представления данных в графической и интерактивной форме в виде веб-страниц.
Claims (4)
1. Система сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов, включающая в себя сенсорные узлы и клиентское устройство, объединенные в беспроводную сеть, отличающаяся тем, что каждый сенсорный узел включает в себя датчик вибрации, процессор, энергонезависимую память, приемопередатчик и источник питания, где сенсорный узел осуществляет регистрацию вибраций встроенным датчиком вибрации и передает данные для последующей обработки и анализа процессору, необходимые для обработки и анализа вычислительные возможности обеспечиваются работой операционной системы (ОС), которая реализует сбор, промежуточное хранение данных в энергонезависимой памяти, а также управление приемопередатчиком и источником питания, приемопередатчик обеспечивает прием и передачу данных по радиоканалу между устройствами сети.
2. Система сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов по п.1, отличающаяся тем, что результаты измерений отображаются в форме веб-страницы с данными по одному из сенсорных узлов.
3. Система сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов по п.1, отличающаяся тем, что в сенсорном узле сети для передачи данных используется приемопередатчик, интегрированный с процессором в одной системе на кристалле (СнК), а для регистрации данных используется датчик вибрации, выполненный по технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС).
4. Система сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов по п.1, отличающаяся тем, что сеть передачи данных реализуется на базе технологии IEEE 802.11.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020120694A RU2766265C2 (ru) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | Способ построения сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020120694A RU2766265C2 (ru) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | Способ построения сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020120694A RU2020120694A (ru) | 2021-12-23 |
| RU2020120694A3 RU2020120694A3 (ru) | 2021-12-23 |
| RU2766265C2 true RU2766265C2 (ru) | 2022-02-10 |
Family
ID=79961262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020120694A RU2766265C2 (ru) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | Способ построения сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2766265C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070130317A1 (en) * | 2002-11-12 | 2007-06-07 | Flow Metrix, Inc. | Tracking vibrations in a pipeline network |
| US20090044628A1 (en) * | 2006-04-03 | 2009-02-19 | Vonroll Infratec (Investment) Ag | Vibration Sensor Array |
| RU95849U1 (ru) * | 2010-03-30 | 2010-07-10 | Александр Михайлович Баранов | Беспроводный газовый датчик с автономным питанием |
| US20120319866A1 (en) * | 2009-12-22 | 2012-12-20 | Geir Svoen | Wireless Sensor Device And Method For Wirelessly Communicating A Sensed Physical Parameter |
| CN104065754A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-09-24 | 昆明联诚科技股份有限公司 | 一种基于p2p技术的无线传感器网络及其构建方法 |
-
2020
- 2020-06-23 RU RU2020120694A patent/RU2766265C2/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070130317A1 (en) * | 2002-11-12 | 2007-06-07 | Flow Metrix, Inc. | Tracking vibrations in a pipeline network |
| US20090044628A1 (en) * | 2006-04-03 | 2009-02-19 | Vonroll Infratec (Investment) Ag | Vibration Sensor Array |
| US20120319866A1 (en) * | 2009-12-22 | 2012-12-20 | Geir Svoen | Wireless Sensor Device And Method For Wirelessly Communicating A Sensed Physical Parameter |
| RU95849U1 (ru) * | 2010-03-30 | 2010-07-10 | Александр Михайлович Баранов | Беспроводный газовый датчик с автономным питанием |
| CN104065754A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-09-24 | 昆明联诚科技股份有限公司 | 一种基于p2p技术的无线传感器网络及其构建方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2020120694A (ru) | 2021-12-23 |
| RU2020120694A3 (ru) | 2021-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107065657B (zh) | 机器状态无线监测设备、方法和系统 | |
| Zonzini et al. | Structural health monitoring and prognostic of industrial plants and civil structures: A sensor to cloud architecture | |
| Feng et al. | Implementation of envelope analysis on a wireless condition monitoring system for bearing fault diagnosis | |
| KR20150076224A (ko) | 스포츠 운동을 측정 및 처리하기 위한 분산형 시스템 및 방법 | |
| CN101726752A (zh) | 地震监测系统 | |
| CN102589681A (zh) | 一种高可靠旋转设备状态监测的无线振动测量方法与装置 | |
| RU2013148944A (ru) | Определение скорости волнового поля | |
| CN104132634A (zh) | 一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置及方法 | |
| Gao et al. | A novel distributed linear-spatial-array sensing system based on multichannel LPWAN for large-scale blast wave monitoring | |
| Phanish et al. | A wireless sensor network for monitoring the structural health of a football stadium | |
| Clemente et al. | Fog computing middleware for distributed cooperative data analytics | |
| CN202903327U (zh) | 一种泥石流地声监测装置 | |
| RU2766265C2 (ru) | Способ построения сенсорной сети для регистрации вибрационных сигналов | |
| CN103063169A (zh) | 一种利用超声波监测危岩体崩塌的装置 | |
| Dong et al. | Wearable and stationary point-of-care IoT air pollution sensors for pediatric asthma research and management | |
| CN104155044A (zh) | 一种基于移动终端的斜拉桥索力测量装置及方法 | |
| CN205404605U (zh) | 一种无线传输的果树振动数据采集装置 | |
| Bocca et al. | A reconfigurable wireless sensor network for structural health monitoring | |
| CN109901552A (zh) | 一种面向机泵安康管控的振动多维感知与云计算方法 | |
| JP5853088B2 (ja) | 情報処理装置、プログラム及び方法 | |
| CN111565088B (zh) | 一种终端设备中传感器信号的干扰方法和相关装置 | |
| CN204461486U (zh) | 一种基于物联网的无线数据采集系统 | |
| Bilbao et al. | Ultra-low power wireless sensing for long-term structural health monitoring | |
| Xiao et al. | A data collection system in wireless network integrated WSN and ZIGBEE for bridge health diagnosis | |
| Sundas et al. | Iot and wsn based smart surveillance system for patients with closed-loop alarm |