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基于无线传感网络的道面瑞雷波健康监测系统研究

作　者: 姜天彪
导　师: 田裕鹏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 健康监测无线传感网络 ZigBee 道面检测瑞雷波
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着民航运输业的快速发展，由道面损伤而引发航空安全事故时常发生。道面损伤已成为威胁机场跑道安全的一个重要因素，道面检测也成为一个重要的研究课题。本文针对现有道面检测设备和方法不能在役检测、费用高、操作难度大等缺点，设计了一种基于无线传感网络的道面瑞雷波健康监测系统，为道面无损检测提供了一种新的解决方案。该系统主要是由道面瑞雷波无线传感网络和计算机监控中心组成。根据检测对象制定整个系统的设计方案，并给出了详细的系统软硬件设计。实验方案方面，综合比较了几种常用的无线通信技术，最后决定采用选择ZigBee技术组建无线传感网络，然后通过传感器节点采集振动数据并传输至计算机监控中心进行处理。数据处理时采用了瞬态瑞雷波检测理论，根据相邻传感器节点采集的数据采用互相关和-p变换原理求得瑞雷波的相速度，从而对应得到了瑞雷波的频散曲线，然后根据该频散曲线可准确判断出道面损伤的位置。最后通过对水泥构件模拟检测实验验证了瞬态瑞雷波进行道面无损检测的可行性，取得了良好的效果。与现有的道面检测系统相比，该系统具有经济实用、操作简单、实时监控等优点，具有重要的社会和经济应用价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-18
  1.1 道面瑞雷波无线健康监测的研究背景及意义  13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 道面检测国内外研究现状  13-15
    1.2.2 健康国内外研究现状  15-16
    1.2.3 瑞雷波的研究现状  16-17
  1.3 本文的研究内容  17-18
第二章瞬态瑞雷波的检测理论  18-26
  2.1 瑞雷波概述  18
  2.2 瑞雷波检测原理  18-20
    2.2.1 稳态瑞雷波的检测  19
    2.2.2 瞬态瑞雷波的检测  19-20
  2.3 瑞雷波信号提纯  20-23
    2.3.1 -p变换  20-23
      2.3.1.1 -p变换的基本原理  20-21
      2.3.1.2 各种干扰波在 -p域分离  21
      2.3.1.3 -p变换的具体实现  21-23
  2.4 瑞雷波频散曲线的求取  23-25
    2.4.1 基本原理  23-24
    2.4.2 注意事项  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章无线传感器网络-ZigBee 技术  26-37
  3.1 无线传感网络概述  26-28
    3.1.1 无线传感网络的体系结构  26-27
    3.1.2 无线传感网络的应用领域  27-28
  3.2 短距离无线通讯介绍  28-30
  3.3 ZigBee 技术综述  30-31
  3.4 ZigBee 技术通信协议  31-35
    3.4.1 IEEE 802.15.4 标准  32-33
      3.4.1.1 物理层 PHY  32-33
      3.4.1.2 介质接入控制子层 MAC  33
    3.4.2 ZigBee 规范  33-35
      3.4.2.1 ZigBee 网络层 NWK  33-34
      3.4.2.2 ZigBee 应用层 APL  34-35
  3.5 ZigBee 设备功能类型  35-36
  3.6 本章小结  36-37
第四章健康监测系统的硬件软件设计  37-58
  4.1 健康监测系统的结构  37
  4.2 ZigBee 模块设计  37-39
    4.2.1 天线设计  38
    4.2.2 CC2430 模块  38-39
  4.3 汇聚节点的的设计  39-41
    4.3.1 仿真器接口模块  40
    4.3.2 串口通信模块  40-41
    4.3.3 供电模块  41
  4.4 传感器节点的设计  41-44
    4.4.1 加速度传感器简介  42-43
      4.4.1.1 常用引脚介绍  42-43
      4.4.1.2 重要的寄存器  43
    4.4.2 传感器电路设计  43-44
    4.4.3 供电模块和 ZigBee 模块设计  44
  4.5 路由节点的设计  44
  4.6 健康监测系统开发软件及协议介绍  44-46
    4.6.1 IAR EW 8051 软件开发平台  44-45
    4.6.2 ZigBee 2006 协议栈  45-46
  4.7 汇聚节点软件设计  46-50
    4.7.1 汇聚节点软件总体结构  46-47
    4.7.2 汇聚节点组网流程  47-48
    4.7.3 数据收发模块  48-49
    4.7.4 串口通信模块  49-50
  4.8 路由节点软件设计  50-52
    4.8.1 路由节点软件总体结构  50-51
    4.8.2 路由节点加入网络  51-52
  4.9 传感器节点软件设计  52-55
    4.9.1 传感器节点软件总体结构  52-53
    4.9.2 节点入网子程序  53
    4.9.3 节点收发子程序  53-54
    4.9.4 传感器读写程序  54-55
  4.10 监控管理软件设计  55-57
    4.10.1 界面开发环境介绍  56
    4.10.2 监控软件设计  56-57
  4.11 本章小结  57-58
第五章系统测试与实例分析  58-63
  5.1 系统测试  58-60
    5.1.1 ZigBee 网络组网测试  58-59
    5.1.2 ZigBee 网络传输数据测试  59-60
  5.2 实验布置  60-61
  5.3 实验数据处理  61-62
  5.4 本章小结  62-63
第六章总结与展望  63-65
  6.1 论文工作总结  63
  6.2 下一步工作展望  63-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术文章  69

基于无线传感网络的道面瑞雷波健康监测系统研究

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