宜昌无线倾角传感器价格

基于倾角传感器的移动通信铁塔形变预警系统
监测系统设计要点分析
铁塔形变检测系统是对移动铁塔进行健康监测，需要考虑监测节点的功耗、稳定性、抗恶劣环境等问题，同时需要提高设备的稳定性、易用性。 针对以上需求在系统设计过程中需要针对需求做出针对性的优化。 以下是对铁塔形变监测系统的需求分析：
（1）低功耗
通信铁塔形变监测节点需适应在恶劣自然环境下的工作，较低的功耗可以提高铁塔形变监测节点环境适应性，并延长监测节点的使用寿命。特别是对于采用太阳能和锂电池供电方案的监测节点，如果功耗过大，可能导致监测节点在阴雨气候时因为得不到充足的电能而停止工作。
（2）抗侵袭
通信铁塔形变监测节点安装地域广， 工作环境的复杂，可能遭受到如雨雪、雷电、大风、冰雹、电磁干扰等恶劣环境的影响。为了提高设备的环境适应性，在该倾角监测节点的设计中， 应考虑该仪表的防雨、防震、防雷击、防电磁干扰等因素。
（3）高可靠性
该系统监测节点主要安装在户外的通信铁塔上，维护难度较大。因此铁塔形变监测系统的可靠性是非常重要的。无线倾角传感器需要牢固固定，并且不破坏铁塔的固有结构。 除此之外铁塔形变监测系统软件需要具较高的可靠性，并具有自动检测功能，以方便维护人员及时确定设备的故障点。有高可靠性是铁塔倾角监测系统的根本**，失去了可靠性就等于设备失去了其可信性，失去了铁塔自动监控的意义。
（4）低成本
由于通信铁塔形变监测装置将安装在通信铁塔上，配备数量大。如果开发成本过高，势必会在很大程度上影响它的推广应用，通信公司也无法投入大量资金在其中。因此在形变监测节点的开发过程中， 需要尽可能降低监测节点的成本。才能提高该检测系统的普及率。
（5）易用性
铁塔形变监测系统需要提供便捷的服务，铁塔数据通过短信的方式将采集的数据信息发送到监控中心的计算机中，方便数据的汇总、比较。当数据出现问题时，通过短信电话等方式通知相关铁塔维护人员进行处理。铁塔数据要简单、直观、可靠便于分析。

基于倾角传感器的移动通信铁塔形变预警系统
监测需求分析
3G、 4G 网络的大面积覆盖为人们提供了更为优质的通信服务， 为人们带来了较大的便利，而与此同时通信网络扩张所产生的问题也伴随而来。通信设备数量的增加，导致维护难度逐渐增大。维护不及时致使通信设备在遭受自然环境或人为因素的破坏后，得不到及时的修理，导致通信线路塔体发生倾斜、形变甚至倒塌，通信铁塔一旦倒塌将导致覆盖区域内通信中断，直接影响了通信网络的运行安全。近年来通信铁塔倒塌的事故日渐增多，严重影响了人们的日常生活。
针对通信铁塔维护大多采用铅垂仪等人工方式进行简单检测，检查铁塔是否存在表面物理损坏，如铁塔倾斜、钢结构生锈或变形、螺丝松动、螺帽丢失等，粗浅层面的铁塔维护。工程师利用这些表面物理现象，简单判断铁塔的工作状态是否正常，这样不但效率低，而且并不能实施监测铁塔状态，做到铁塔倾斜的早期预测，并及时排除可能存在的安全隐患，以保证通信基站的正常运行。监测人员的不足以及检测手段的落后，导致往往出现较为严重的问题后，才进行事后补救处理。而铁塔倾斜造成的后果是非常严重的，会大大降低铁塔的使用年限，增加使用成本，严重的会造成局部的通信中断，因此，通信铁塔的维护方式急需进行改进。

智能传感器是 20 世纪 80 年代发展起来的一种新型传感器，融合了信息采集、处理、和交换的功能。由智能传感器组成的无线传感器网络，集无线通讯技术、传感器技术、计算机网络技术等于一体，作为近年来一项新兴的技术，给我们的生活方式带来革命性的变化。结合当下的技术发展，利用无线传感技术设计一种智能化的通信铁塔形变监测系统具有重要的现实意义。
（1） 积累大量珍贵数据。通信铁塔形变监测预警节点，可以及时发现铁塔的倾斜和变形特点，并找出其垂直度的变化规律，提早预见存在故障的铁塔，使人为或自然现象导致的地面塌陷、铁塔倾斜、铁塔形变在早期就处于严密监控下。大量有效数据的积累为后期铁塔形变预警积累了宝贵的数据、经验，促使铁塔监测更为科学有效。
（2） 减少巡视人员劳动强度。依照长期实时的监测数据，铁塔维护人员可以有目的对铁塔进行监测维护，缩小检测范围。并根据数据提前分析可能存在的问题，做到提前准备。
（3） 提高通讯网络的可靠性。传统的移动铁塔检测方法难以发现存在潜在问题的铁塔，常常是在铁塔倒塌后再进行补救，对通信网络的可靠性造成了严重的损害。铁塔形变监测系统，以监测为核心，当铁塔发生形变趋势的时候及早排查，大大降低了铁塔倒塌的可能。
（4） 创造良好的社会效益。铁塔形变监测系统不仅可以应用于移动通信网络铁塔的监测预警，也可用于对电网铁塔、景观铁塔等设备的监测中，提高铁塔使用寿命，节省成本。


