【摘要】：隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)以及電源技術(shù)的迅速發(fā)展，極大地拓展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。為了提高WSN系統(tǒng)的可靠性和節(jié)點(diǎn)故障的易診斷性，本論文以某機(jī)場油料保障系統(tǒng)和化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室無線安全系統(tǒng)為研究對象，開展了WSN節(jié)點(diǎn)模塊級(jí)故障診斷方法研究，提出了新的故障診斷方式，并在不同的實(shí)際場所獲得應(yīng)用。因此，本研究工作具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 針對濕熱、震動(dòng)、電磁干擾、易燃、易爆、有毒等環(huán)境，為了提高WSN節(jié)點(diǎn)工作的可靠性及數(shù)據(jù)感知的準(zhǔn)確性，分析了某機(jī)場移動(dòng)裝置加油過程無線監(jiān)測系統(tǒng)和化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室無線安全監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，設(shè)計(jì)了WSN節(jié)點(diǎn)在線狀態(tài)監(jiān)測器，提出了基于高斯過程回歸、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法。完成的主要研究工作歸納如下： 1.為了快速檢測出WSN節(jié)點(diǎn)故障的位置和診斷產(chǎn)生故障的原因，設(shè)計(jì)了一種WSN節(jié)點(diǎn)模塊故障在線狀態(tài)監(jiān)測器，分別對WSN節(jié)點(diǎn)中的傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測。劃分各模塊故障類型，引入故障特征碼和故障定位矩陣，構(gòu)建了故障原因診斷表。將故障隔離方法應(yīng)用在WSN節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，對發(fā)生故障的節(jié)點(diǎn)模塊進(jìn)行有效隔離，防止了節(jié)點(diǎn)故障范圍擴(kuò)大或節(jié)點(diǎn)失效。 2.針對容易產(chǎn)生故障的無線通信模塊，建立了無線通信模塊在不同狀態(tài)下的電流特性模型，利用高斯過程回歸對無線通信模塊不同狀態(tài)下的故障診斷參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該故障診斷方法不僅可以診斷無線通信模塊短路、斷路、電流過大、電流過小等故障，還可以診斷無線通信模塊功率放大電路老化、燒毀等原因造成的發(fā)射功率降低（或0功率輸出）等不同故障類型。 3.提出了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FNN）的無線通信模塊故障診斷方法。提取經(jīng)過離線訓(xùn)練的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，結(jié)合AD轉(zhuǎn)換精度、無線通信模塊電流波形分析和濾波方法，將故障診斷模型應(yīng)用在實(shí)際運(yùn)行的WSN節(jié)點(diǎn)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的故障診斷方法計(jì)算量較小、故障診斷的準(zhǔn)確度較高。 4.為了快速、準(zhǔn)確地診斷WSN節(jié)點(diǎn)的故障，提出了一種WSN節(jié)點(diǎn)故障易診斷策略，設(shè)計(jì)了故障易診斷的WSN節(jié)點(diǎn)，方便了節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測器的安裝、故障信息的獲取和故障模塊的替換。同時(shí)，為了減少噪聲對WSN節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測器的干擾，使用了一種小波去噪與中值濾波法相結(jié)合的復(fù)合濾波法。此方法不僅能夠?yàn)V除大部分干擾、使得波形變的更加平滑，還能保留較多的信號(hào)邊沿。為了延長節(jié)點(diǎn)的生命周期，有效地節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能耗，對無線通信模塊接收、發(fā)送、監(jiān)聽、休眠的消耗電流和時(shí)間特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試研究，將網(wǎng)絡(luò)負(fù)載參數(shù)進(jìn)一步細(xì)分，引入節(jié)點(diǎn)發(fā)送、接收間隔，每次發(fā)送、接收字節(jié)數(shù)，分析了節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)時(shí)所處狀態(tài)的概率，建立了通信能耗模型，使得能耗參數(shù)在不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和收發(fā)間隔下達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)，在大數(shù)據(jù)量分包傳輸時(shí)，在首個(gè)數(shù)據(jù)包中加入了數(shù)據(jù)預(yù)約幀，使得接收節(jié)點(diǎn)在接收完多個(gè)數(shù)據(jù)包組成的完整文件后進(jìn)入休眠，避免了不必要的重復(fù)喚醒，明顯降低了傳輸能耗。 5.設(shè)計(jì)了機(jī)場移動(dòng)裝置加油過程無線監(jiān)測系統(tǒng)和化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室無線安全監(jiān)測系統(tǒng)。并將本論文提出的故障診斷方法分別應(yīng)用于這兩個(gè)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在加油車將行駛狀態(tài)、加油進(jìn)度、地井號(hào)等信息上傳至調(diào)度中心進(jìn)行復(fù)核、確認(rèn)和調(diào)度規(guī)劃的過程中，，運(yùn)用故障診斷方法能夠準(zhǔn)確地診斷節(jié)點(diǎn)故障的位置和確定節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的故障模塊、發(fā)生故障的原因；在化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室，運(yùn)用WSN節(jié)點(diǎn)在線監(jiān)測有毒氣體濃度、煙霧顆粒濃度、火焰等信息的過程中，應(yīng)用故障診斷方法能夠準(zhǔn)確地診斷故障節(jié)點(diǎn)安裝的位置和確定節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的故障模塊、發(fā)生故障的原因等。將故障診斷方法應(yīng)用到這兩個(gè)系統(tǒng)中，分別檢出了多種類型的故障，提高了WSN系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2459089