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面向主动健康监测的高速无线传感器节点的设计

作　者: 李耀曾
导　师: 袁慎芳
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 无线传感网络 高速无线传感器节点 结构健康监测 主动监测 螺钉松动
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 31次
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内容摘要


结构健康监测和无线传感网络都是当前国内外工程领域的研究热点。近年来,无线传感网络被广泛用于结构健康监测领域的研究,将其应用于主动健康监测系统,要求无线传感器节点具有小型化、低功耗、采样速度快等特点,并且自身能够实现主动激励的功能。国外虽然对此有了相关的研究,但价格昂贵且尺寸偏大,并不完全适合结构健康监测的需要。因此,开发专门用于结构健康监测的高速无线传感器节点是十分必要的。据此,本文面向主动健康监测,设计开发了具有主动激励功能的高速无线传感器节点。本文在阐述了无线传感器节点的一般框架的基础上,结合主动健康监测需要,着重进行了高速无线传感器节点的软硬件设计。首先,采用模块化设计的思想分别对高速节点的激励模块、数据采集与处理模块、无线通信模块以及电源模块进行了硬件开发,完成了节点的电路板调试和功能测试;然后详细介绍了无线传感网络专用的开放源代码软件操作系统TinyOS和DSP专用的软件开发集成环境CCS,设计编写了节点各模块的软件程序;最后运用该高速节点建立了基于高速无线传感器节点的结构健康监测系统,实现了铝板材料螺钉松动的实时监测,完成了高速节点的功能验证实验。实验结果表明本文开发的高速无线传感节点各软硬件模块功能完整,可以实时的完成结构的主动激励、响应信号采样和处理,能够准确判别航空试件的紧锢件松动判别。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-19
  1.1 研究背景  12-16
    1.1.1 结构健康监测  12-13
    1.1.2 主动健康监测技术  13-15
    1.1.3 无线传感器网络  15-16
  1.2 国内外研究现状  16-18
    1.2.1 国外无线传感器网络的发展  17
    1.2.2 国内无线传感器网络研究现状  17-18
  1.3 研究意义  18
  1.4 论文的主要内容  18-19
第二章 高速无线传感节点的系统设计  19-26
  2.1 无线传感器节点的一般构架  19-21
    2.1.1 节点设计的限制因素  20-21
    2.1.2 节点设计的要求  21
  2.2 高速节点的系统设计  21-25
    2.2.1 主动健康监测对高速节点的设计要求  21-22
    2.2.2 高速节点的组成与核心模块设计  22-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章 高速节点设计的硬件设计与实现  26-44
  3.1 电源模块电路设计  26
  3.2 激励模块电路的设计  26-36
    3.2.1 555 小型化激励电路  26-30
    3.2.2 DAC 电路设计  30-36
  3.3 信号调理电路的设计  36-37
  3.4 数据采集与处理模块电路的设计  37-39
    3.4.1 DSP 及外围电路  38
    3.4.2 ADC 数据采集电路  38-39
  3.5 无线通信模块设计  39-42
    3.5.1 无线通信模块的框架结构  39-40
    3.5.2 无线收发芯片CC2420  40-41
    3.5.3 无线通信模块设计的要点及注意事项  41-42
  3.6 电路板设计  42-43
  3.7 本章小结  43-44
第四章 高速节点的软件设计与实现  44-62
  4.1 节点设计的软件开发环境  44-47
    4.1.1 集成开发环境CCS  44
    4.1.2 TinyOS 操作系统  44-46
    4.1.3 nesC 语言  46-47
  4.2 高速节点程序开发  47-61
    4.2.1 激励模块程序  47-49
    4.2.2 数据采集与处理模块程序  49-59
    4.2.3 无线通信模块程序  59-61
  4.3 本章小结  61-62
第五章 面向主动健康监测的高速节点功能验证  62-73
  5.1 高速节点功能验证  62-64
    5.1.1 高速节点AD 采样测试  62
    5.1.2 串口通讯测试  62-63
    5.1.3 模拟损伤测试  63-64
  5.2 螺钉松动实验  64-72
    5.2.1 前端传感系统  65-68
    5.2.2 上位机监控系统  68-69
    5.2.3 实验测试设备  69-70
    5.2.4 实验步骤及结果  70-72
  5.3 本章小结  72-73
第六章 总结与展望  73-74
  6.1 论文总结  73
  6.2 研究展望  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
在学期间的研究成果及发表的学术论文  78-79
附录A 数据采集与处理模块及激励模块原理图  79-80
附录B 无线通信模块原理图  80

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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