本文的目标是构建移动通信铁塔形变监测预警系统，通过在铁塔较容易形变的地方，放置垂直度传感器对铁塔形变进行实时监测，并将采集到的数据进行计算、分析，实时监控通信铁塔的工作状态，及时发现铁塔存在的安全隐患。系统还将铁塔工作状态数据和形变预警信号，传递至铁塔监控中心，方便相关人员进行实时监测、统计、分析，并以报警器、短信、电话等方式告知运维人员，从而实现精细化、预防性、综合集中控管的智能铁塔维护。
技术：无线传感器网络在军事的应用
无线传感器网络可以协助实现有效的战场态势感知，满足作战力量“知己知彼”的要求。典型设想是用*行器将大量微传感器结点散布在战场的广阔地域，这些结点自组成网，将战场信息边收集、边传输、边融合，为各参战单位提供“各取所需”的情报服务。
根据**的信息技术*介绍，计算机、通信及小型化技术进步正引导美军进入一个新时代，在防御技术上产生“革命性”效果。隶属于*办公厅的国家信息技术研究与发展综合办公室主任大卫?纳尔逊说，无线传感器网络技术，预示着为战场上带来新的电子眼和电子耳，“能够在未来几十年内变革战场环境”。


鉴于无线传感器网络在军事应用的巨大作用，引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的较大关注.美国自然科学基金**2003年制定了传感器网络研究计划,投资34 000 000美元,支持相关基础理论的研究.美国*部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视,在C4ISR的基础上提出了C4KISR计划,强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力,把传感器网络作为一个重要研究领域,设立了一系列的军事传感器网络研究项目.美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界成员也开始了传感器网络方面的工作,纷纷设立或启动相应的行动计划.日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了较大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作.
无线传感器网络的典型应用模式可分为两类，一类是传感器结点监测环境状态的变化或事件的发生，将发生的事件或变化的状态报告给管理中心;一类是由管理中心发布命令给某一区域的传感器结点，传感器结点执行命令并返回相应的监测数据。与之对应的，传感器网络中的通信模式也主要有两种，一是传感器将采集到的数据传输到管理中心，称为多到一通信模式;一是管理中心向区域内的传感器结点发布命令，称为一到多通信模式。**种通信模式的数据量大，后一种则相对较小。
在这里收集了一些目前西方国家(主要是美国)在无线传感器网络军事应用方面的主要研究：
1) 智能微尘(smart dust)

智 能微尘(smart dust)是一个具有电脑功能的**微型传感器，它由微处理器、无线电收发装置和使它们能够组成一个无线网络的软件共同组成。将一些微尘散放在一定范围内，它们就能够相互定位，收集数据并向基站传递信息。近几年，由于硅片技术和生产工艺的突飞猛进，集成有传感器、计算电路、双向无线通信模块和供电模块的微尘器件的体积已经缩小到了沙粒般大小，但它却包含了从信息收集、信息处理到信息发送所必需的全部部件。未来的智能微尘甚至可以悬浮在空中几个小时，搜集、处理、发射信息，它能够仅依靠微型电池工作多年。智能微尘的远程传感器芯片能够跟踪敌人的军事行动，可以把大量智能微尘装在宣传品、子弹或炮弹中，在目标地点撒落下去，形成严密的监视网络，敌国的军事力量和人员、物资的流动自然一清二楚。
2)目标定位网络嵌入式系统技术
目标定位网络嵌入式系 统技术(Network Embed System Technology)是战场应用实验是美国*高级研究计划局主导的一个项目，它将实现系统和信息处理融合。项目的定量目标是建立包括10 ~100万个计算节点的可靠、实时、分布式应用网络。这些节点包括连接传感器和作动器的物理和信息系统部件。基础嵌入式系统技术节点采用现场可编程门阵列 (FPGA)模式。该项目应用了大量的微型传感器、微电子、先进传感器融合算法、自定位技术和信息技术方面的成果。项目的长期目标是实现传感器信息的网络中心分布和融合，显着提高作战态势感知能力。2003年该项目成功验证了能够准确定位敌方**手的传感器网络技术，它采用多个廉价音频传感协同定位敌方射手并标识在所有参战人员的个人计算机中，三维空间的定位精度可达到1.5米，定位延迟达到2秒，甚至能显示出敌方射手采用跪姿和站姿射击的差异。

