無(wú)線加速度傳感器文獻(xiàn)綜述.doc

《無(wú)線加速度傳感器文獻(xiàn)綜述.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、無(wú)線加速度傳感器文獻(xiàn)綜述一、研究現(xiàn)狀無(wú)線加速度傳感器是傳感器技術(shù)、MEMS技術(shù)、微處理器和無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，由加速度傳感器、微處理器、射頻收發(fā)芯片及電源構(gòu)成。H前，國(guó)內(nèi)外無(wú)線加速度傳感器，包括其他類(lèi)型的無(wú)線傳感器，按體系結(jié)構(gòu)可分為三大類(lèi)：(1)COTS(CommercialOffTheShelf)p點(diǎn)，該類(lèi)節(jié)點(diǎn)屮的傳感器、微處理器、通信模塊等使川的都是現(xiàn)成的商用產(chǎn)品。典型代表有美國(guó)伯克利大學(xué)加州分校(UCB)的MICATelos節(jié)點(diǎn)，歐洲傳感器研究項(xiàng)目小組開(kāi)發(fā)的EyesIFX節(jié)點(diǎn)，屮科院研究的GAIN系列也屬于該類(lèi)節(jié)點(diǎn)。這種節(jié)點(diǎn)除了無(wú)

2、線傳感器的共同特點(diǎn)外還具有低成木、短周期、技術(shù)門(mén)檻相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，被備高校和研究機(jī)構(gòu)廣泛采納，所以該類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)是最多的。(2)SOC(SystemOnChip)節(jié)點(diǎn)，該類(lèi)節(jié)點(diǎn)只使用一個(gè)芯片，就可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、控制和通信功能。SOC節(jié)點(diǎn)通常都為特定的應(yīng)用而開(kāi)發(fā)，由于需要芯片設(shè)計(jì)能力，因此開(kāi)發(fā)門(mén)檻較高，成果相對(duì)較少。典型代表有Rockwell科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的WINS節(jié)點(diǎn)、麻省理工開(kāi)發(fā)的uAMPS?lll等。(3)SmartDust節(jié)點(diǎn)，又稱(chēng)微型節(jié)點(diǎn)或塵埃節(jié)點(diǎn)。該類(lèi)節(jié)點(diǎn)使用了業(yè)界最尖端的技術(shù)，體積只有幾個(gè)平方毫米，通常為軍事應(yīng)用而開(kāi)發(fā)，微型節(jié)點(diǎn)的

3、代表為SmartDust節(jié)點(diǎn)和SPEC節(jié)點(diǎn)，都由UCB研制。內(nèi)嵌微處理器是無(wú)線加速度傳感相比于傳統(tǒng)傳感器的又一特點(diǎn)，微處理器負(fù)責(zé)控制傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理和收發(fā)。二、無(wú)線加速度傳感器的工作原理無(wú)線加速度傳感器實(shí)際上就是將以加速度傳感器為核心的數(shù)據(jù)采集模塊、微處理器為核心的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、射頻芯片為核心的無(wú)線傳輸模塊，以及以微電池能量模塊集成并封裝在一個(gè)外殼內(nèi)的系統(tǒng)。無(wú)線加速度傳感器工作時(shí)，加速度傳感器檢測(cè)加速度信號(hào)(模擬信號(hào))，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器使其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在作A/D轉(zhuǎn)換Z前，一般會(huì)設(shè)置信號(hào)調(diào)理電路，用來(lái)放大和濾波(如對(duì)建筑結(jié)構(gòu)

4、的檢測(cè)，由于大跨度橋梁等大型建筑結(jié)構(gòu)的自振頻率較低,而橋血振動(dòng)、橋梁負(fù)荷沖擊等對(duì)振動(dòng)信號(hào)的影響又相對(duì)較大，因此，在A/D采樣之前需對(duì)模擬信號(hào)作抗混濾波處理,以濾除或降低高頻干擾)。A/D的輸出傳送給微處理器進(jìn)行預(yù)處理并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，得到的預(yù)處理加速度數(shù)據(jù)將送給無(wú)線收發(fā)模塊進(jìn)行無(wú)線傳輸。最麻,接受裝置接收并數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)作進(jìn)一步的分析處理與顯不。典型的無(wú)線加速度傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)部分組成：(1)數(shù)據(jù)采集模塊：用于對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與信號(hào)調(diào)理。(2)數(shù)據(jù)處理模塊：微處理器對(duì)整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作進(jìn)行控制，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并存儲(chǔ)。⑶無(wú)線傳輸模

