基于无线传感器网络的主机温度采集监测系统

董志乾

Abstract： Wireless sensor network has the functions of collecting， analyzing， processing and storing massive data information. The network itself has the characteristics of wireless， multi-hop， self-organization and so on. With the help of sensor nodes， a new network system is formed. This wireless sensor network is mainly used in military industry， ecological environment monitoring， geological early warning and other special working environments in China. In the actual operation of the ship， many engineers analyze the operation of the ship's main engine by monitoring the exhaust temperature of the cylinder. Therefore， it is necessary to strengthen the analysis of the change of single cylinder exhaust temperature.

关键词： 无线传感器网络;主机温度采集监测系统;发展趋势

Key words： wireless sensor network;host temperature acquisition and monitoring system;development trend

中图分类号：TP212.14                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）04-0230-03

0  引言

作为船舶的动力核心，在船舶主机长期运行过程中，由于维护不当或操作不当，经常会出现一些故障问题。分析和排除这些常见故障的原因，尽快恢复主机装置的正常运行，可以有效地提高船舶的工作效率。船舶主机的排气温度作为主要热工参数，能有效反应出主机工况，过高或者过低的排气温度能较早的表现出主机可能存在的故障。原船舶主机维修采用定期计划维修的策略。该策略是有计划的，可以有效地防止船舶主机的突然故障。这种策略也有一定的弊端。它不仅不考虑主发动机的运行状况和管理水平，而且不是所有常见的突然失败是可以预防的。因此，主机温度监测系统能在热工参数出现异常的时候较早的发出预警，辅助维修人员进行故障判断，减少经济损失。

1  主机温度采集监测系统功能实现

本文提出一种以德州仪器成熟解决方案——cc2530为SoC的基于zigbee的无线传感器网络，以常用的k型热电偶作为温度测量的敏感部件，通过利用cc2530自带的ADC来采集传感器的毫伏信号，经过变送、处理、转发将个缸排温上传至zigbee-以太网网关，在通过网关转发至上位机进行统一的监测与预报警。无线传感器用于在线监测主机连接点的工作温度，以确定被测对象的过热程度。在超温，或者温度异常偏低的情况下，测温系统会发送报警或预警信息通知用户。温度测量系统具有以下功能温度测量系统具有以下三个技术特点：

第一，无线传感器系统以无线作为信号传输和传感介质，能够实时检测环境温度的变化并进行分布式测量。该产品具有较高的监测灵敏度，可实现无电源检测，同时避免了复杂的现场布线。

第二：可靠性和精度高，长期稳定性好，电气绝缘，耐腐蚀，对被测介质影响小，且分布检测。

第三：系统满足本质安全、防爆、防静电的要求，系统可以输出报警信号和实时温度信号。

2  无线传感器网络的定义

无线传感器网络是一种新的网络模式。网络的功耗和成本相对较低，具有分布式的特点。在传感区域，设置多个传感器节点组成网络，实现无线通信。然而，在使用无线传感器网络的过程中，数据隐私面临着许多安全威胁。有必要通过应用保护技术来保证数据隐私的安全性，从而保证无线传感器网络的安全性。无线传感器网络作为物联网的数据采集器，在一段时间内部署在需要的区域进行信息的采集和传输。然而，网络的每个节点提供的能量是有限的和收集范围是固定的，所以他们需要配合形成一个多跳网络维护整个网络的连通性，因此，在设计传感器网络路由协议时，我们需要考虑节点的合作，通信能力和能量管理，确保无线传感器网络能够适应不同的工作环境。目前，社会各行各业都需要运用一系列的智能设备来把握社会发展的趋势和趋势，船舶行业也是如此。主机作为船舶的核心动力的重要组成部分，其传统的电缆工作存在着一些缺陷和问题，需要通过智能化设备来解决。它在智能化无人机舱的建设中也起着重要的作用。员工可以借助这种先进的设备对传统的工作流程进行改进和优化，从而提高无人机舱的水平和质量。