防核生化袭击 美国Cyrano Sciences公司已将化学剂检测和数据解释组合到一种专有的芯片技术中，称为Cyrano NoseChip。基于这一技术可创建一个低成本的化学传感器系统，捕获和解释数据，并提供实时告警，以应付恐怖分子使用化学武器进行的攻击。该系统在前端使用一个C320手持传感器负责收集有关化学剂的数据，该传感建有与后方笔记本电脑的无线连接，电脑上运行着远程监控和服务器程序。该系统使用IBM公司的无线通信设备WebSphere MQ Everyplace传输数据，这个手持设备还可以小型化为微小结点，部署到监测环境中去，形成自主工作的无线传感器网络。

3)灵巧传感器网络
“灵 巧传感器网络”(SSW:Smart Sensor Web)是美国陆军提出的针对网络中心战的需求所开发的新型传感器网络。其基本思想是在战场上布设大量的传感器以收集和中继信息，并对相关原始数据进行过滤，然后再把那些重要的信息传送到各数据融合中心，从而将大量的信息集成为一幅战场全景图，当参战人员需要时可分发给他们，使其对战场态势的感知能力大大提高。SSW系统作为一个军事战术工具可向战场指挥员提供一个从大型传感器矩阵中得来的动态更新数据库，并及时向相关作战人员提供实时或近实时的战场信息，包括通过有人和无人驾驶的地面车辆、无人驾驶飞机、空中、海上及卫星中得到的高分辨率数字地图、三维地形特征、多重频谱图形等信息。系统软件将采用预先制定的标准来解读传感器的内容，将它们与诸如公路、建筑、天气、单元位置等前后相关信息，以及由其他传感器输入的信息相互关联，从而为交战网络提供诸如开火、装甲车的行动以及爆炸等触发传感器的真实事件的实时信息。SSW系统是关于传感器基于网络平台的集成，这种集成是通过主体交互作用来实现的。例如，一个被触发的传感器主体可能会要求在其范围内激活其他传感器，达到对前后相关信息的澄清和确认，该要求信息同来自气候或武器层的SSW中的信息相结合，就生成一幅有关作战环境的全景图。
4)无人值守地面传感器群
美国陆军近期确立了“无人值守地面传感器群”项目,其主要目标是使基层*指挥员具有在他们所希望部署传感器的任何地方灵活地部署传感器的能力.该项目是支持陆军“更广阔视野”的3个项目之一.
5)战场环境侦察与监视系统
美国陆军较近确立了“战场环境侦察与监视系统”项目.该系统是一个智能化传感器网络,可以更为详尽、准确地探测到精确信息,如一些特殊地形地域的特种信息 (登陆作战中敌方岸滩的翔实地理特征信息,丛林地带的地面坚硬度、干湿度)等,为更准确地制定战斗行动方案提供情报依据.它通过“数字化路标”作为传输工具,为各作战平台与单位提供“各取所需”的情报服务,使情报侦察与获取能力产生质的飞跃.该系统组由撒布型微传感器网络系统、机载和车载型侦察与探测设备等构成.
6)传感器组网系统

美国海军较近也确立了“传感器组网系统”研究项目.传感器组网系统的核心是一套实时数据库管理系统.该系统可以利用现有的通信机制对从战术级到战略级的传感器信息进行管理,而管理工作只需通过一台**的商用便携机即可,不需要其他**设备.该系统以现有的带宽进行通信,并可协调来自地面和空中监视传感器以及太空监视设备的信息.该系统可以部署到各级指挥单位.
7)防生化网络

2002年5 月,美国Sandia国家实验室与美国能源部合作,共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击,并及时采取防范对策的系统.该研究属于美国能源部恐怖对策项目的重要一环.该系统融检测有毒气体的化学传感器和网络技术于一体.安装在车站的传感器一旦检测到某种有害物质,就会自动向管理中心通报,自动进行引导旅客避难的广播,并封锁有关入口等.该系统除了能够在**管理中心进行监视之外,还可以通过WWW进行远程监视.