5、塊：以射頻芯片為核心，根據(jù)IEEE802.15.4協(xié)議進(jìn)行無(wú)線通信，傳輸控制信息并首發(fā)數(shù)據(jù)信息。(4)能量模塊：為另三大模塊提供電源，一般為微電池三、無(wú)線加速度傳感器存在的問(wèn)題無(wú)線加速度傳感器仍然存在有待突破的問(wèn)題⑴監(jiān)測(cè)對(duì)象時(shí)，用有限的節(jié)點(diǎn)不能做到全面的反應(yīng)對(duì)象的狀態(tài)，例如對(duì)大型建筑橋梁的振動(dòng)/加速度的監(jiān)測(cè)，只能通過(guò)優(yōu)化算法進(jìn)行計(jì)算選擇振動(dòng)/加速度理論峰值點(diǎn)，這顯然跟實(shí)際應(yīng)用仍有并跖；(2)無(wú)線加速度傳感器中內(nèi)嵌微處理器，較Z傳統(tǒng)傳感器冇了信號(hào)數(shù)據(jù)預(yù)處理和存儲(chǔ)并能管理控制信號(hào)采集和收發(fā)，然而尤其面對(duì)大熨項(xiàng)目,大量數(shù)據(jù)時(shí)微處理器的計(jì)算能力存儲(chǔ)能

6、力還是捉襟見(jiàn)肘;(3)能耗問(wèn)題，無(wú)線加速度節(jié)點(diǎn)的能耗主要集屮在數(shù)據(jù)采集處理以及無(wú)線通信，其中無(wú)線通信耗能最大，盡管采用ZigBee技術(shù)的耗能情況與其他無(wú)線通信技術(shù)相比已經(jīng)較低，節(jié)點(diǎn)屮依靠電池供能，若能降低節(jié)點(diǎn)功耗或者提高電池儲(chǔ)能無(wú)疑將使節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間更長(zhǎng)目前在電源方面的處理問(wèn)題主要是開(kāi)發(fā)可充電電池。(比如通過(guò)USB接口充電)以及研發(fā)可川于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的太陽(yáng)能電池(4)傳輸距離速率有限，基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線加速度傳感器數(shù)據(jù)傳輸率最高達(dá)只有250kbps空屮傳輸距離只有300m有待提高。(CPUyy存儲(chǔ)器能量模塊鋰電池天線射頻模塊(4)能量

7、模塊：為另三大模塊提供電源，一般為微電池2.2無(wú)線加速度傳感器的主要性能技術(shù)指標(biāo)無(wú)線加速度傳感器是一個(gè)涉及傳感、采樣、射頻等多領(lǐng)域的系統(tǒng)，它的性能技術(shù)指標(biāo)包括動(dòng)態(tài)特性、采集特性、射頻特性、電氣特性以及機(jī)械特性等,以北京必創(chuàng)科技的A301、A302系列傳感器為例，詳見(jiàn)表2?1。表2-1主要技術(shù)指標(biāo)傳感器的靈敏度、量稈、精度、頻率響應(yīng)、傳輸距離、傳輸速率、丁作溫度范圍以及電池是比較重要的性能指標(biāo)也是選擇傳感器是的重要參考項(xiàng)H。無(wú)線加速度傳感器綜述出號(hào)tiiic*fWTiRAIIC憶MBMOt*口"圧」IT>&9I*WltMT5KHr，Mk-l葉二

8、"Ml空中?尢”憐Id?XJfi丄出恐冶乩nt黑0出小冷“代1*hvt40>ua?st>](M?MKlvhnPC?11KS?S4ifuTX2K1*匚5：