分布式无线传感器网络可以使用自己的微型传感器来智能管理整个监控区域。分布式无线传感器网络在运行过程中采用多节点分布，大大缩短了传输过程，提高了传输效率。同时，分布式无线传感器网络可以连接到Internet，这使得可以利用Internet技术对无线传感器网络进行远程控制。与其他无线传输网络相比，分布式无线传感器网络具有显著的优势，尤其是多点传输模式，节点大，空间分布密度高，从而保证了对物理现象的非常有效的监测。此外，节点数量也高于其他网络结构。对分布式无线传感器网络的拓扑结构、分布式节点之间的计算能力、功耗和存储容量进行最基本的控制，以保证数据传输的效率和质量。节点之间的通信方式不够及时，和传输的准确性，仍然有许多问题缺乏明确的管理导致高度不稳定的拓扑和频繁的和无法控制的变化，所有的挑战和问题，我们必须处理在未来制定协议。

3  船舶主机排气温度监测的意义

船舶主机在运行过程中，为了保证整体运行状态和运行安全，有必要对汽缸排气温度进行监测。该温度参数能有效反映气缸和燃油喷射设备的实际状态。因此，在船舶实际运行过程中，许多工程师通过监测汽缸排气温度来分析船舶主机的运行情况。因此，加强对船舶主机单缸排气温度变化的分析是十分必要的。船舶柴油机排气温度过高影响柴油机的正常工作，如造成排气管破裂产生火灾隐患;破坏滑油膜造成滑油失效导致拉缸;同时形成环境污染，造成大量损失。柴油机的排气温度不应超过说明书的规定值，且各缸排气温度不应产生较大的差距。

异常的排气温度也可以较早的预警可能出现的故障隐患例如：①冷却水温度异常。正常的柴油机冷却水温度应保持在75-90摄氏度，冷却水的温度过高或者过低会影响燃烧室燃烧做功，从而影响柴油机输出功率。②进气量及增压器工作异常。主机的最大输出功率受到进气量影响，异常的进气量或者增压器故障同样会导致燃烧室做功升高或者下降。③进排气门和气门间隙异常。进、排气门损坏或者间隙过小都会使气门关闭不严，在压缩冲程中新鲜空气泄漏，燃烧的不充分导致输出功率减小，排气温度降低。④喷油提前角的异常或者喷油嘴堵塞。喷油量的减小同样会导致排气温度偏低，因此主机排气温度的监测意义重大，能较早的发现柴油机工作的异常，提早排除故障，减小经济损失。

4  无线传感器主机温度采集监测系统的发展趋势

无线传感器主机温度采集监测系统的信息融合、数据存储和查询紧密结合在一起，不仅为应用层的接入提供了便捷的途径，还有助于解决系统的能耗问题，提高了WSN网络数据融合的效率。

4.1 压缩感知的应用

压缩感知（Compressed sensing，CS）是数据处理的关键技术，在无线传感器网络的发展中起着非常重要的作用。它主要针对传统信息处理中采样信息处理的局限性，利用压缩方法获取传感数据信息，利用随机亚采样实现对压缩数据的直接采集。在数据采集和压缩的过程中，直接采集，对网络数据进行独立编码，在感知的过程中，不需要对数据进行验证，在分布式数据处理和采集方面具有很大的优势。通过将数据无线传输到基站，压缩感知技术可以从WSN网络中提取数据，并通过能量均衡自适应压缩感知算法防止网络节点过度消耗能量。采用阈值选择方法，满足不同场景的需求，整合压缩感知应用的信息，将信息传输到无线传感器网络的多目标位置，调用复杂数据。这样，可以将基于网格的复杂多目标定位问题转化为网络中的目标跟踪问题，便于对WSN网络中的数据进行分布式处理，从而降低网络消耗。

4.2 面向应用的信息处理

在WSN中，为了提高无线传感器网络中信息融合、数据存储和查询的效率，提高WSN信息融合的服务质量，在WSN中采用面向应用的信息处理，便于在网络中快速实现数据处理。它不仅可以实现网络数据的高速传输，还可以降低网络能耗。为了提供面向应用的信息处理方法，使用不同测控输入的WSN数据，并使用相应的神经网络处理完成节点和网络层面的数据采集和预处理，从而实现对网络数据的综合处理。

