用于桥梁安全检测的智能感知单元设计

论文摘要

随着《国家中长期科技发展规划纲要》的提出,智能感知技术成为优先发展的前沿技术之一。智能感知技术作为物联网的核心内容,对推动我国信息产业的发展有积极的影响,应用前景十分广阔。本文通过对国内桥梁健康状况检测系统发展现状的分析,结合理论技术的发展及实际业务需求,提出以MSP430微控制器为核心、多途径数据传输方式的智能感知单元设计方案。方案实现了对桥梁局部结构性能的检测和桥梁周边环境的检测并将检测数据通过Zigbee无线组网以及串口和网口进行传输。本文对智能感知单元进行了硬件电路的整体设计与实现,包括传感器模块,信号调理模块,MSP430微处理器模块,Zigbee模块,串口模块及网口通信模块。结合桥梁检测的实际情况对感知单元所用器件进行选型,对使用到的主要芯片进行简要介绍,包括芯片工作原理、外围电路以及工作条件等,给出硬件连接原理图。对智能感知单元进行的软件设计与实现,包括传感数据采集,数据传输,存储程序以及主控程序。其中详尽介绍了智能感知单元的三种数据传输方式。Zigbee模块主要用于传感数据的无线传输,串口模块主要用于感知单元测试维护以及数据受到信号干扰无法进行数据无线传输的情况,网口模块主要实现重点监测部位传感器数据的实时传输。简要介绍了软件开发平台IAR Embedded Workbench,给出部分程序流程图。对感知单元进行了硬件、软件和功耗测试,结果表明预期方案可行。最后,论文对所完成的工作进行总结,对未来智能感知技术的发展做出展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文所做的工作
• 2 系统方案
• 2.1 桥梁检测概述
• 2.2 桥梁检测系统方案
• 2.3 智能感知单元总体方案
• 2.4 关键技术
• 2.4.1 Zigbee 技术
• 2.4.2 MODBUS 协议
• 2.4.3 TCP/IP 协议
• 2.4.4 工业过程数据传感器技术
• 2.5 核心器件选型
• 2.5.1 处理器选型
• 2.5.2 存储器模块选型
• 2.5.3 数据传输模块选型
• 2.5.4 传感器选型
• 2.6 低功耗设计
• 2.7 本章小结
• 3 智能感知单元硬件设计
• 3.1 MSP430 微处理器模块
• 3.1.1 MSP430 的中央处理器
• 3.1.2 MSP430 的存储器结构
• 3.1.3 MSP430 的时钟模块
• 3.1.4 MSP430 的JTAG 接口设计
• 3.1.5 MSP430 模/数转换模块
• 3.1.6 MSP430 的USART 模块
• 3.2 存储模块
• 3.3 通信模块
• 3.3.1 Zigbee 模块
• 3.3.2 串口模块
• 3.3.3 网口模块
• 3.4 信号调理电路
• 3.4.1 比较放大部分
• 3.4.2 光耦隔离部分
• 3.4.3 电压跟随器部分
• 3.5 电源设计
• 3.6 本章小结
• 4 智能感知单元软件设计
• 4.1 感知单元软件设计开发平台
• 4.2 传感数据采集
• 4.3 传感数据传输
• 4.3.1 基于Zigbee 协议进行传感数据传输
• 4.3.2 基于MODBUS 协议的数据传输
• 4.3.3 基于TCP/IP 协议的数据传输
• 4.4 传感数据存储程序
• 4.5 主控程序
• 4.6 本章小结
• 5 系统测试
• 5.1 系统软件测试
• 5.2 系统硬件测试
• 5.3 功耗测试
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录