基于无线传感器网络的核电装备状态监测系统设计-工业控制
0 引 言
随着现代化大生产的发展和科学技术的进步，核电装备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高。因此对核电设备运行状态进行监测就变得很重要。例如1979年3月美国发生的三里岛核电站事故和1986年4月前苏联发生的切尔诺贝利核电站事故，再三地向人们诠释了安全操作的重要性。传统的监测系统要么是离线监测，要么是基于有线的设计。然而有线存在很多不可避免的缺点，主要体现在：
(1)网络维护困难，新增或者减少传感器都很麻烦，消耗大量人力物力资源；
(2)人难以接近的位置，如核电站的深层设备、旋转机械转动部分、危险区域及运动的设备，无法对传感器进行有线连接；
(3)有线一般公用电源，如果没有良好的有线隔离，将导致一个传感器故障引发整个系统的崩溃；
(4)大量传感器的安装往往受到电缆重量和费用的限制，大量布线增加了系统潜在危险和不可控性。为了解决这些问题，迫切需要引入一种新型的、无需布线的网络。一种可行的方案是将无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)应用到核电装备状态监测系统。
1 无线传感器网络
WSN是无线Ad-Hoc网络的一个重要研究分支，是随着MEMS、传感技术、无线通讯和数字电子技术的迅速发展而出现的一种新的信息获取和处理模式。它是由随机分布的传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成的网络(如图1所示)，WSN具有造价低、规模大、分布式模式、无需布线、节约成本、面向具体应用、配置灵活、工作频段无需申请和付费、支持硬件加密等特点，现在已经在很多领域进行了成功的应用，比如军事应用；环境监测，比较典型的例子是生物学家借助WSN对美国缅因州大鸭岛上的一种海燕的生活习性进行细微观察；工业监控，英特尔公司为美俄勒冈的一家芯片制造厂安装200个无线传感器节点，来监控设备的振动情况。2003年，美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时，无线传感器网络被列为第一项未来新兴技术。我国于2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术确定了三个前沿方向，其中两个与WSN的研究直接相关，足见对无线传感器网络的重视程度。
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核电站设备冗余多、系统复杂，其监测数据和诊断技术与常规电厂有很大的不同，长期以来，对机械运行状态的监测与诊断是采用传统的阈值方法。针对以上特点，本文将WSN应用到核电设备状态监测系统中来，用无线网络代替有线网络，不失为一种可行的方案。本文设计了基于LM3S1138和CC2420的无线传感器网络，设计了双电源系统，并且在实时性很高的TEEN路由算法基础上设置了信号采集周期。应用该系统可以达到很好的数据采集效果。
2 WSN硬件设计
由于核电站的特殊性，对于某些部位的取电很方便，因此采取双节点的方法，即信号采集节点与汇聚节点Ⅲ。节点的设计如图1所示，由传感器、微处理单元、通信模块、电源模块组成。信号采集节点用普通高能干电池供电，而汇聚节点则采用干电池与220 V双电源设计方案(如图2所示)，220 V的电压经过低压变压器降压至5 V左右，整流后输入到Vin，经过SPX1117稳压电路以后，就可以在Vout输出3．3 V的稳压电。这样的话，可以大大增强汇聚节点的运算能力，最大限度地延长网络的工作时间。同样信号采集节点的干电池也可以采用这种稳压方式。
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微处理器采用美国Luminary Micro公司的LM3S1138，该芯片采用的是内核设计公司ARM最新推出的先进CortexTM-M3处理器。官方免费提供了基于C语言(符合ANSI C标准)的驱动库软件包，并且源代码是公开的，
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