基于Zigbee协议的飞机无线嵌入式实时油液监测系统设计
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数据处理单元主要由微处理器和存储器组成，微处理器模块是网络节点硬件设计的核心，所有的设备控制、数据采集和处理、通信协议和数据收发等都将在该模块的支持下完成，所以微处理器的选择在网络节点的设计中至关重要，根据项目本身的需求，选择高性能、低功耗的8 位AVR 系列单片机ATmeg a128L 作为微处理器模块。由于传感器节点采集油液数据后要进行存储，待簇头节点提出数据传输请求后才将数据发送出去，存储的数据量较大，所以需要外接存储器。
数据传输单元主要用来实现与簇头节点间的通信，通信的图6 系统软件设计框图能量消耗是节点能量消耗的主要方面，因此选择一款低功耗、高性能的通信芯片是对延长节点寿命至关重要。本设计选择CC2420 作为无线通信芯片。CC2420 是Chipcon AS 公司推出的首款符合2 4GHz, IEEE802 15 4 标准的射频收发器，只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率最高可达250kbps, 可以实现多点对多点的快速组网。CC2420 为信息包处理提供广泛的硬件支持，数据缓冲器、发射、数据加密、数据证明、空闲信道*估、链路质量指示和信息包实时资料，这些特点减少了主控制器的工作量，使CC2420 可与低成本微处理器相接。
CC2420 与AT meg a128L 的连接非常方便，处理器通过10条线就可以实现对CC2420 的控制，简化了节点的硬件设计。
4.2 簇头节点的硬件设计
4.2 簇头节点的硬件设计
簇头节点的硬件设计与传感器节点的硬件设计基本上是一致的，但是考虑到簇头节点需要与飞机上的所有传感器节点进行通信，还要进行数据存储和处理，消耗的能量比较多，如果采用电池供电很难持续较长时间，所以选择用飞机上的电源给簇头节点供电，利用电压转换模块将飞机电源电压转换到适合簇头节点工作的电压。簇头节点不外接传感器，仅用来进行数据通信和处理，综合考虑数据处理和成本的要求，其处理器仍选用AVR 单片机； 无线通信模块也依然选用CC2420 芯片； 簇头节点要存储和处理整架飞机的油液数据，需要存储的数据较大，需要外接存储器。
4.3 sink节点的硬件设计
sink 节点主要用来接收各簇头发送的数据，还要具有一定的数据分析能力，能够在现场对油液进行简单的分析，同时还要有比较大的存储空间，用来存储各个飞机的油液数据，以利于上传到PC 机，所以其处理能力、存储能力和通信能力相对要比较强，sink 节点的硬件设计框图如图5 所示
sink 节点是监测系统中的特殊节点，基于大量内存、外存、高吞吐率和处理能力的需求，ARM 控制器是理想的选择。该系统选择LPC2220 微控制器作为微处理器，LPC2220 微控制器是基于支持实时仿真和嵌入跟踪的高效16/32 位ARM7T DMI- S 的RISC （ Reduced Inst ruct ion Set Computing ） 的CPU, 可确保任务短时间、快速执行。由于LPC2220 具有极低的功耗、多个32 位定时器、8 路10 位ADC、PWM 输出、64KB 的RAM 以及多达9 个外部中断管脚使它非常适合于sink 节点的应用。通过配置总线，LPC2220最多可提供76 个GPIO。
LPC2220 对CC2420的控制同AVR 单片机相似，也是通过10 条线实现对CC2420 的控制，相对比较简单。
5 系统的软件设计
系统的软件设计框图如图6 所示。
为了节省传感器节点的能量，节点的无线通信模块平时处于休眠状态，只有在油液发生突变或sink节点要求传送数据时才打开。综合节能的要求和油液监测的特点，传感器节点由处理器内部时钟定时，每隔十分钟采集一次数据，并将其与前一时刻采集到的数据进行比较，如果差别不大，就将新的数据存入外部存储器，覆盖掉旧的数据。如果数据发生了突变，就打开无线通信模块，进行告警。在需要对所有飞机的油液进行分析时，由sink节点发布命令，将所有的节点的无线通信模块打开，传感器节点将存储的数据发给簇头节点，再由簇头节点将数据发送给sink 节点。sink节点可以选择对机场上所有的飞机油液信息进行采集，也可以对任何一架飞机进行单独采集。
为了节省传感器节点的能量，节点的无线通信模块平时处于休眠状态，只有在油液发生突变或sink节点要求传送数据时才打开。综合节能的要求和油液监测的特点，传感器节点由处理器内部时钟定时，每隔十分钟采集一次数据，并将其与前一时刻采集到的数据进行比较，如果差别不大，就将新的数据存入外部存储器，覆盖掉旧的数据。如果数据发生了突变，就打开无线通信模块，进行告警。在需要对所有飞机的油液进行分析时，由sink节点发布命令，将所有的节点的无线通信模块打开，传感器节点将存储的数据发给簇头节点，再由簇头节点将数据发送给sink 节点。sink节点可以选择对机场上所有的飞机油液信息进行采集，也可以对任何一架飞机进行单独采集。
6 结束语
国外的大量实践证明，实施油液在线监控不仅可以取消采样和实验室分析的巨额费用，还便于构成诊断和预防性维修系统，及时发现突发性故障和对机器状态进行趋势分析。本设计利用嵌入式油液分析传感器和Zigbee无线通信技术相结合，构建了飞机无线嵌入式实时油液监测系统，充分发挥了Zigbee无线通信技术在油液监测方面的优越性，可以实现飞机油液的在线实时监控，并能够通过无线通信的方式将数据传送出来，通过sink 节点传送给PC 机，而PC 机可以通过Inter net 与大型油液分析实验室联接，实现飞机油液的远程监测，同时也满足了油液监测系统智能化、灵巧化的要求。在接下来的研究中，将实现并在某型飞机上验证该监测系统，争取早日将飞机无线嵌入式实时油液监测系统早日应用在飞机上，保障飞行安全。
linux操作系统文章专题:linux操作系统详解（linux不再难懂）
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