本文關(guān)鍵詞：基于振弦式傳感器的無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究

  更多相關(guān)文章： 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 無線傳感網(wǎng)絡(luò) 無線傳感單元 振弦式傳感器 自組網(wǎng)

【摘要】：近年來,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測已經(jīng)逐漸發(fā)展成為保障大型土木工程結(jié)構(gòu)運營安全的重要技術(shù)手段。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)多以信號線纜作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體,將傳感器感知到的信號傳送到結(jié)構(gòu)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)匯集點。這種有線數(shù)據(jù)傳輸方式存在布線量大、安裝和維護費用高、在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中布線困難等缺點。隨著無線通信技術(shù)和集成微電子機械系統(tǒng)等技術(shù)的快速發(fā)展,無線傳感技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。將無線傳感技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中可以有效解決傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)傳輸方式存在的問題。針對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中大量使用的應(yīng)變傳感器,研究基于振弦式傳感器的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可提高現(xiàn)場應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測效率,降低系統(tǒng)建設(shè)和維護成本,對于推動結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的快速發(fā)展具有重要意義。本文的主要工作包括:(1)對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究進行文獻綜述。闡述結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的意義;介紹結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成、發(fā)展和應(yīng)用;概述無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。(2)分析振弦式傳感器的工作原理。介紹單線圈振弦式傳感器的結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型以及信號測量原理;對比分析高壓撥弦和低壓掃頻兩種激振原理,進一步給出改進的低壓掃頻激振方法。(3)開展無線傳感單元的設(shè)計與開發(fā)�；谟布O(shè)計小型化、低功耗、低成本和高可靠性的原則,采用模塊化設(shè)計方法,對無線傳感單元采集模塊、數(shù)據(jù)處理與控制模塊、無線收發(fā)模塊和能量供應(yīng)模塊的硬件進行設(shè)計與集成;根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測的功能需求,結(jié)合軟件的設(shè)計原則,對無線傳感單元內(nèi)嵌軟件進行設(shè)計與開發(fā)。(4)開展無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計。通過對各類無線通信協(xié)議的特點進行對比分析,選擇ZigBee協(xié)議作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議;比較基于ZigBee通信協(xié)議的三種無線網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的特點,指出適用于各類工程結(jié)構(gòu)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu);設(shè)計應(yīng)用層數(shù)據(jù)通信協(xié)議。(5)開展無線傳感網(wǎng)絡(luò)用戶端軟件設(shè)計與開發(fā)。根據(jù)用戶端軟件需要實現(xiàn)的功能,完成用戶端軟件設(shè)計圖,在此基礎(chǔ)上開發(fā)出具有友好人機交互界面的用戶端軟件。(6)開展無線傳感網(wǎng)絡(luò)性能的實驗驗證。通過無線與有線數(shù)據(jù)采集的對比實驗、多點組網(wǎng)穩(wěn)定性實驗以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)功耗和通信距離實驗,檢驗無線傳感網(wǎng)絡(luò)的測量精度、穩(wěn)定性、功耗以及通信距離等性能指標(biāo)。本文針對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的需求,研發(fā)基于振弦式應(yīng)變傳感器的無線傳感單元及配套的用戶端軟件,實現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理、無線傳輸以及無線傳感單元之間自組網(wǎng)的功能,為構(gòu)建高效、低成本的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。各專項實驗表明,本文研發(fā)的無線傳感單元的功能和性能達到預(yù)定目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
，

本文編號：1287344