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    位移傳感器的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控案例
    該案例使用拓普瑞GPRS-RTU無(wú)線(xiàn)采集模塊和0-5V輸出型位移傳感器，


    然后使用TLINK云平臺(tái)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)。


    第一步、在TLINK云平臺(tái)創(chuàng)建設(shè)備


    進(jìn)入www.tlink.io平臺(tái)，登錄賬號(hào)，添加設(shè)備
    各參數(shù)填完成以后，點(diǎn)擊頁(yè)面下方的“創(chuàng)建設(shè)備”按鈕，即創(chuàng)建完成。


    然后進(jìn)入“設(shè)置連接”，配置協(xié)議如下圖所示

    第二步、配置GPRS-RTU無(wú)線(xiàn)采集模塊


    將RTU進(jìn)行通電，USB配置線(xiàn)與電腦進(jìn)行連接，安裝驅(qū)動(dòng)后，打開(kāi)GPRS RTU配置工具，


    將參數(shù)按照下圖進(jìn)行配置，詳細(xì)配置說(shuō)明請(qǐng)參照GPRS RTU使用說(shuō)明書(shū)。

    第三步、接線(xiàn)


    按照下圖方式進(jìn)行接線(xiàn)，接線(xiàn)方式可參照GPRS RTU使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行

    第四步、量程配置


    根據(jù)位移傳感器的0-100mm的量程進(jìn)行配置，如下圖所示

    所有步驟完成后，設(shè)備開(kāi)始正常工作，如下圖所示
    磁致伸縮位移傳感器的工作原理
    磁致伸縮線(xiàn)性位移（液位）變送器（簡(jiǎn)稱(chēng)磁尺），是采用磁致伸縮原理制造的高精度、長(zhǎng)行程絕對(duì)位置測(cè)量的位移變送器。不但可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的直線(xiàn)位移，同時(shí)給出運(yùn)動(dòng)物體的位置和速度模擬信號(hào)或液位信號(hào)，根據(jù)輸出信號(hào)的不同，分為模擬式和數(shù)字式兩種。靈活的供電方式和極為方便的多種接線(xiàn)方法和多種輸出形式可滿(mǎn)足各種測(cè)量、控制、檢測(cè)的要求；由于采用非接觸測(cè)量方式，避免了部件互相接觸而造成磨擦或磨損，因此很適合應(yīng)用于環(huán)境惡劣、不需定期維護(hù)的系統(tǒng)工程或場(chǎng)合。不僅僅是傳感器的性能優(yōu)良，更重要的是工作壽命長(zhǎng)、良好的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、能有效和穩(wěn)定的工作，與導(dǎo)電橡膠位移傳感器、磁柵位移傳感器、電阻式位移傳感器等產(chǎn)品相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。而且安裝、調(diào)試方便，再加上有極高的性能價(jià)格比；及時(shí)周到的售后服務(wù)，足可讓用戶(hù)更加放心地使用。其中，防爆（隔爆型）磁尺嚴(yán)格按照GB3836.1-83《爆炸性環(huán)境用防爆電器設(shè)備通用要求》，并取得國(guó)家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)檢中心頒發(fā)的防爆合格證。隔爆標(biāo)志：EXdⅡBT5。
    磁致伸縮線(xiàn)性位移傳感器的工作原理
    磁致伸縮線(xiàn)性位移（液位）變送器主要由測(cè)桿、電子倉(cāng)和套在測(cè)桿上的非接觸的磁環(huán)（浮球）組成。測(cè)桿內(nèi)裝有磁致伸縮線(xiàn)（波導(dǎo)絲）。工作時(shí)，由電子倉(cāng)內(nèi)的電子電路產(chǎn)生一起始脈沖，此起始脈沖在波導(dǎo)絲中傳輸時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生了一沿波導(dǎo)絲方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)與磁環(huán)（浮球）中的永久磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動(dòng)，產(chǎn)生扭動(dòng)脈沖（或稱(chēng)“返回”脈沖）。這一扭動(dòng)脈沖被安裝在電子倉(cāng)內(nèi)的拾能機(jī)構(gòu)所感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流脈沖，通過(guò)電子電路計(jì)算出兩脈沖起始和返回之間的時(shí)間差，即可精確測(cè)出被測(cè)的位置和位移。
    三、主要技術(shù)性能指標(biāo)
    ★ 量程范圍（mm） 80 150 300 500 800 1000 1200 1500 2000 2200 2500 2800 3000 3500 4000 4500 5000(用戶(hù)可定制)
    ★ 輸出形式/工作電壓（三線(xiàn)制）
    位移信號(hào)：0?5VDC/+24VDC±10%
    0?10VDC/+24VDC±10%
    （-5?+5）VDC/±15VDC±10%
    （-10?+10）VDC/±15VDC±10%
    4?20mADC/+24VDC±10%
    速度信號(hào)：1V/25.4mm/s（最大10VDC）
    ★ 負(fù)載能力 電壓信號(hào)輸出最大負(fù)載2mA
    電流信號(hào)輸出最大負(fù)載600Ω
    ★ 非線(xiàn)性誤差 ±0.05%FS；300mm以下最大誤差150 μm
    ★ 重復(fù)性誤差 優(yōu)于0.002%FS
    ★ 分辨率 優(yōu)于0.002%FS
    ★ 遲滯 優(yōu)于0.002%FS
    ★ 溫度影響 優(yōu)于0.007%/FS/℃
    ★ 儲(chǔ)存溫度 -40?+100℃
    ★ 工作溫度 0?+70℃ -25?+80℃ -40?+85℃
    ★ 滿(mǎn)量程調(diào)整范圍 20%FS
    ★ 零點(diǎn)調(diào)整范圍 20%FS
    ★ 紋波 低噪聲環(huán)境小于2mVrms
    伺服工作狀態(tài)（80?1600mm）小于6mVrms
    伺服工作狀態(tài)（1600?300mm）小于10mVrms
    ★ 測(cè)桿材料 0Cr18Ni9（304）
    316不銹鋼（特殊定制）
    ★ 電子倉(cāng)外殼材料 1Cr18Ni9Ti
    ★ 引線(xiàn)方式 PVC屏蔽電纜線(xiàn)（默認(rèn)長(zhǎng)度：2.8m，也可根據(jù)用戶(hù)要求提供）
    航空插頭（不適用于隔爆產(chǎn)品）
    接線(xiàn)端子
    ★ 隔爆防爆標(biāo)志 EXdⅡBT5
    ★ 外殼防護(hù)等級(jí) IP65
    大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性管理