8)网状传感器系统CEC

美 国海军较近开展的网状传感器系统CEC(cooperative engagement capability)是一项革命性的技术.CEC是一个无线网络,其感知数据是原始的雷达数据.该系统适用于舰船或飞机战斗群携带的电脑进行感知数据的处理.每艘战船不但依赖于自己的雷达,还依靠其他战船或者装载CEC的战机来获取感知数据.例如,一艘战船除了从自己的雷达获取数据以外,还从舰船战斗群的20个以上的雷达中获取数据,也可以从鸟瞰战场的战机上获取数据.空中的传感器负责侦察更大范围的低空目标,这些传感器也是网络中重要的一部分.利用这些数据合成图片具有很高的精度.由于CEC可以从多方面探测目标,较大地提高了测量精度.利用CEC数据可以准确地击中目标.CEC还可以快速而准确地跟踪混乱战争环境中的敌机和导弹,使战船可以击中多个地平线或地平线以上近海面飞行的超声波目标.因此,即使是今天较先进的反舰巡航导弹也会被实时地监测到并被击中.
9)沙地直线(A Line in the Sand)
2003年8月，俄亥俄州开发“沙地直线”(A Line in the Sand)，这是一种无线传感器网络系统。在*高级研究计划局的资助下，这个系统能够散射电子绊网到任何地方，也就是到整个战场，以侦测运动着的高金属含量目标。这种能力意味着一个特殊的军事用途，例如侦察和定位敌军坦克和其他车辆。这项技术有着广泛的应用可能，正如所提及的这些现象，它不仅可以感觉到运动的或静止的金属，而且可以感觉到声音、光线、温度、化学物品，以及动植物的生理特征。
10)C4ISRT系统
无线传感器网络的研究直接推动了以网络技术为核心的新军事革命，诞生了网络中心战的思想和体系。传感器网络将会成为C4ISRT(command，control communication,computing，intelligence，surveillance，reconnaissance and targeting)系统不可或缺的一部分.C4ISRT系统的目标是利用先进的高科技技术，为未来的现代化战争设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，受到了军事发达国家的普遍重视.因为传感器网络是由密集型、低成本、随机分布的节点组成的，自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃，这一点是传统的传感器技术所无法比拟的，也正是这一点，使传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括监控我军兵力、装备和物资，监视冲突区，侦察敌方地形和布防，定位攻击目标，评估损失，侦察和探测核、生物和化学攻击.在战场，指挥员往往需要及时准确地了解*、武器装备和*物资供给的情况，铺设的传感器将采集相应的信息，并通过汇聚节点将数据送至指挥所，再转发到指挥部，最后融合来自各战场的数据形成我军完备的**态势图.在战争中，对冲突区和军事要地的监视也是至关重要当然，也可以直接将传感器节点撒向敌方阵地，在敌方还未来得及反应时迅速收集利于作战的信息.传感器网络也可以为火控和制导系统提供准确的目标定位信息.在生物和化学战中，利用传感器网络及时、准确地探测爆炸中心将会为我军提供宝贵的反应时间，从而较大可能地减小伤亡.传感器网络也可避免核反应*直接暴露在核辐射的环境中.在军事应用中，与独立的卫星和地面雷达系统相比，传感器网络的潜在优势表现在以下几个方面：

(1)分布节点中多角度和多方位信息的综合有效地提高了信噪比，这一直是卫星和雷达这类独立系统难以克服的技术问题之一.
(2)传感器网络低成本、高冗余的设计原则为整个系统提供了较强的容错能力.
(3)传感器节点与探测目标的近距离接触大大消除了环境噪声对系统性能的影响.
(4)节点中多种传感器的混合应用有利于提高探测的性能指标.
(5)多节点联合，形成覆盖面积较大的实时探测区域.
(6)借助于个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构的调整能力，可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点.
11)先进布放式系统、濒海机载**光谱传感器和远程微光成像系统

美海军已经选定多种水下系统和无人操作系统，这些系统将于明年进行试验，以促进服役装备的现代化计划。海军还选定了要开展的若干技术研究项目，分别应用于反潜战中的高**领域、水下通信及无人潜航器。


对于反潜战，美国海军将对三种系统进行试验，使目前服役的装备形成一个水下传感器网络，能够快速有效的侦察敌方潜艇。它们是"先进布放式系统"(ADS)、 "濒海机载**光谱传感器"(LASH)和"远程微光成像系统"。ADS是一种被动水下声学传感器网络。它可以提供实时信息，在濒海区域监视敌方潜艇和水面舰艇。该系统正由洛克希德?马丁公司研制，美海军计划把它部署在未来的濒海作战舰上。
LASH系统利用非声**光谱传感器提供近实时的目标探测、分类和识别，用于反潜战、搜索和营救，及区域绘图。而非声RULLI系统采用光子密度测量法来探测微光条件下和黑暗中的物体。在改善水下通信的速度和深度方面，将从以下四个项目对技术进行测试："海洋网络/子数据链2004" (SeaWeb/Sublink2004)、"战术控制网络水声信息链"(TCN Hail)、"一次性系索浮标"和"先进声通信系统"。
对现役装备来说，"海洋网"是一种可自由部署的水下网络系统。它可以提供水下指挥、控制、通信和导航，采用"远程声呐调制解调器"，能够利用固定或移动的水下节点通过声传播来实现通信。


