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无线智能应变测试仪器的研究

作　者: 姚翔
导　师: 刘志平；李建宁
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 起重机械 GPRS技术时间数字转换技术应变测量
分类号: TP216.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 98次
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内容摘要

目前,我国内地有12个港口跻身世界亿吨大港行列。港口装卸机械设备是港口生产的命脉,担负着国家90%以上进出口贸易,逐渐呈现设备大型化、生产效率高、技术复杂和作业连续性强等特点,在提高港口机械装卸效率以及降低劳动生产成本的同时,由于港口装卸机械设备突发的机械故障问题所带来的经济损失也越来越大。因此,如今大型现代化的港口需要全面的掌握港口装卸机械设备运行状态信息。本课题来源于武汉理工大学和秦皇岛港口集团及日照港口集团的合作项目,其主要内容是研制了基于GPRS技术无线智能应变测试仪器及基于WEB页面的远程服务器数据接收软件。无线智能应变测试仪器采用新型TDC测量原理,具有高精度、高测量刷新频率、高可靠性、高灵活性等特点,完全能满足港口起重机械金属结构应力测试的要求。利用这套研发的设备实现了港口起重机械金属结构应力在线长期监测,对于保障港机设备的实时安全运行,节省测试时间,分析结构劣化趋势,指导设备的维修管理均具有重要的应用价值。本文主要解决了三个问题：第一,设计无线智能应变测试仪器的硬件电路；第二,编写单片机程序和远程服务器程序；第三,设计无线智能应变测试仪器性能测试实验。全文共分为六章,各章节的主要内容为：第一章简单说明了本课题来源和研究意义,简明介绍了无线应变监测系统的发展现状,无线传感器网络发展现状及其无线通信技术的发展现状和趋势,并进行了分析和比较,考虑到GPRS无线技术网络覆盖面广、高速传输性、操作简单便捷等特点,因此它更适于实现智能应变测试仪器的无线通信方式。第二章分析了新型TDC测量技术的工作原理,研究了其零点补偿和增益补偿方式。设计了无线智能应变测试仪器的TDC测量芯片外围接口电路、GPRSDTU接口电路、SIM卡外围电路、电源供电模块电路。第三章介绍了单片机软件总体工作流程,并详细分析了单片机程序中几个主要功能函数。分析了UDP无线传输协议的特点,规定了GPRS DTU传输协议,介绍了GPRS DTU模块工作原理,设计了远程服务器应用软件。第四章设计了针对无线智能应变测试仪器无线传输性能、动静态性能测试实验、仪器温度效应测试,证明了仪器拥有良好的无线传输性能,测量动静态性能完全满足港口起重机械应变测试要求。第五章结合无线智能应变测试仪器在秦皇岛港某台门座式起重机上的应用实例,进行了与某次有线测试相似的工况测试实验,并将测试结果与有线检测结果相比较,证明了该无线智能应变测试仪器的测试结果完全符合港口大型起重机应变监测性能。第六章全面总结了本课题的主要研究成果,并提出了仪器功能的拓展方向和未来的发展趋势。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题的来源及研究意义  10-11
    1.1.1 课题的来源  10
    1.1.2 研究的意义  10-11
  1.2 无线应变监测系统的发展现状  11-19
    1.2.1 应变测试系统的发展  11-14
    1.2.2 无线传感器网络研究现状  14-16
    1.2.3 无线通讯技术的现状及应用  16-19
  1.3 本课题的研究内容  19-20
第2章智能应变测试仪器的硬件设计  20-33
  2.1 新型TDC测量原理介绍  20-26
    2.1.1 TDC测试原理介绍  20-21
    2.1.2 应变测试方法介绍  21-23
    2.1.3 零点补偿和增益补偿方法  23-26
  2.2 仪器硬件电路设计  26-32
    2.2.1 TDC测量芯片外围接口电路  26-28
    2.2.2 GPRS DTU接口电路  28-31
    2.2.3 电源模块电路设计  31-32
  2.3 本章小结  32-33
第3章智能应变测试仪器的软件设计  33-50
  3.1 单片机软件设计  33-41
    3.1.1 单片机软件总体流程介绍  33-35
    3.1.2 单片机程序中主要函数功能介绍  35-41
  3.2 远程接收软件设计  41-49
    3.2.1 无线网络整体协议数据流程  41-42
    3.2.2 通讯协议的选择  42-44
    3.2.3 GPRS DTU模块工作原理  44-45
    3.2.4 GPRS DTU通讯协议设计  45-47
    3.2.5 远程服务器软件的设计  47-49
  3.3 本章小结  49-50
第4章智能应变测试仪器性能测试  50-62
  4.1 GPRS模块实际传输性能测试  50-52
    4.1.1 实验室环境测试  50-51
    4.1.2 实际工作环境测试  51-52
    4.1.3 极度恶劣环境测试  52
  4.2 智能应变测试仪器动静态性能测试  52-61
    4.2.1 仪器静态性能测试  53-58
    4.2.2 仪器动态性能测试  58-59
    4.2.3 仪器温度效应测试  59-61
  4.3 本章小结  61-62
第5章智能应变测试仪器应用实例  62-68
  5.1 应用实例  62-67
  5.2 本章小结  67-68
第6章总结与展望  68-70
  6.1 本文的主要研究成果  68
  6.2 展望与发展  68-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间发表论文情况  74

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