    這個(gè)問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是沒(méi)有無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)查詢(xún)問(wèn)題。最簡(jiǎn)單的資源查詢(xún)方式是全局泛洪法，但是對(duì)于資源有限的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)不適用，因此在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)該盡量避免使用全局泛洪法。擴(kuò)展環(huán)搜索法（expanding ring search）用增加生存時(shí)間（Time-To-Live， TTL）的方式重復(fù)泛洪，這種方式和由此派生出來(lái)的方式也不適合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。在改善泛洪法的效率方面，文獻(xiàn)[6]中提出的方案是通過(guò)減少查詢(xún)每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)的多余消息去減少泛洪法固有的冗余，在沒(méi)有出現(xiàn)明顯的冗余情況下，這種方案對(duì)提高效率沒(méi)有太多貢獻(xiàn)。在ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，查詢(xún)節(jié)點(diǎn)是通過(guò)基于簇（clusters）和界標(biāo)（landmarks）的層次表來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種方式需要在節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置復(fù)雜的協(xié)調(diào)機(jī)制，當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)或者簇頭（cluster-head）或界標(biāo)失敗時(shí)，層次表需要重新配置。而且，通常簇頭會(huì)成為一個(gè)瓶頸，所以我們通常避免這種分層次的協(xié)調(diào)表，也避免使用簇頭。


    GLS[7]中提出的技術(shù)是基于一種所有節(jié)點(diǎn)都已知的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格圖。節(jié)點(diǎn)使用位置服務(wù)器保存它們的位置，并用一種基于ID號(hào)的算法去更新它們的位置，當(dāng)節(jié)點(diǎn)尋找指定ID號(hào)的節(jié)點(diǎn)位置時(shí)，也用這種算法去服務(wù)器尋找目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。對(duì)于知道網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格圖和它們自己的位置并且知道目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)的節(jié)點(diǎn)，這種方法是一個(gè)好方法。