5  无线传感器主机温度采集监测系统监控状态

5.1 无线传感器主机温度采集监测系统检测

在传统主机温度采集监测系统信息处理基本上是简单的显示信息，但具体问题不能及时反馈。在这种背景下，相关人员往往需要花费更多的时间和精力来处理和解决问题，从而降低了整体维修工作的效率和质量。如果能将主机温度采集监测系统改造成无线传感器主机温度采集监测系统，就能在一定程度上解决这类问题。在无线传感器主机温度采集监测系统中，主机温度采集监测系统继电保护可以对系统进行实时检测和监控。如果有问题，可以对涉及到的关键数据进行标记，然后通过通信设备上传到相应的系统，系统收到数据后，将数据保存起来，不会消失。系统可以有效地检测出不同时期传输的数据，然后将这些数据的变化转换成相应的数据图，便于后续的数据处理和分析。同时，无线传感器主机温度采集监测系统还可以模拟损坏的设备进行工作，从而保证主机保护的维护可以更轻松的完成。

主机设备的在线监测信息通过zigbee-以太网网关进行传输到计算机上。相关人员根据收到的数据对数据进行分析，包括汽缸排气温度、涡轮前排气温度、涡轮后排气温度、滑油温度、冷却水温度等。传输方式也可以分为两种不同的方式。一种是通过测控裝置传输相应的数据。这样，数据信息就需要通过网络配置传输到相应的测控设备。测控装置对这些数据信息进行处理，转换成MMS形式传输给检测系统。二是利用网络分析仪进行传输。与前者相比，该过程更快。它直接利用网络分析对数据进行采集、排序和处理，然后转换成MMS格式进行传输。无线传感器主机温度采集监测系统通常采用无线传输数据，包括物理通断和逻辑通断两种在线监测方法。它们有自己的特点，也可以为数据交换提供良好的技术支持。

5.2 无线传感器主机温度采集监测系统物理链路通信

首先是无线传感器主机温度采集监测系统相应的物理链路通信。通信状态需要保持实用性的原则，因为具体的二次电路保护过程所涉及的内容和类型比较多样化。为了防止由于内容多样化而造成的数据传输问题，相关工作人员需要尽可能减少冗余环节中产生的数据，从而加强主机保护的质量。为了达到这一效果，相关人员在进行主机物理通信的过程中，应该采取一些高效、快速的通信方式，防止通信过程中涉及的多个环节产生一些无用的数据。但是，在交际的过程中，也要保证交际的实用性但是在沟通的过程中，也要保证沟通的实用性，为了简单快捷，一些必要的步骤不能省略。在实际运行过程中，还可以通过框架结构对系统进行整理，并对主机进行评估。如果在实际操作过程中出现一些异常情况，也需要由相关人员及时进行修复和修复，以确保主机各接口正常运行。如果有数据传输的错误，员工应当首先维护整体数据的前提下正常运输，然后进行维修，准确定位故障的位置，确保主机继电保护动作的准确性，并为后续的相关工作打下良好的基础。

5.3 无线传感器主机温度采集监测系统逻辑链路通信

无线传感器主机温度采集监测系统逻辑链路通信在二次电路工作的过程中，主要的工作流程是SCD文件从生成到传输的过程。在传输完相应的信息后，还需要准备相应的信息并上传到相关部门进行检测，以保证传输的有效性。所涉及的冗余设备产生的数据需要与SCD数据保持一致，以提高数据传输的准确性。逻辑链路的功能主要是分析整理SCD文件以及组态、消息和设备之间的操作关系，使各链路能够清楚地掌握自己的任务，在逻辑链路的调节下，数据传输变得更加清晰高效。无线传感器主机温度采集监测系统可以对配置进行在线评估。如果发现发送和接收设备不能匹配成功在评价过程中，它会发出警告，提醒员工进行逻辑检查和检查相关设备的工作状态。

无线传感器主机温度采集监测系统在实际的应用过程中，员工首先需要将相应的信息存储在SCD文件中，并将其放入相应的数据库中，以此为基础建立模型。之后，之前整理好的数据和信息需要借助绘图工具以图像的形式表达出来。工作人员标出上限和下限。上下限在设置的范围内是正常的。如果不是，则需要重新处理。温度采集监测系统通过MMS进行连接，保证信息能够实时监控，在出现问题和故障时能够及时处理。将后续数据上传到系统，方便员工进行分析，从而制定出更好的方案。

6  无线传感器主机温度采集监测系统中的数据查询和存储

无线传感器主机温度采集监测系统的信息融合主要以数据中心的方式进行数据传输。它不同于传统的集中数据库的集中数据处理方法。采用分布式信息处理方法对无线传感器网络的数据进行综合处理。在信息融合过程中，每个节点可以得到相应数据的查询处理和存储信息时的响应。