通信的速度和深度对于潜艇的发展来说至关重要，特别是改善了潜艇只能在海洋表面或潜望镜深度以内才可以通过卫星的无线电频率通信的问题。


同样，TCN Hail也是利用声学技术，而利用无线电通信频率的"一次性系索浮标"正在被发展成为供低成本的系索浮标系统，可为潜航的潜艇提供实时通信。


12)NASA/JPL(喷气推进实验室)传感器网


计划始于1997年， NASA对传感器网的兴趣源自他们本希望在行星上部署这样一个网络，而不是地球。NASA(美国航空航天局)喷气推进实验室的八位工程师组成的团队正致力于新一代无线传感器网络的开发。用这样一个网络来帮助控制环境和工业过程的潜力非常大。根据NASA/JPL，传感器网的设计可以把对许多环境的监控和控制扩展到许多领域，包括农业和生态学，安全和国土防御，也包括太空探索。目前为止传感器网只是以监控角色进行部署，不过其技术的核心概念已被证明可靠。现在科研小组正在进行实验，将传感器网络的功能从单纯监控扩展到对周围环境做出反应并进行控制。


结论：无线传感器网络源于军事应用，在军事应用中也较成熟。以上是对美国到目前为止在无线传感器网络的军事应用进行的初步总节，相信在不远的未来无线传感器网络在军事中的应用将更加广泛和更加重要。同样，TCN Hail也是利用声学技术，而利用无线电通信频率的"一次性系索浮标"正在被发展成为供低成本的系索浮标系统，可为潜航的潜艇提供实时通信.

