WSN在船舶轮机自动化监测系统中的运用初探

刘信文

（大连市水路运输管理处，辽宁 大连 116001）

WSN系统是一种物联网技术，在该系统的建设和运行中，将会通过大量的传感器获取轮机的运行数据，同时传感器将这些数据提交到系统的控制中枢中，由船舶工作人员对轮机的运行状态进行观察，防止发生重大安全事故。这种技术在应用中，将应用无线网络进行数据传输，为了保证整个系统的运行质量，需要对无线网络中的相关内容进行合理设计与确定。

1 WSN系统的硬件构成设施

WSN系统的硬件构成设施包括以下内容：（1）通信模块。由于MSN系统在运行过程中是基于无线网络进行信息传递的，所以通信设备为在船舶系统中相关位置上设置的射频装置。（2）信息处理模块。当WSN系统发现轮机运行情况异常时，会向船舶上的工作人员发出警报，在该过程中需要经过信息处理模块对传感器收集到的数据进行分析，通常情况下，信息处理模块的硬件设施为单片机，有单片机中的程序进行相关数据对比。（3）传感器。在轮机发生故障时，整个系统中的相关参数都会发生一定变化，所以在WSN系统的建设中，需要设置多种类多数量的传感器，以对整个轮机系统进行有效监测。（4）存储模块。在船舶中的轮机发生故障时，除了要第一时间对故障进行处理，WSN系统还需要能够实现对故障信息的有效存储，为后续的技术改进提供关键数据。对于存储模块，当前已经开发出了相应的硬件设施，实现对相关数据的快速精确存储。

2 WSN在船舶轮机自动化监测系统中的应用方式

2.1 硬件设施安装

在WSN系统的应用中，核心内容为进行各类硬件设施安装，在具体的安装过程中，需要注意以下问题：（1）传感器系统。在传感器的运行中，会将各类环境参数信号转变为电信号，所以在传感器系统的建设中，要对传感器的布线方式、线路保护等内容进行科学设计，以保证所有的传感器都能够正常稳定运行。（2）射频装置安装。在射频装置的安装过程中，需要考虑信号发射的能量和船舶上相关障碍物对信号发射强度方面的影响，保证射频装置能够有效进行信号发射。（3）防干扰设施。虽然单片机有一定的抗干扰能力，但是由于船舶轮机的运行环境较为特殊，在系统的建设中需要在单片机前设置PID系统，以消除系统中产生的各类干扰信号。（4）硬件保护设施。在硬件设施的安装过程中，需要充分考虑这些硬件对运行环境的要求，并根据这种要求设置硬件保护设施，提高硬件的运行稳定性和使用寿命。例如，船舶轮机监测系统中采用的微处理器为LM3S1968，这种微处理器在实际应用的过程中，具有能量消耗低等优点，同时保证信息在连接接口中的信息传递质量。而船舶轮机监测系统中无线传感器型号为ADXL001，这种型号的无线传感器在实际应用中，能够减小船舶轮机监测系统的体积，降低船舶轮机监测系统在运行过程中的能量消耗，与传统无线传感器的应用效果相比，整体应用价值更高，能够大大提升船舶轮机监测系统实际运行的稳定性。

2.2 无线网络建立

无线网络建设时整个WSN系统的建设重点，在无线网络的建立中，主要工作内容如下：（1）路由协议实施。在WSN系统的运行过程中，会同时收集大量数据，这种情况对整个系统带来了很大的运行负担，所以需要选择能够降低系统运行负担的协议，最终可应用的协议为LEACH。该协议能够将多个节点组成一个簇，在这些节点中选出一个簇头，在完成数据融合后，由簇头将信号提交到基站。在该过程中需要计算簇头的阈值，但是这种方法在应用过程中簇头会随机产生，导致系统的运行稳定性无法被有效保障，所以需要对当前的算法进行调整。（2）安全保护程序设计。在WSN系统的应用中，会将系统中的传感器作用一个节点，以探究轮机发生故障的位置，同时也能够在一定程度上确定故障类型。在整个系统的运行过程中，通常会让这些节点生成ID，为了保证系统能够安全稳定运行，这些ID不能发生重复。在本文的研究过程中，最终采用的方法为各节点随机生成一个1～N3的整数作为ID，其中N为相关区域中的节点个数，经计算，应用这种方法时基本不会产生ID重复现象，能够有效保证WSN系统的稳定运行。（3）网络的形成，WSN系统在实际运行的过程中，如果其中的中心节点被选取，则WSN系统中的中心节点就会将自身具备的信息数据传播给其他节点，实现数据信息的传播。在此过程中，船舶轮机的监测系统，会对轮机震动信号展开监测，确定震动信号是否符合相应的工作标准。该监测系统在实际运行的过程中，无线路由器的各个节点，会随机抽取一个数值与标准值展开对比，如果数值比标准值小，则需要将这个节点作为中心节点，并将该节点中的数据信息传输给其他节点。

2.3 系统状态检测

在完成对WSN系统的建设后，需要对系统的运行状态进行验收，在该过程中，可以应用MATLAB软件完成相关操作。在MATLAB软件中，需要按照建成的WSN系统进行模型建设，同时在系统中对应的传感器处施加能够有效模拟轮机故障的激励，观察建成的WSN系统是否能够及时显示向传感器施加的震动激励。在系统状态检测的过程中，假设WSN系统网络规模为100M×100M，WSN系统中无线路由器的节点数量为80，数据接收基站坐标为（50,100），传船舶轮机监测系统中数据包的大小为4000bit，数据传输速度为85kbit/s。以上为WSN系统状态检测实验的条件，通常情况下，在状态检测过程中采用LEACH协议算法展开计算，在系统检测的过程中发现，船舶监测系统在运行315轮之后，出现了死亡节点，使用改进过后的LEACHE协议算法对其展开监测表明，船舶监测系统在运行410轮之后出现了死亡节点。通过以上数据信息分析能够发现，改进后的计算协议与改进之前相比，实际应用价值更高，其优势也能够充分发挥出来。

在无线传感器网络的基础上，为了对船舶轮机监测系统信号采集功能展开检测，需要在参与检测的船舶轮机中安装网络节点，其中系统的采样频率为1kHz，在此过程中需要对船舶轮机监测系统中的时间以及电压幅值展开检测，确定二者之间的关系，并将其以线形图的方式呈现出来，检测人员在分析检测结果的过程中，能够在短时间之内对其展开全面有效的分析，最终得出船舶轮机监测系统信号采集功能的检测结果。

最终的检验结果表明，本文最终设计的WSN系统能够在规定时间内完成对故障信号的显示，在多次模拟后，发现该系统能够有效现实轮机的故障部位，并未出现信号干扰问题。

本文重点研究了在WSN基础上，船舶轮机监测系统的运行情况，并对船舶轮机监测系统的结构，以及LWEACH协议算法展开优化，最终形成了一种新的协议算法。同时采用软件路由仿真的方式，对实验现场的数据展开收集，在此基础上对船舶轮机监测系统中的振动信号展开有效检测，最终达到提升船舶轮机监测系统运行稳定性以及有效性的目的。

3 结语

综上所述，在WSN系统的设计中，硬件内容包括各类传感器、通信模块、信息处理模块、存储模块等，在系统的实际建设中，还包括相关辅助设施的建设，保证这些硬件设备能够长期稳定运行。在WSN系统的具体应用中，首先需要对这些硬件设施进行正确合理安装，其次为建设无线网络，在该过程中需要对LEACH协议进行优化，最后为验收过程，观察系统能否安全稳定运行。