01
课程导论
振动监测的工业意义、无线传输的优势与挑战、课程整体架构与学习目标。
概论架构
02
振动传感器基础
压电式、MEMS加速度计、速度传感器的工作原理与选型对比。
压电MEMS选型
03
传感器关键参数
灵敏度、频率响应范围、量程、分辨率、噪声密度详解。
参数噪声
04
信号调理电路
电荷放大器、电压放大器、抗混叠滤波器设计要点。
电路滤波器
05
ADC与采样理论
采样定理、量化噪声、过采样技术、ADC选型（SAR vs Sigma-Delta）。
ADC采样
06
无线通信技术选型
Wi-Fi、蓝牙/BLE、Zigbee、LoRa、NB-IoT、5G在振动监测中的适用性分析。
无线LPWAN
07
低功耗广域网（LPWAN）
LoRaWAN协议栈、频段选择、数据速率与功耗权衡。
LoRa功耗
08
短距离无线方案
蓝牙5.0/5.1的LE Audio、Mesh组网、吞吐量与延迟测试。
蓝牙Mesh
09
Wi-Fi方案设计
ESP32/ESP8266平台、TCP/UDP传输、MQTT协议集成。
Wi-FiMQTT
10
边缘计算与预处理
时域特征提取（峰值、均方根、峭度）、FFT频谱分析在MCU上的实现。
边缘FFT
11
数据压缩算法
有损/无损压缩、旋转门算法、死区压缩在振动数据中的应用。
压缩算法
12
低功耗设计策略
睡眠模式、事件触发唤醒、动态电压频率调整（DVFS）。
低功耗DVFS
13
电源管理
电池选型（锂亚硫酰氯、锂聚合物）、能量收集（压电、振动、温差）、电源路径管理。
电池能量收集
14
天线设计与匹配
PCB天线、陶瓷天线、SMA外接天线、阻抗匹配与回波损耗。
天线匹配
15
硬件平台搭建
主控选型（STM32、ESP32、nRF52）、传感器接口（SPI/I2C）、PCB布局要点。
硬件PCB
16
固件架构设计
RTOS选择（FreeRTOS、Zephyr）、任务划分、消息队列与事件驱动模型。
RTOS固件
17
通信协议栈实现
自定义应用层协议、数据帧结构设计、CRC校验与重传机制。
协议CRC
18
时间同步机制
NTP、PTP（IEEE 1588）、RTC补偿、无线同步误差分析。
同步PTP
19
多节点组网与拓扑
星型、树型、Mesh网络、时分多址（TDMA）调度。
组网TDMA
20
数据安全与加密
AES-128/256、TLS/DTLS、安全固件升级（OTA）。
加密OTA
21
云平台接入
阿里云IoT、AWS IoT Core、ThingsBoard、MQTT Broker搭建。
云平台IoT
22
数据可视化与仪表盘
Grafana、Node-RED、WebSocket实时数据推送。
可视化Grafana
23
故障诊断与预测维护
阈值报警、趋势分析、机器学习模型（孤立森林、LSTM）部署。
预测ML
24
系统测试与验证
实验室标定、环境测试（温度、湿度、振动台）、EMC测试。
测试EMC
25
现场部署与安装
传感器安装位置选择、磁吸/螺接方式、线缆防护与接地。
部署安装
26
案例研究1：旋转机械
电机、泵无线振动监测系统。
案例旋转机械
27
案例研究2：桥梁与结构健康
桥梁与结构健康监测（SHM）无线传感网络。
SHM桥梁
28
案例研究3：智能工厂产线
设备预测性维护平台。
工业4.0预测维护
29
成本分析与方案选型
BOM成本、部署成本、运维成本、ROI计算。
成本ROI
30
课程总结与未来展望
边缘AI、数字孪生、6G与太赫兹通信在振动监测中的前景。
未来6G