基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的核電裝備狀態(tài)監測系統設計

0 引 言
隨著(zhù)現代化大生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，核電裝備的結構越來(lái)越復雜，功能越來(lái)越完善，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。因此對核電設備運行狀態(tài)進(jìn)行監測就變得很重要。例如1979年3月美國發(fā)生的三里島核電站事故和1986年4月前蘇聯(lián)發(fā)生的切爾諾貝利核電站事故，再三地向人們詮釋了安全操作的重要性。傳統的監測系統要么是離線(xiàn)監測，要么是基于有線(xiàn)的設計。然而有線(xiàn)存在很多不可避免的缺點(diǎn)，主要體現在：
(1)網(wǎng)絡(luò )維護困難，新增或者減少傳感器都很麻煩，消耗大量人力物力資源；
(2)人難以接近的位置，如核電站的深層設備、旋轉機械轉動(dòng)部分、危險區域及運動(dòng)的設備，無(wú)法對傳感器進(jìn)行有線(xiàn)連接；
(3)有線(xiàn)一般公用電源，如果沒(méi)有良好的有線(xiàn)隔離，將導致一個(gè)傳感器故障引發(fā)整個(gè)系統的崩潰；
(4)大量傳感器的安裝往往受到電纜重量和費用的限制，大量布線(xiàn)增加了系統潛在危險和不可控性。為了解決這些問(wèn)題，迫切需要引入一種新型的、無(wú)需布線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )。一種可行的方案是將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(Wireless Sensor Network，WSN)應用到核電裝備狀態(tài)監測系統。

1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
WSN是無(wú)線(xiàn)Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)重要研究分支，是隨著(zhù)MEMS、傳感技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通訊和數字電子技術(shù)的迅速發(fā)展而出現的一種新的信息獲取和處理模式。它是由隨機分布的傳感器、數據處理單元和通信模塊的微小節點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構成的網(wǎng)絡(luò )(如圖1所示)，WSN具有造價(jià)低、規模大、分布式模式、無(wú)需布線(xiàn)、節約成本、面向具體應用、配置靈活、工作頻段無(wú)需申請和付費、支持硬件加密等特點(diǎn)，現在已經(jīng)在很多領(lǐng)域進(jìn)行了成功的應用，比如軍事應用；環(huán)境監測，比較典型的例子是生物學(xué)家借助WSN對美國緬因州大鴨島上的一種海燕的生活習性進(jìn)行細微觀(guān)察；工業(yè)監控，英特爾公司為美俄勒岡的一家芯片制造廠(chǎng)安裝200個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)，來(lái)監控設備的振動(dòng)情況。2003年，美國《技術(shù)評論》雜志論述未來(lái)新興十大技術(shù)時(shí)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )被列為第一項未來(lái)新興技術(shù)。我國于2006年初發(fā)布的《國家中長(cháng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規劃綱要》為信息技術(shù)確定了三個(gè)前沿方向，其中兩個(gè)與WSN的研究直接相關(guān)，足見(jiàn)對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的重視程度。

核電站設備冗余多、系統復雜，其監測數據和診斷技術(shù)與常規電廠(chǎng)有很大的不同，長(cháng)期以來(lái)，對機械運行狀態(tài)的監測與診斷是采用傳統的閾值方法。針對以上特點(diǎn)，本文將WSN應用到核電設備狀態(tài)監測系統中來(lái)，用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )代替有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，不失為一種可行的方案。本文設計了基于LM3S1138和CC2420的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，設計了雙電源系統，并且在實(shí)時(shí)性很高的TEEN路由算法基礎上設置了信號采集周期。應用該系統可以達到很好的數據采集效果。