基于振弦式传感器的压力检测系统的研究与设计

论文摘要

在大型土木工程的安全监测中,压力作为一个重要的参数,其检测方法一直备受重视。通过对各种结构所受压力的实时检测,对于保障其健康、降低事故发生率有重要的意义。由于振弦传感器具有输出信号稳定、易检测等诸多优点,本文选用振弦式传感器,设计了一套电路结构简单、可靠性好、测量精度较高的压力检测系统。本文首先对常用的压力传感器进行了比较,阐述了选用振弦传感器的依据,分析了传感器的结构和工作原理,总结了振弦传感器压力检测中影响测量精度的主要因素,并提出了相应的解决措施。重点对传感器的激振方式进行了研究和优化,采用了反馈式的激振新方法,设计了合理的信号处理电路。本系统采用分布式采集方式,由数据采集系统、传感器组成,每一个数据采集系统可挂接多路传感器,能实现多点检测,选用了真正能独立工作的片上系统C8051F340单片机为处理器,设计了激振电路、测频电路、显示电路、串口通信接口等硬件电路。同时,本文也设计了完整的下位机软件,使硬件能正常的实现其检测功能。软件设计采用模块化的编程思想,C语言编写,结构清晰,容易移植,方便维护和升级。最后,针对电子电路系统中存在的干扰问题,在系统的硬件和软件上均进行了抗干扰设计,保证系统能正常地运行。通过一个多月的调试,本系统各个部分能正常的工作,测试结果表明,其测量精度有一定提高,运行较为稳定。此系统体积小,成本低,接口通用,适用于大多数振弦传感器,具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文研究的目的和意义
• 1.3 压力检测的研究动态及发展趋势
• 1.4 本文所做的工作
• 第2章 振弦式传感器的工作原理
• 2.1 传感器的基本知识
• 2.2 压力传感器的选取
• 2.3 振弦传感器的结构和工作原理
• 2.3.1 振弦传感器测量压力的理论依据
• 2.3.2 振弦传感器的类型
• 2.4 影响振弦传感器测量精度的因素
• 2.5 本章小结
• 第3章 压力检测系统总体设计
• 3.1 系统实现的功能
• 3.2 系统的结构
• 3.3 系统通信组网方式
• 3.3.1 RS-485通信
• 3.3.2 CAN总线
• 3.3.3 无线数据传输
• 3.3.4 光纤通信
• 3.3.5 不同通信方式的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 数据采集系统的硬件设计
• 4.1 微控制器单元的设计
• 4.1.1 CPU的选取
• 4.1.2 最小系统设计
• 4.2 激振模块设计
• 4.2.1 振弦传感器激振方式
• 4.2.2 本文激振方式
• 4.3 测振模块设计
• 4.3.1 滤波电路的设计
• 4.3.2 放大电路和信号调理电路
• 4.3.3 测频模块的设计
• 4.4 显示模块设计
• 4.5 通信模块设计
• 4.6 通道选择模块设计
• 4.7 电源模块设计
• 4.8 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 系统控制程序设计
• 5.1.1 初始化程序
• 5.1.2 激振模块程序设计
• 5.1.3 测振模块程序设计
• 5.1.4 显示模块程序设计
• 5.1.5 通信模块程序设计
• 5.2 本章小结
• 第6章 系统抗干扰设计和结果分析
• 6.1 干扰的来源
• 6.2 抗干扰措施
• 6.2.1 硬件抗干扰措施
• 6.2.2 软件抗干扰措施
• 6.3 结果分析
• 6.3.1 各部分模块调试情况
• 6.3.2 结果比较
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录