倾角传感器用来测量相对于水平面的倾角变化量。


倾角传感器的原理及技术


理论基础就是牛顿*二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。


倾角传感器的应用

倾角传感器用于各种测量角度的应用中，例如，高精度激光仪器水平，起重机等机械设备的水平，远距离测距仪器
如何选用倾角传感器

零点稳定性和分辨率是选择倾角传感器重要的参数。如果稳定性不好，会影响到仪器的测量精度。分辨率是能检测出的较小角度/加速度单位。

长期稳定性是另外一个重要的指标。根据应用来选择合适的稳定性，例如应用环境和是否经常需要重新标定。

传感器自身的噪声和电磁干扰决定传感器的分辨率。通过优化EMC保护来抗这些电磁干扰，使得精度较大化。


灵敏度，越灵敏越好，能得到更准确的测量值，但是灵敏度高相对于测量范围就窄，所以要从需求出发，不能一味追求灵敏度增加成本。
倾角传感器有哪些用途？ 倾角传感器用于各种测量角度的应用中。例如，高精度激光仪器水平、工程机械设备调平、远距离测距仪器、高空平台安全保护、定向卫星通讯天线的俯仰角测量、 船舶航行姿态测量、盾构**管应用、大坝检测、地质设备倾斜监测、火炮炮管初射角度测量、雷达车辆平台检测、卫星通讯车姿态检测等等。下面就广泛应用的几个 做简略介绍。
海事地理 山体滑坡，雪崩——双轴倾角传感器，如 NA5200 系列倾角传感器配合液位传感器用于山体滑坡或雪崩监测，通过无线传感系统将数据传输到中央控制系统，实时监测山体状态，可以有效减小 山体滑坡带来的损失。
l 建筑工程 高层建筑安全监测——目前世界上摩天大楼越来越多，为了监测大楼的安全性能，可以应用 SX41400 系列高精度的伺服倾角传感器，该系列倾角传感器可以感应微小角度的变化，可以用于大楼摆幅、震动、倾斜等监测。 l 水库大坝 大坝安全监测——大坝垮塌事故已经发生多次，为了及时发出预警信号，减少财产损失，通过倾角传感器的监测、观测仪器和设备，以及时取得反映大坝和基岩性态 变化以及环境对大坝作用的各种数据的观测和资料处理等工作。其目的是分析估计大坝的安全程度，以便及时采取措施，设法保证大坝安全运行。 l 挖掘机械 挖掘机——为了实现挖掘机的三维空间定位，在安装工作装置各关节角度传感器的基础上，又安装平台回转角度检测装置和平台倾角传感器，并在斗杆上安装激光接 收仪用于检测地面激光发射器发射的水平机关相对于接收仪零位的高度。建立挖掘机的运动学模式，推导车体相对于大地的坐标变换矩阵，即完成三维空间的车体定 位，并得到常用简单的车体高程定位公式，实现挖掘机挖掘轨迹的三维空间定位为实现挖掘机的三维空间轨迹精确与挖掘机深度控制打下基础。 l 现代汽车 汽车四轮定位——随着电子技术的发展和应用，汽车的安全性、舒适性和智能性越来越高。汽车侧向倾斜角度传感器的应用是防止汽车在行驶中发生倾翻事故的一种 有效方法。是提高汽车安全性的重要措施，特别是越野车。双层客车等重心较高的汽车更有必要性。汽车倾翻的实质是：行驶中向外的倾翻力矩大于向里的稳定力 矩，当重心高度一定时，倾斜力矩油倾翻力（向外的侧向力）决定。 l 机器人
机器人——近年来机器人技术发展很快，欧美等工业发达国家早就开始对各种机器人进行系统的研究，随着科技的进步和时间的推移，取得了大量的研究成果。我们知道机器人上应用了大量的传感器，其中倾角传感器可以实时监测机器人的状态。 l 铁路铁轨 轨检仪——目前的轨道测量方式智能程度差,测量精度低,操作时间长,迫切需要设计一种适用于一般使用的便携式智能化轨道检测仪倾角传感器用于轨检仪，用于实时检测铁道的倾斜度和高度差。 输电线铁塔倾斜智能监测——输电线铁塔的倒塌事件时有发生，一旦发生倒塌，将会造成巨大的损失，倾角传感器应用于输电线铁塔倾斜角度监测，可以实时监
测输电线倾斜角度，一旦因为大风等自然灾害导致倾斜角度过大，实时发出预警信号，由工作人员维修减少损失。 l 平台控制 船载水平平台——倾角传感器在船载水平平台上应用，用于船载卫星跟踪天线的底座，以保持天线始终处于水平状态，对平台进行实时控制，可以隔离船体的俯仰和横滚运动，使平台处于水平。 l 太阳能 太阳能——太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世纪范围内普遍的增长，利用太阳能发电就是一个使用太阳能的方式，因此为了得到充足的利用太阳能，如何选择太阳能电池方位角与倾斜角是一个重要的问题，利用倾角传感器调整角度，将太阳能的利用率进一步提高。 除了以上所介绍的，我公司倾角传感器主要还用在: 自动导航装置 失速报警 飞行测试 天线定位和控制 导弹竖立检测 平台稳定控制 船舶姿态控制 远程水下控制 驳船调平 自动导航装置 导弹推进 油/气井测量 路基检测 机械设备控制迎角测量 疲劳检测 惯导系统 火控系统 直升机姿态控制 地面导航系
无线传感器网络硬件设计综述
无线传感器网络因其巨大的应用前景越来越受到学术界和工业界的广泛关注。本文介绍了无线传感器网络节点的体系结构，分析比较了国内外当前典型的硬件平台，重点讨论了目前无线传感器网络节点常用的处理器、射频芯片、电源和传感器各自的优缺点，并详细比较了目前应用于无线传感器网络的无线通信技术。

无线传感器网络WSN(Wireless Sensol Network)是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息(如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象)，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络较终发送给观察者。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。


在传感器网络中，传感器节点具有端节点和路由的功能：一方面实现数据的采集和处理；另一方面实现数据的融合和路由，对本身采集的数据和收到的其他节点发送的数据进行综合，转发路由到网关节点。网关节点往往个数有限，而且常常能量能够得到补充；网关通常使用多种方式(如Internet、卫星或移动通信网络等)与外界通信。而传感器节点数目非常庞大，通常采用不能补充的电池提供能较；传感器节点的能量一旦耗尽，那么该节点就不能进行数据采集和路由的功能，直接影响整个传感器网络的健壮性和生命周期。因此，传感器网络主要研究的是传感器网络节点。具体应用不同，传感器网络节点的设计也不尽相同，但是其基本结构是一样的。传感器网络节点一般由处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源模块单元4部分组成，如图1所示。

1 无线传感器网络典型节点


传感器网络节点作为一种微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础层支撑平台。因为无线传感器网络大部分是采用电池供电，工作环境通常比较恶劣．而且数量大，更换电池非常困难，所以低功耗是无线传感器网络较重要的设计准则之一，从无线传感器网络节点的硬件设计到整个网络各层的协议设计都把节能作为设计的目标之一，尽町能延长无线传感器网络的寿命。


由于具体的应用背景不同，目前国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。典犁的节点包括MICa系列、Sensoria WINS、Toles、μAMPS系列、XYZnode、Zabra-net等。实际上各平台较主要的区别是采用了不同的处理器、无线通信协议和与应用相关的不同的传感器。常用的无线通信协议有802．11b、802．15．4(ZigBee)、Bluetooth、UWB和自定义协议；处理器从4位的微控制器到32位ARM内核的高端处理器都有所应用。还有一类节点是用集成了无线模块的单片机，典型的是WiseNet。典型无线传感器网络节点如表l所列。


