工业生产过程依赖于电机和相关机械设备的高效可靠工作,电机的状态监测能有效避免电机故障导致的经济损失,提升工业生产效率。无线传感器网络能够监测分布在网络中的被监测对象的各种状态信息,在工业、农业、军事等领域有广泛的应用前景。针对流程工业区域存在电机分布分散,电机运行环境恶劣,传统有线电机振动监测系统布线复杂等问题,本文提出一种基于无线传感器网络的电机振动监测系统,能有效弥补传统有线状态监测系统的局限性。系统包括无线振动传感器和数据集成网关两个部分。本文的主要研究内容和成果如下所示。针对电机振动监测具有采样频率高,采集数据量大,而无线传感器网络中传感器节点采用电池供电,能量供应有限的不足,设计了一种低功耗的无线振动传感器。通过低功耗设计、集成电路设计、传感器标定等工作,完成了无线振动传感器的制作。无线振动传感器采用休眠-定时唤醒-休眠的低功耗工作机制;选用低功耗的三轴MEMS加速计度ADXL357作为传感元件,其工作电流仅为200μA;设计了一种振动数据处理方法,通过FFT计算振动数据频谱,并采用基于谱线重要度的频谱压缩方法,将无线通信开销降低了97%,极大地降低了无线振动传感器的功耗。经过功耗计算,无线振动传感器使用容量为1000 m Ah的聚合物锂电池供电,以10分钟为一次唤醒周期,能够有效工作1.8年。设计并制作了一种低成本、广覆盖的数据集成网关。数据集成网关作为无线振动传感器与外部网络通信的枢纽,采用低功耗、远距离的Lo Ra无线通信技术与传感器节点通信,并采用Lo Ra WAN通信协议进行无线组网。经过通信性能测试,一般城区环境下,本文设计的数据集成网关与无线振动传感器能够在800米的范围内进行有效通信。经过成本分析,本文设计的电机振动监测系统的成本仅为传统压电式加速度计振动监测系统的10%。本文设计的电机振动监测系统具有低成本、低功耗、覆盖面积广、部署方便灵活等优点,具有巨大的应用价值和潜在的应用前景。