    文獻(xiàn)[8]中介紹了一種針對(duì)大規(guī)模移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的查詢(xún)方法，這種方法借用了小世界（small worlds）的概念，利用節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性去提高查詢(xún)效率，并引入了關(guān)聯(lián)（contacts）的概念。其工作原理是首先在相鄰節(jié)點(diǎn)間建立關(guān)聯(lián)，當(dāng)它們移動(dòng)時(shí)，再關(guān)聯(lián)新的相鄰節(jié)點(diǎn)，這樣提高了查詢(xún)的效率。與傳統(tǒng)的路由查詢(xún)方式不同，這種設(shè)計(jì)基本目標(biāo)不是去優(yōu)化路由或者響應(yīng)延時(shí)，而是去減少通信的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，這一點(diǎn)在能量受限的環(huán)境中非常重要，特別是對(duì)于傳感器數(shù)量眾多的網(wǎng)絡(luò)中的一次性查詢(xún)(通信的生存時(shí)間很短)。文中給出的協(xié)議是可升級(jí)的（scalable）、自動(dòng)配置的，非常適應(yīng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性要求。仿真結(jié)果顯示它比邊緣泛洪法提高效率60-70％，比泛洪法提高效率80-90％，比擴(kuò)展環(huán)搜索法則有更大的改善。


    針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分布式定位，文獻(xiàn)[9]比較了三種定位算法：ad hoc、魯棒定位、N跳多向法（N-hop multilateration）。具體選擇哪種算法要取決于某些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，比如差錯(cuò)分布和連通性等。
    網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)配置和自動(dòng)康復(fù)和維持系統(tǒng)能量有效性


    無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)被布置在無(wú)人值守的環(huán)境中時(shí)，更換能源幾乎不可能，為了節(jié)約能源，發(fā)射功率要盡可能小，傳輸距離要短，節(jié)點(diǎn)間通信需要中間節(jié)點(diǎn)作為中繼。在地震救災(zāi)或者是無(wú)人飛行器中，網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)配置和自動(dòng)康復(fù)功能顯得異常重要，而大規(guī)模的多跳無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可測(cè)量性（scalability）也是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)可測(cè)量性的一種方法是“分而治之（divide and conquer）”，或者說(shuō)是分層控制（hierarchical），即用某種簇標(biāo)準(zhǔn)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分成簇組（clusters），在每個(gè)簇中選出一個(gè)作為簇頭（leader），它在比較高的層次上代表本簇；同樣的機(jī)制也應(yīng)用到簇頭中，使之形成一個(gè)層次，這個(gè)層次中，每個(gè)級(jí)別應(yīng)用當(dāng)?shù)乜刂疲╨ocal control）去實(shí)現(xiàn)某個(gè)全局目標(biāo)。大多數(shù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的分類(lèi)思想認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)與地理位置無(wú)關(guān)，分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)是簇里的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和簇間的邏輯直徑（相對(duì)于地理直徑而言）。但是，當(dāng)簇頭（cluster leader）和簇內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)間的鏈路很長(zhǎng)，相鄰簇間地理位置交迭很大，且不同的簇間路由消息載荷（routing traffic load）不平衡時(shí)，一個(gè)非簇頭（non-leader）節(jié)點(diǎn)和它的簇頭節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)它們之間僅有的長(zhǎng)鏈路通信將要消耗更多的能量，并且相鄰簇間的并行通信沖突頻發(fā)，簇間能量消耗不平衡，由此帶來(lái)的結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)的壽命和通信質(zhì)量與有效性都大幅減小。因此，為了節(jié)約能量和改善通信質(zhì)量和有效性，在設(shè)計(jì)簇算法時(shí)，簇的地理半徑應(yīng)該考慮。文獻(xiàn)[10]提出，在傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)用一種簡(jiǎn)單的細(xì)胞聚類(lèi)結(jié)構(gòu)去構(gòu)成路由協(xié)議，這樣可以維持一種可測(cè)量的能量有效的系統(tǒng)，其關(guān)鍵的問(wèn)題是使這種細(xì)胞簇結(jié)構(gòu)具有自動(dòng)康復(fù)性。作者針對(duì)大規(guī)模多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)配置和自動(dòng)康復(fù)提出了一種分布式算法，這種算法可以保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在二維空間里自動(dòng)配置成細(xì)胞簇結(jié)構(gòu)，其細(xì)胞單元有緊湊的地理半徑，細(xì)胞單元之間的交疊也很小。這種結(jié)構(gòu)在各種擾動(dòng)下是自動(dòng)康復(fù)的，比如節(jié)點(diǎn)加入、離開(kāi)、死亡、移動(dòng)、被敵方捕獲等。文獻(xiàn)[11]給出了一種針對(duì)簇的分布式算法LEACH，它是通過(guò)全局上重復(fù)簇操作來(lái)處理擾動(dòng)的，但這種算法既不能保證系統(tǒng)中簇的定位也不能保證簇的數(shù)量。文獻(xiàn)[12]給出了另外一種簇算法，它僅考慮了簇的邏輯半徑，而不考慮地理半徑，當(dāng)簇間存在比較大的交迭時(shí)，這種方法會(huì)降低無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)挠行?。另外，它的康?fù)不在本地處理，而是依賴(lài)于消息在整個(gè)系統(tǒng)中的多次循環(huán)。文獻(xiàn)[13]中給
    出了一種基于訪(fǎng)問(wèn)的簇算法，這種算法注重簇的穩(wěn)定性，不考慮簇的大小，要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有全球定位系統(tǒng)（GPS）的支持。
    統(tǒng)功耗問(wèn)題