本文介绍了无线传感器网络的概念、特点以及无线传感器网络节点的组成，重点分析比较节点各组成单元各种常用芯片的特点，并且始终将低功耗作为比较的重要标准之一。


2 典型无线传感器网络节点比较


目前，国内外研究人员已经开发出多种无线传感器网络节点，其实这些节点的组成部分是类似的，只是其应用背景不同，对节点性能的要求也不尽相同，因此所采用的硬件组件有很大差异。


2.1 处理器单元


处理器单元是传感器网络节点的核心，和其他单元一起完成数据的采集、处理和收发。EM6603是4位微控制器，功耗很低，但处理能力也非常有限。Berkerly大学研制的Miea系列节点大多是采用Atmel公司的微控制器。其中，Mica2节点采用Atmel增强型微控制器ATmegal28L。该微控制器拥有丰富的片上资源，包括4个定时器、4KB SRAM、128KB Flash和4KB EEPROM，拥有UART、SPI、I2C、JTAG接口，方便无线芯片和传感器的接入；有6种电源节能模式，方便低功耗设计。采用该处理器的另外一个优点足：编译器很多，其中GCC(WINAVR)是完全免费、开放的软件。由于以上优点和Mica2节点的影响，在实际的无线传感器设计中应用很多。但是从低功耗角度来讲，该芯片并不是较佳选择。


如表1所列，就低功耗而言，MSP430Flxx MCU系列提供业界较低的电流消耗，工作电压为1．8V，实时时钟待机电流的消耗仪为1．1μA，而运行模式电流低至300μA(1MHz)，从休眠至正常工作整个唤醒过程仅需6μs。PIC系列微控制器也有低功耗的产品问世。Toles节点和ZebraNet节点就是采用MSP430系列的微控制器，功耗非常低。在某些数据量大的应用中，高端的处理器也有应用。例如μAMPS-1节点采用StrongARM处理器SA-1110，功耗为27～976 mW。该处理器支持DVS节能，可以降低功耗450mW左右；关掉无线模块功耗可以降低300mW。μAMPS-2采用的处理器是DSP。XYZnode采用的处理器是OKI公司的ARMTDMI内核的ML67Q5002，该处理器也支持DFS(动态频率调节)，工作电流为15～72mA，频率为1．8～57．6 MHz。


从处理器的角度看，无线传感器网络节点基本可以分为两类：一类采用以ARM处理器为代表的高端处理器。该类节点的能量消耗比采用微控制器大很多，多数支持DVS(动态电压调节)或DFS(动态频率调节)等节能策略，但是其处理能力也强很多，适合图像等高数据量业务的应用；此外．采用高端处理器来作为网关节点也是不错的选择。表2中最后3款处理器足ARM内核的处理器，功耗明显比低端微控制器高很多。另一类是以采用低端微控制器为代表的节点。该类节点的处理能力较弱，但是能量消耗功率也很小。在选择处理器时应该首先考虑系统对处理能力的需要，然后再考虑功耗问题。


2.2 无线传输技术及芯片


可以利用的传输媒体有空气、红外、激光、超声波等，常用的无线通信技术有：802．11b、802．15．4(ZigBee)、BitIetooth、UWB、RFID、lrDA等}还有很多芯片双方通信的协议由用户自己定义，这些芯片一般工作在ISM免费频段，如表3所列。利用激光作为传输媒体，功耗比用电磁波低，更安全。缺点是：只能直线传输；易受大气状况影响；传输具有方向性。这些缺点决定这不是一种理想的传输介质。红外线的传输也具有方向性，距离短，不需要天线。芯片83F88S是一种符合IrDA标准的无线收发芯片。UWB具有发射信号功率谱密度低、系统复杂度低、对信道衰落不敏感、安全性好、数据传输率高、能提供数cm的定位精度等优点；缺点是传输距离只有lOm左右，隔墙穿透力不好。802．11b因为功耗高而应用不多，Bluetooth工作在2．4 GHz频段，传输速率可达10Mbps；缺点是传输距离只有10m左右，完整协议栈有250KB，不适合使用低端处理器，多用于家庭个人无线局域网，在无线传感器网络中也有所应用。在无线传感器网络中应用较多的是ZigBee和普通射频芯片。ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，完整的协议栈只有32 KB，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。以上特点决定ZigBee技术非常适合应用在无线传感器网络中。目前市场上常见的支持ZigBee协议的芯片制造商有Chipcon公司和Freescale半导体公司，Figure8公司还专门开发了ZigBee协议栈。Chipcon公司的CC2420芯片应用较多，Toles节点和XYZ节点都是采用该芯片；Chipcon公司提供包含Figure8公司开发的ZigBee协议的完整开发套件。Freescale半导体公司提供ZigBee的2．4GHz无线传输芯片有MCl3191、MC13192、MCl3193；该公司还提供配套的开发套件。


