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2.5 电源模块设计 16
2.6 本章小结 16
3 系统软件设计 17
3.1 振动数据采集及处理程序设计 17
3.2 无线通信程序设计 18
3.2.1 无线模块的优化设计 18
3.2.2 无线收发模块的工作流程 19
3.3 系统上位机软件设计 21
3.3.1 数据处理程序设计 22
3.3.2 数据波形显示与存储程序设计 23
3.4 本章小结 24
4 系统性能测试与验证 25
4.1 基本功能验证 25
4.1.1 振动参数采集测试 25
4.1.2 通信可靠性测试 26
4.1.3节点功能测试 27
4.2 本章小结 28
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
近年来，工业智能化的发展速度越来越快，为了能够及时监测机械设备故障，许多企业针对工业生产中关键设备进行监测；目前投入应用的多种机械振动监测系统，在不同程度上预防了设备的机械故障并保证了其安全稳定的运行[1-6]。有线连接是传统机械振动监测系统普遍采用的方式，因其布线繁琐，成本高，电缆易于磨损，可文护性差，缺少灵活性等缺点，在大型回转机械及高速运动的设备等的监测中，有线连接方式的优势受限。
无线传感器网络技术的兴起，给信息感知、获取和处理技术带来了革命性的变化。它是由基站和大量传感器节点组成，通过自组织的方式构成网络，其节点具有体积小、低成本和能耗少等特征，每个节点能独立的完成传感、采集、处理、存储和组网通讯等一系列基本功能。这种技术功能强大、用途广泛，其应用遍及智能交通、环境监测、战场侦察、目标跟踪、公共安全、平安家居、健康监测、火灾等场景的应急定位和导航等领域[7]。
通过构建无线、分布式的机械振动监测系统不仅具有易于部署、扩展灵活和易于文护等特点，且较大程度上解决了传统有线监测系统的缺陷。另外，传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限，对于一些要求较高的测量对象则难以实现。
因此，无线传感器网络应用与机械振动监测仍有很多丞待解决的问题：
①振动信号的采样频率较高，通常在1kHz~10kHz，高频采样将产生大量的振动数据，目前的节点存储容量普遍不足，因此仅仅适用于低频缓变信号的采集与暂存。
②节点电源能量有限，节点体积小的特征限制了大能量的供应方式，若要求对高频振动信号的长时间监测及传输，能量的制约表现得更为突出。
③高精度的数据采集，对于一些微弱的故障信号的监测，需要精度高的AD转换器。而目前普遍采用的处理器片内AD一般精度低，抗干扰能力差，而且采样率较低，仅能胜任温度，光照等对精度要求不高的缓变信号的采集。
本文对上述信息进行提取，设计了一种精确拾取高速振动信号，可靠传输的低功耗无线传感器网络，该系统能够实现实时测量振动，并且可实现数据快速可靠的传输，以便实时地掌控环境条件的变化，有效实施预警和故障排除，解决空间内布线困难、布线成本高的问题，并为其他环境监测、定位技术提供理论指导和实践依据。
1.2 无线振动传感器网络国内外发展现状
1.2.1 无线传感器网络的概述
近几年来低成本、低功耗、多功能的微型传感器的问世，得益于无线通信、集成电路和及微机电系统等技术的飞速发展。无线传感器网络的宏观系统架构如图 1.1 所示，通常包括传感器节点（sensor node）、汇聚节点（sink）和管理节点（manager node）[7]。传感器节点协助式的感知、采集、处理、和发布感知信息是传感器网络的基本功能。
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