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3．3 距离测定
接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)常用于无线传感器网络中两个节点之间距离的测定，已知发射节点的发射信号强度，接收节点根据收到信号的强度计算出信号的传播损耗，利用理论和经验模型将传输的损耗转换为两个节点之间距离的具体数值。RSSI理论值可由下式表示：接收信号强度是发射功率和发送接收之间距离的函数，随着距离的增加而减小。
RSSI=-(10n*lgd+A) (3)
式中：n代表信号传播常量，也叫传播指数，它表示信号能量随着发射器距离的增加而衰减的速率；d表示两个节点之间的距离；A代表两节点相距1 m时的接收到的信号强度绝对值，用dBm表示。一般A为30．0～50．0，精度为0．5。图5为A=40，n=3时的信号的衰减与距离成对数关系的曲线图。
同济大学的张洁颖等对测得的RSSI值实测曲线进行了分析，在考虑干扰和硬件的情况下实测值和理论值有一定的误差。但是本设计中对距离的精确度要求不高，只需在特定的距离段内，终端节点的父节点唤醒其自己时间同步阶段的下一级节点即可，保证终端节点在距离其现在父节点相对距离较远时，可以通过离开网络重新连接到新唤醒的节点中，继续执行数据采集的任务。通过在学校高层宿舍楼的实际测试，当RSSI的绝对值大于75时出现了一定数量的丢包，为了保证终端节点能稳定的传输采集数据，本设计中设定RSSI的绝对值大于50时，唤醒新的路由节点，当RSSI的绝对值连续在70附近时终端节点立即离开整个网络，然后再通过申请加入网络使自己连接到新唤醒的节点，此时新唤
醒的节点就成了终端节点的父节点。整个唤醒系统的流程图如图6所示。
进入PM2低功耗模式的时间T，由控制中心通过串口提供，根据实际经验确定，当定时器定时T时间过后，低功耗模式的节点被定时器唤醒，其会检查自己是否仍然在整个网络中，由于保持着其进入低功耗之前的状态，掉网的可能性很小，如果掉网，实行断网重连，重新申请加入网络。
4 上位机软件开发
本设计的监测显示界面在Visual C++6．0编程语言基础上编写而成，通过计算机串口与协调器节点相连，使整个系统具有了数据采集、数据分析、数据显示及数据存储的功能。
该软件需提前根据钢丝绳的直径、捻距对相应的直径及捻距值进行设定，根据测量装置的上和导轮光电编码器确定采样间隔，另外根据实际情况确定钢丝绳损坏情况的门限值。其实际中测量画面如图7所示。
5 结论
笔者通过该设计完成了擦窗机钢丝绳状态的实时监测，利用电磁检测原理，设计了钢丝绳损伤检测传感器。使用TPSN时钟同步算法，使整个网络除终端采集节点外其他节点保持时钟同步，为某些节点在某个特定时间进入低功耗模式和同时醒来创造了条件。通过节点在空闲时间进入低功耗模式从而为整个网络的持续运行节约了大量的能量，有效地延长了整个网络的生命周期。另外利用RSSI值判断终端节点距离其父节点的距离，当距离大于通过实验测的的规定值时，断开网络连接，重新加入距离其最近的路由节点，从而保障了数据采集系统的持续可靠运行。
实验证明，系统可以顺利地测出擦窗机运行中的钢丝绳状态的情况，并能将数据通过无线网络送回到协调器中，进而通过串口送至上位机软件进行显示、分析和存储，网络中的信号通信状况良好，抗干扰能力强。同时监控人员可以对钢丝绳状态进行实时监控，大大保障了吊船内工作人员的安全性。 |
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