基于MEMS的PHM系统微传感器网络节点设计李其昌1，王广龙1，王竹林1，张姗姗2，高敏1，高凤岐1摘要:为实现仓储导弹装备的故障预测和健康管理(PHM)系统，研究基于MEMS传感器的导弹状态监测节点。以整合射频模块的微功耗单片机CC430F5133为核心，由微传感器模块采集状态信息，并经无线射频传输与上级ARM控制器实现实时通信，解决了节点长期稳定供电、复合传感器立体结构设计和安装等关键技术。该节点具有体积小，布置灵活，对监测对象无影响，功耗低，连续监测时间长等特点，能实现长期无人值守下的信息采集与实时上传，较好地完成了状态信息采集终端的功能。关键词:故障预测和健康管理;微机电系统;微传感器;无线传输;动态电源管理中图分类号:TP274文献标识码:A文章编号:1000—9787(2012)10—0091—03DesignofMEMS-basedmicro-sensornetworknodesforPHMsystemLIQi-chang1，WANGGuang-long1，WANGZhu-lin1，ZHANGShan-shan2，GAOMin1，GAOFeng-qi1Abstract:Inordertorealizethefaultprognosticsandhealthmanagement(PHM)systemforguidedmissile，missilestatemonitoringnodesbasedonMEMSsensorsisdesigned．MicropowerconsumptionsinglechipCC430F5133withRFmoduleisusedascore，theinformationofstateiscollectedbymicro-sensorrealtimecommunicationisrealizedwithARMcontrollerbyRFtransmission．Thisnodehasthecharacteristicofsmallsize，easytolayout，lowpowerconsumption，continuousoperationforlongtimeandsoon．ItpreferablyrealizestheKeywords:prognosticsandhealthmanagement(PHM);powermanagement(DPM)MEMS;micro-sensor;wirelesstransmission;dynamic设计方法，设计了一种有效采集、传输、存储环境信息的传0引言故障预测和健康管理(prognosticsandhealthmanage-ment，PHM)系统是指利用尽可能少的传感器采集系统的各种数据信息，借助各种智能推理算法来评估系统自身的健康状态，在系统故障发生前对其故障进行预测，实现系统的视情维修［1］。针对目前我军导弹装备主要依靠定期检查，事后维修的维护现状，拟采用故障预测和健康监测技术，研制导弹包装箱环境信息采集、传输、存储系统及参数处理、状态分析、健康预测管理软件平台。而作为信息终端的复合传感器数据采集子系统的实时性、准确性对于健康监测系统是否能够有效地、可信地预测和管理装备有非常直接的影响。本文基于复合MEMS传感器的PHM系统信息终端的感器网络节点，能够为上级分析系统提供准确、实时的信息源。采用了模块化的设计方法，提高了节点的稳定性和可维修性。在元器件的选择上遵从微型化、低功耗的设计原则，提高了节点布置的机动性、灵活性，延长了节点的维护周期，减少了管理系统的人力投入。1系统框图传感器网络节点由3块分立PCB组成:核心微处理器电路板、多MEMS传感器模块、电源及控制逻辑模块，其中，核心微处理器板由微处理器、数据存储子模块构成，主要完成传感器数据接收、预处理，关键数据的移动存储，与上位机ARM处理器实现无线数据传输等功能;多MEMS传感器模块由多个基于MEMS技术的微型传感器组成，主要完成导弹设备仓储环境信息(温度参数、湿度参数、姿态角参数、振动等)的采集，并通过I2C总线将多组数据分时传送至微处理器等功能;电源与控制逻辑模块为系统提供稳定可靠续航能力强的稳压电源，模块主要由2组主电池，1组应急电池和相应的控制逻辑电路组成。系统组成框图图2微传感器模块设计Fig2Moduledesignofmicro-sensor与本机地址相比较，若不相符，则退出，若相符，则回发从机地址作为应答，主控机接收到从机回发地址以后，立即响应从机发出命令，从机接收到命令，经判别后执行相应动作。设计PCB板时采用环形天线，有助于抑制强的不需要的信号，以免干扰接收器。通过合理布局，充分利用板上空闲面积，减小了PCB板整体体积，同时性能也能够满足短距离传输要求。2．4传感器节点布置方案模型传感器节点在布置到储运集装箱时需要既尽量不影响原包装箱的结构和组装方式又能够实时准确地得到所需环境参数，这样才能够减少对导弹包装箱的损坏，实现无损监测。本文中选取了如图3所示的节点布置...