普通的射频芯片也是一种理想的选择，可以自定义通信协议，比较有代表性的MAC协议有T-MAC、S-MA、CWise-MAC、B-MAC、D-MAC等。路由协议有Gossi-PINg、SPIN协议、LEACH协议、TEEN协议等。从性能、成本、功耗方面考虑，RFM公司的TRl000和Chipcon公司的CCl000是理想的选择。这两种芯片各有所长，TRl000功耗低一些，CCl000灵敏度高一些，传输距离更远。WeC、Renee和Mica节点均采用TRl000芯片；Mica2采用CCl000芯片；Mica3采用Chipcon公司的CCl020芯片，传输速率可达153．6 kbps，支持OOK、FSK和GIFSK调制方式；Micaz节点则采用CC2420 ZigBee芯片。还有一类无线芯片本身集成了处理器，例如CC2430是在CC2420的基础上集成了51内核的单片机；CCl010是在CCl000的基础上集成了5l内核的单片机，使得芯片的集成度进一步提高。WiseNet节点采用的是CCl010芯片。常见的无线芯片还有NorDIC公司的nRF905、nRF2401等系列芯片，因为功耗较高，接收灵敏度比较低，开发难度较大，在实际的无线传感器网络中应用较少。常用无线芯片的主要参数比较如表4所列。


2．3 电源模块


电池种类很多，电池储能大小与形状、活动离子的扩散速度、电极材料的选择等因素有关。无线传感器网络节点的电池一般不易更换，所以选择电池非常重要，DC-DC模块的效率也至关重要}另外，还可以利用自然界的能源来补充电池的能量。


按照能否充电，电池可分为可充电电池和不可充电电池；根据电极材料，电池可以分为镍铬电池、镍锌电池、银锌电池和锂电池、锂聚合物电池等。一般不可充电电池比可充电电池能量密度高，如果没有能量补给来源，则应选择不可充电电池。在可充电电池中，锂电池和锂聚合物电池的能量密度较高，但是成本也比较高；镍锰电池和锂聚合物电池是一没有毒性的可充电电池。常见电池的性能参数如表5所列。无线传感器网络节点一般工作在户外，可以利用自然能源来补给电池的能量。自然界可利用的能量有太阳能、电磁能、振动能、核能等。由于可充电电池的次数是有限的，而且大多数可充电电池有记忆效应，因此利用自然界的能量不能频繁对电池充电，否则会大大缩短电池的使用寿命。


2.4 传感器模块


传感器种类很多，可以检测温湿度、光照、噪声、振动、磁场、加速度等物理量。美国Crossbow公司基于Mica节点开发了一系列传感器板，采用的传感器有光敏电阻Clairex CL94L、温敏电阻ERT-J1VRl03J(松下电子公司)、加速度传感器ADI ADXL202、磁传感器Honeywe11HMC1002等。温湿度传感器SHTxx系列能支持低功耗模式，采集完数据后自动转入休眠模式，电流小于lμA。


传感器电源的供电电路设计对传感器模块的能量消耗来说非常重要。对于小电流工作的传感器(几百μA)，可由处理器I／O口直接驱动；当不用该传感器时，将I／O口设置为输入方式。这样外部传感器没有能量输入，也就没有能量消耗，例如温度传感器DSl8820可以采用这种方式。对于大电流工作的传感器模块，I／O口不能直接驱动传感器，通常使用场效应管(如Irlml6402)来控制后级电路能量输入。当有多个大电流传感器接入时，通常使用集成的模拟开关芯片来实现电源控制，MAX4678就是这样一款芯片。

倾角传感器的应用 1、什么是倾角传感器？ 倾角传感器可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。理论基础就是牛顿*二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加 速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。 2、倾角传感器有哪些类型？ 种类粗分：单轴的和双轴两种。 从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器。 就基于固体摆、液体摆及气体摆原理研制的倾角传感器而言，它们各有所长。在重力场中，固体摆的敏感质量是摆锤质量，液体摆的敏感质量是电解液，而气体摆的敏感质量是气体。 气体是密封腔体内的一运动体，它的质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性力也很小，所以具有较强的抗振动或冲击能力。但气体运动控制较为复杂，影响其运动的因素较多，其精度无法达到*武器系统的要求。 固体摆倾角传感器有明确的摆长和摆心，其机理基本上与加速度传感器相同。在实用中产品类型较多如电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，在武器系统中应用也较为广泛。 液体摆倾角传感器介于两者之间，但系统稳定，在高精度系统中，应用较为广泛，且国内外产品多为此类。