基于无线传感器网络的核电装备状态监测系统设计

摘要

随着现代化大生产的发展和科学技术的进步，核电站汽轮机组的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越高。机械装备状态监测和故障诊断技术越来越受到重视。根据规划，到2020年，中国核电装机比重将从目前的1.6％上升到5%左右，核电的装机容量将达到4000万千瓦左右。如此大规模的发展核电，势必对核电安全提出挑战。传统的监测系统大部分是采用有线设计。然而有线存在很多不可避免的缺点，主要体现在：电缆昂贵且维护困难、某些部位无法进行有线传感器的布置、有线网络之间存在电源干扰现象、大量布线会增加系统潜在危险和不可控性等。
　　WSN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。适合对远程环境、设备、设施的状况进行监测，应用前景十分广阔。本文针对核电站的汽轮机组设计一种振动监测传感器节点。在硬件选型上，处理器采用TI公司基于ARM Cortex-M3构架的LM3S1138；射频芯片采用TI-Chipcon公司生产的CC2420，CC2420符合2.4GHz IEEE802.15.4。加速度传感器采用Analog Devices Inc最新推出的压电传感器ADXL001。核电站电磁环境恶劣，本文对可能出现的干扰进行详细的分析。
　　在网络协议上，本文以无线传感器网络的路由协议技术作为切入点，分析研究平面型以及分簇型路由算法，综合比较以后，重点对LEACH路由协议提出改进，通过MATLAB虚拟仿真和多功能振动试验台数据采集表明，此系统能够对旋转机械振动信号实行有效的采集。

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第一章 绪 论

1.1本文的研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3核电监控系统的设计要求以及面对的问题

1.4本文主要研究内容及创新点

第二章 无线传感器网络的硬件电路设计

2.1系统功能需求

2.2信号采集系统的设计目标和原则

2.3硬件设计

2.4汇聚节点设计

2.5硬件测试

2.6本章小结

第三章 无线传感器网络抗干扰设计

3.1抗干扰设计的基本知识

3.2核电站电磁干扰源

3.3WSN耦合原理以及解决方案

3.4WSN抗干扰布局

3.5 本章小结

第四章 无线传感器网络路由协议研究

4.1路由协议研究现状

4.2核电环境需求

4.3核电环境主要特点

4.4 LEACH协议改进

4.5 仿真及实验

4.6 本章小结

第五章 系统实现及实验

5.1节点程序设计

5.2 上位机信号采集系统设计

5.3 试验

5.4总结

总结与展望

参考文献

附 录

致谢