Беспроводные информационно-измерительные системы на основе автономных безаккумуляторных радиодатчиков

• Автор: Тужилкин, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 180 с. : ил.

Содержание
введение
Глава 1 - Анализ современного состояния исследований и разработок беспроводных
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
1.1 беспроводные сенсорные сети. Общие понятия. i
1.2 Частотные диапазоны радиоканала для беспроводных ИИС
1.2.1 Нелицензируемые частоты до 1 ГГц 1 з
1.2.2 Анализ возможностей использования частотного диапазона 2,4 ГГц
1.3 Анализ алгоритмов маршрутизации в беспроводных ИИС
1.4 Анализ топологий беспроводных ИИС
1.5 Анализ существующих беспроводных решений для сенсорных сетей.
1.5.1 Анализ технологии построения беспроводной ИИС ZigBee
1.5.2 Анализ платформенного решения для построения беспроводной ИИС MeshLogic
1.6 Анализ принципов радиочастотной идентификация
1.7 Системы на основе безаккумуляторных радиодатчиков
1.8 Систематизация ИИС
1.9 Выводы по главе
Глава 2 - Методы и способы снижения влияния шумовой составляющей на результат измерения
2.1 АНАЛИЗ влияния шумов на погрешность измерений
2.2 Разработка методики вычисления оптимальных параметров измерительного КАНАЛА.
2.3 формализация функции информационно-энергетического обмена
2.4 Оценка эффективности работы беспроводной ИИС
2.5 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
Глава 3 - Способы повышения энергоэффективности автономных безаккумуляторных радиодатчиков В составе системы
3.1 Анализ протоколов сетевого взаимодействия
3.1.1 Методы доступа к среде
3.1.2 Энергоэффективные протоколы взаимодействия в беспроводных измерительных сетях и их особенности 8
3.2 Разработка алгоритма функционирования ИИС
3.3 Моделирование процесса измерения средствами Matlab Simulink
3.3 Разработка структурной схемы АБР
3.4 Выводы по главе
Глава 4 - Практическая реализация и внедрение автономных безаккумуляторных радиодатчиков. Применение инженерной методики при проектировании датчиков и преобразователей
4.1 Аппаратная реализация датчиковой и преобразующей аппаратуры с учётом специфики PKT
4.2 Применение инженерной методики проектирования при разработке ёмкостного
ДВУХКАНАЛЬНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ
4.3 Аппаратная реализация АБР
4.4 РЕЗУЛЬТАТЫ испытаний
Заключение
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
Приложение в

Список сокращений
АБР - автономный безаккумуляторный радиодатчик
АИ - аналоговый интерфейс
АС - абонентская станция
АЦП - аналого-цифровой преобразователь
БП - блок питания
БС - базовая станция
БСД - блок сбора данных
БСС - беспроводные сенсорные сети
ИД - интеллектуальный датчик
ИК - измерительный канал
ИОН - источник опорного напряжения
иис - информационно-измерительные системы
ЛВС - локальная вычислительная сеть
МК - микроконтроллер
ПО - программное обеспечение
РКТ - ракетно-космическая техника
РТР - ретранслятор
РЧИ - радиочастотный идентификатор УС — устройство считывания ЧЭ - чувствительный элемент
ISM - (от англ. industrial, scientific and medical) не лицензируемый диапазон частот, основными областями применения которого являются медицина, наука, промышленность
MAC - (от англ. Media Access Control) управление доступом к среде RFID - (от англ. radio frequency identifier) радиочастотный идентификатор TDMA - (от англ. Time Division Multiple Access) множественный доступ с разделением по времени

ВВЕДЕНИЕ
Состояние вопроса и актуальность темы
По мере развития информационно-измерительных систем (ИИС), усложнения объектов измерения, увеличения разнообразия решаемых задач в области мониторинга объектов ракетно-космической техники (РКТ), требуется совершенствование методов и средств измерений. Тенденция развития ИИС идёт по пути увеличения количества датчиков, интенсивного внедрения новых технологий использования автономных безаккумуляторных радиодатчиков (АБР) в составе системы. Перспективность ИИС на основе АБР связана с возможностью таких систем решать большинство проблем присущих проводным ИИС, таких как сложность установки, необходимость обслуживания, высокое энергопотребление, стоимость.
В настоящее время производство АБР слабо развито, но существует множество отечественных и зарубежных фирм, занимающихся разработкой и изготовлением радиочастотных идентификационных меток, на базе которых и строятся АБР. Наиболее известные из них: NXP Semiconductors, Motorola, Alien Technology, Applied Wireless RFID, Avery Dennision, Invengo, РСТ-Инвент, ГК «Систематика», ОАО «НИИМЭ и Микрон». Помимо выпуска радиочастотных идентификационных меток, большая часть этих фирм нацелена на освоение и развитие новых типов датчиков - автономных безаккумуляторных радиодатчиков.
Достижения отечественных научных школ, в области построения и оптимизации ИИС связаны с именами таких учёных как: П.В. Новицкий, М.П. Цапенко, В.Г. Кнорринг, В.А. Грановский, A.B. Фремке, В.М. Шляндин, Е.П. Осадчий, В.П. Кузнецов, Ю.П. Иванов. Ими были заложены основные принципы построения систем, определения. принципов внутрисистемного взаимодействия. Несмотря на значительные достижения
Рисунок 12 - Классификация RFID меток
Пассивные ЯРШ-метки не имеют встроенного источника питания. ЯРШ-метки питаются от электромагнитного поля, излучаемого устройством считывания. Энергии, полученной от электромагнитного поля достаточно для функционирования чипа и передачи данных.
Активные КРШ-метки имеют в своём составе аккумулятор, что позволяет вести считывание данных на большем расстоянии. Однако, такие метки наиболее дороги, а у батарей ограничено время работы.
Активные метки более надёжны и обеспечивают самую высокую надёжность считывания на больших расстояниях. Активные метки могут генерировать выходной сигнал большего уровня, чем пассивные, что позволяет применять их в более агрессивных для радиочастотного сигнала средах: воде (включая людей и животных, которые в основном состоят из воды), металлах (корабельные контейнеры, автомобили), для больших расстояний на воздухе [6, 72]. Большинство активных меток могут передавать сигнал на расстояния в сотни метров при сроке работы батареи до 10 лет. Некоторые КРШ-метки имеют встроенные датчики, например,