6.1 数据存储  数据存储也是无线传感器主机温度采集监测系统网络的关键内容之一。无线传感器网络的数据存储受到网络能耗条件的限制。要解决数据存储问题，首先要解决的关键问题是如何处理网络中的能耗分布，从而有效地实现高速数据存储和快速数据响应。当用户获取数据时，我们只需要关注数据的逻辑结构和具体内容，而不需要关注WSN网络信息融合的细节。在数据存储的过程中，首先，利用传感器网络节点的本地计算函数，建立一个合理的逻辑分区和资源存储分区的数据库，并建立传感器网络节点的数据存储模型在数据库中，可以快速定位数据地址和消除一些无关的数据，减少存储介质的访问频率，造成的能量损失访问存储过程，这不仅可以增加数据安全访问的检测机制，而且还有效地划分存储节点存储节点的能量平衡，从而减少能源消耗的基础网络。可采用基于事件的生产频率和查询频率、自适应集中式查询等技术，实现分布式策略，将数据存储在本地数据库中。

6.2 数据查询  无线传感器主机温度采集监测系统数据存储后，如何有效地检索和查询数据无线传感器主机温度采集监测系统的数据查询需要降低网络数据传输的能耗和网络信息融合的延迟。在尽可能降低能耗的同时，还可以提供有效的数据服务。WSN的数据查询主要包括三种类型：历史查询、快照查询和连续查询。WSN网络提供SQL数据库语言的查询数据接口，可以查询不同类型的传感器数据。通过使用智能数据查询系统，可以实现传感器网络的查询优化和agent生成。这种规则匹配方式可以快速查询系统数据，降低数据查询的能耗。在数据查询过程中，采用了优化思想，以WSN中能量最高的节点作为查询节点，然后使用周期性旋转查询，能够平衡网络节点的能耗，提高数据查询效率。

6.3 节点部署方式  在无线传感器主机温度采集监测系统中，监视器的实际需求决定了节点的部署方式。节点部署一般分为手动部署和随机部署。在手工部署中，通过仔细规划节点位置和密度，可以满足对特定区域的监控要求。在手工部署中，通过仔细规划节点位置和密度，可以满足对特定区域的监控要求。当节点成本较高且对自身位置要求较高时，手动部署将是一个很好的选择。然而，对于恶劣的环境，手动部署策略的可执行性较差。另一方面，在随机部署方法中，节点随机分布在监测区域内。如果单个用户只关心区域内环境信息的变化，那么节点的随机部署可以获得有效的监控。

6.4 网络能耗设计  无线传感器主机温度采集监测系统路由协议的主要目的是在发送端和接收端之间有效地传输数据。每个节点在感知、处理、接收和传输信息时都会消耗能量，而数据传输是网络中最消耗能量的部分。由于传感器节点的能量有限，某些节点的能量消耗可能会导致网络拓扑结构和连接性能的变化。然后，需要重新组织和寻找新的路径来完成信息的传递。因此，路由协议的设计需要在能量优化和精度之间进行权衡。

6.5 节点属性  在无线传感器主机温度采集监测系统网络中，分散在环境中的节点可以是同构的，也可以是异构的。同构节点具有相同的工作能力，如传输范围、电池寿命和处理能力等，而异质节点具有不同的能力和资源。在大多数无线传感器主机温度采集监测系统中，传感器节点的位置保持不变。然而，对于某些特定的应用，基站和节点可以移动。在某一区域时，节点数量可能会根据用户监控需求而变化，即从几个节点增加到几百个节点。然而，当节点数量过大时，每个节点不可能保持对网络拓扑的全局理解。因此，所设计的路由协议需要能够处理主机大量节点的通信问题。

7  结束语

无线传感器网络在未来有着广泛的應用。它是由多个传感器节点、数据传输和接收设备组成的自组织多层次网络，能够实现面向应用的信息处理。信息融合是WSN网络中信息处理的主要方法，它可以有效地处理获得的信息，不仅可以降低主机网络通信节点的能耗，还可以降低主机网络通信的时延，延长主机的生命周期。

参考文献：

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[2]董蕴华，石新峰.基于无线传感器网络的环境温度湿度监测系统[J].农机化研究.

[3]杨丽琴.基于无线传感器网络的数据采集系统设计[D].广西大学.