基于射频技术的无线应变监测系统研究

论文摘要

应变电测技术广泛应用于机械制造、造船、航天和土木等各领域工程结构的应力应变测试,而其传统的有线连接测试方法布线复杂、测量效率低下。本课题将无线通信技术引入到应变测试领域,既解决了复杂环境下的布线问题,又能提高应变测试系统的适应性。论文研究的基于射频技术的无线应变监测系统共分为两大部分:一是应变采集节点,该节点包含:应变采集模块和数据发射模块,应变采集模块由应变测量电桥、信号调理电路和模数转换电路构成,而数据发射模块由ADuC812单片机和nRF905射频发射模块组成;二是监控中心部分,该部分由上位机、单片机STC89C52和nRF905无线射频接收模块组成。本系统首先将电阻应变片粘贴在被测试件的各个测量点,并接入电桥电路。当试件受外力作用变形时,应变片电阻值的变化将转换成电压的变化,然后经过仪表放大器、低通滤波器后进入ADuC812微转换器,这时利用ADuC812内部A/D转换模块对模拟电压信号转换成数字信号的形式,再通过SPI接口将该数字信号传送给nRF905无线发射模块,并发射出去;同时在监控中心部分,利用nRF905无线接收模块对发送过来的信号进行接收,然后通过串口上传至上位机进行分析、处理、显示和存储等操作。通过对本设计进行测试实验,实验结果表明本系统能对被测试件的应力应变信号进行实时采集,并且无线传输稳定可靠,达到了课题设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究本课题的背景及意义
• 1.2 无线应变监测系统的发展现状
• 1.2.1 应变测试系统的发展
• 1.2.2 短距离无线通信技术的研究现状
• 1.3 论文的主要内容与结构
• 第二章 无线应变监测系统关键技术研究
• 2.1 应变电测技术的基础
• 2.1.1 电阻应变片的工作原理
• 2.1.2 应变测量电桥
• 2.1.3 温度误差及补偿
• 2.2 射频无线通信的相关技术
• 2.2.1 调制解调技术的概念
• 2.2.2 FSK调制解调原理
• 2.2.3 射频通信CRC校验研究
• 2.2.4 射频通信组网研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 无线应变监测系统硬件设计
• 3.1 无线应变监测系统总体设计
• 3.1.1 无线应变监测系统的要求
• 3.1.2 系统总体结构
• 3.2 应变测试电路设计
• 3.2.1 应变电桥电路
• 3.2.2 信号放大电路
• 3.2.3 低通滤波电路
• 3.3 数据采集电路设计
• 3.3.1 ADuC812 芯片介绍
• 3.3.2 ADuC812 采集电路的设计
• 3.4 数据发射模块设计
• 3.4.1 无线射频芯片nRF905
• 3.4.2 无线发射模块设计
• 3.5 数据接收模块设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 无线应变监测系统软件及通信协议的设计
• 4.1 无线应变监测系统软件总体设计
• 4.2 无线通信协议规定
• 4.2.1 无线通信的具体实现
• 4.2.2 无线通信的帧格式
• 4.3 应变采集节点的程序设计
• 4.3.1 数据采集程序
• 4.3.2 无线发射程序
• 4.4 监控中心的程序设计
• 4.4.1 无线接收程序
• 4.4.2 上位机软件界面
• 4.5 无线应变监测系统的整体工作流程
• 4.6 本章小结
• 第五章 无线应变监测系统实验及数据分析
• 5.1 悬臂梁静态应变的无线检测实验
• 5.1.1 实验目的
• 5.1.2 实验设备
• 5.1.3 实验步骤与结果分析
• 5.2 多点对点的无线应变测试实验
• 5.2.1 实验目的
• 5.2.2 实验设备
• 5.2.3 实验步骤与结果分析
• 5.3 大型钢板应力的实际测量过程分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