    無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特殊場(chǎng)合時(shí)，電源不可更換，因此功耗問(wèn)題顯得至關(guān)重要。


    在系統(tǒng)的功耗模型中，我們最關(guān)心的是：


    （1） 微控制器的操作模式（休眠模式、操作模式、，潛在的減慢時(shí)鐘速率等），無(wú)線(xiàn)前端的工作模式（休眠、空閑、接收、發(fā)射等）；
    （2）在每種模式中，每個(gè)功能塊的功耗量，及它與哪些參數(shù)有關(guān)；
    （3）在發(fā)射功率受限的情況下，發(fā)射功率和系統(tǒng)功耗的映射關(guān)系；
    （4）從一種操作模式轉(zhuǎn)換到另外一種操作模式(假設(shè)可以直接轉(zhuǎn)換)的轉(zhuǎn)換時(shí)間及其功耗；
    （5）無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器的接收靈敏度和最大輸出功率；
    （6）附加的品質(zhì)因數(shù)（如發(fā)射前端的溫漂和頻穩(wěn)度、接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)指示(RSSI)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)等）。


    基于以上考慮，文獻(xiàn)[14]提出了一種自組織低功耗網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議i-Beans，并具體說(shuō)明了此網(wǎng)絡(luò)的功耗。比如，用一個(gè)220mAh的小紐扣電池供電，網(wǎng)絡(luò)的平均消耗電流是100μ;A，取樣率是每秒1次，則電池可以持續(xù)80天；如果抽樣率是每?jī)煞昼娨淮?，平均消耗電流降?.92μ;A，則電池壽命可以延長(zhǎng)到13.1年。


    為了克服遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的電池工作時(shí)間短的問(wèn)題，美國(guó)Millennial Net公司已經(jīng)將其i-Bean無(wú)線(xiàn)技術(shù)與來(lái)自新興公司Ferro Solutions的“能量獲得（energy harvesting）”技術(shù)結(jié)合在一起，雙方最近展示了一個(gè)靠感應(yīng)振蕩能量轉(zhuǎn)換器工作的i-Bean無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)。這種轉(zhuǎn)換器能由在50mg至100mg力作用下的28Hz至30Hz振蕩產(chǎn)生1.2mV至3.6mV的電壓，并允許在30m距離上以115Kb/s速率發(fā)送數(shù)據(jù)（無(wú)電池）。該公司還與其他公司合作開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能電池板來(lái)給無(wú)線(xiàn)傳感器供電。


    在能量?jī)?yōu)化研究方面，西安交通大學(xué)的黃進(jìn)宏等在文獻(xiàn)[15]中提出了一種基于能量?jī)?yōu)化的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)組織結(jié)構(gòu)和協(xié)議ALEP。與傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)微傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比，ALEP更加充分地考慮到實(shí)際應(yīng)用。它將一種高效能量控制算法引入組網(wǎng)協(xié)議，提高了網(wǎng)絡(luò)的能量利用率，顯著延長(zhǎng)了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。通過(guò)對(duì)ALEP協(xié)議進(jìn)行OPNET仿真，結(jié)果顯示該協(xié)議與傳統(tǒng)模式的無(wú)線(xiàn)微傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比，在傳送相同的數(shù)據(jù)量的條件下有更高效的能量特性和信息傳輸特性。

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    上海豫淞電子科技有限公司,簡(jiǎn)稱(chēng)豫淞科技（YUSONG TEST）。豫淞科技有限公司是一家致力于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解決方案的供應(yīng)商,產(chǎn)品涉及工業(yè)測(cè)量,工業(yè)安全防護(hù),自動(dòng)化檢測(cè),物流系統(tǒng)解決方案四塊領(lǐng)域。 
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