基于WIFI的高速高采样率无线声波检测系统的研制与应用

发布时间：2017-06-02 06:15

  本文关键词：基于WIFI的高速高采样率无线声波检测系统的研制与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在现代工程中,大型工程结构如桥梁、大坝、隧道等存在缺陷或裂缝,都会对工程质量以及安全造成极大的影响。现有对工程结构及其质量进行检测的方法中具有代表性的是声波检测法,传统的声波检测是利用声波检测仪进行数据采集,声波检测仪大多是采用串口等有线传输,数据传输速率低、信号传输的实时性不够,采样率不高,仪器体积大且笨重,加重了检测工作的负担,在较恶劣的工矿环境中,测点多、布线难,使工程质量检测受到了很大的局限性。随着无线通信技术的崛起,WIFI以其高速高可靠性和传输距离远等优点,在工业和人们生活中得到了广泛的应用。本文针对现有声波检测系统存在的问题,结合WIFI无线通信技术,研制一种高速高采样率的无线声波检测系统,根据实际应用的要求,实现了系统硬件电路和软件程序的设计,以及应用软件的开发,最后对整个系统的性能进行了测试,通过实际工程应用验证了系统的可行性。具体研究内容及结果如下:(1)根据实际应用需求和系统所需的性能指标,研制了以STM32微控制器和WIFI无线模块为核心的无线声波检测系统,系统由数据采集电路和无线通信电路两部分组成。通过硬件电路设计及软件编程,系统的无线传输速率达150Mbps,数据采样频率高达1MHz,实现了无线声波检测系统的高速高采样率;编写数据采集与处理的软件程序,实现了声波发射与脉冲接收的高精度同步控制,并采用数据帧传输协议进行数据的无线传输,有效保证了数据传输的可靠性。(2)根据无线声波检测系统的实际应用操作要求,利用LabVIEW平台开发了基于Windows系统的配套应用软件,采用模块化的设计原则,开发了数据采集软件和信号分析软件。通过TCP/IP通信协议,实现了应用软件与声波检测系统WIFI模块之间的通信;利用LabVIEW自带的信号处理与分析单元编写了信号分析软件,实现了对数据的处理分析以及对检测对象的质量评价。(3)对无线声波检测进行系统性能测试及实际工程应用。首先,测试了系统在开阔环境和有障碍物环境下的无线通信距离,以及系统的抗干扰能力和系统的丢包率,结果表明:系统在开阔环境下无线通信距离达1000 m,在有障碍物环境下无线通信距离达80 m,实际无线通信距离与应用环境有关;系统通过长时间进行大量数据的无线传输,数据丢包率为零,系统稳定且抗干扰能力强。然后,通过对室外无损检测质量模型进行检测,并对采集的数据进行分析,对比有缺陷和无缺陷的波形差异,判断了检测对象的质量,验证了无线声波检测系统的可靠性和稳定性。本文所研究的系统结合实际应用需求,将声波检测系统与主机端分离,提高了工程质量检测的灵活性和可靠性,具有一定的实用意义和广阔的应用前景。
【关键词】：WIFI无线通信 高速 高采样率 声波检测 LabVIEW
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP274;TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 本研究课题的背景及意义9-10
• 1.2 声波检测系统10-12
• 1.2.1 声波检测技术10
• 1.2.2 声波检测仪的国内外发展概况10-12
• 1.3 无线通信技术12-16
• 1.3.1 主流无线通信技术12-16
• 1.3.2 WIFI无线通信技术16
• 1.4 本文研究内容16-18
• 第2章 无线声波检测系统总方案的设计18-25
• 2.1 系统的整体设计步骤18-19
• 2.2 设计目标19
• 2.3 无线声波检测系统的总体结构19-22
• 2.3.1 系统构成20-21
• 2.3.2 系统工作过程21-22
• 2.4 系统的关键技术22-23
• 2.4.1 信号接收与脉冲发射的同步控制22-23
• 2.4.2 声波检测装置WIFI模块与用户控制端之间的通信23
• 2.4.3 数据TCP/IP协议封装的实现23
• 2.5 本章小结23-25
• 第3章 无线声波检测装置的研制25-43
• 3.1 无线声波检测装置的总体结构25
• 3.2 数据采集单元的设计与实现25-34
• 3.2.1 STM32的简介26-27
• 3.2.2 数据采集单元的硬件电路设计27-31
• 3.2.3 数据采集单元的软件设计31-34
• 3.3 无线通信单元的设计与实现34-42
• 3.3.1 无线通信模块选型34-36
• 3.3.2 无线通信单元的硬件电路设计36-38
• 3.3.3 无线通信单元的软件设计38-40
• 3.3.4 数据帧协议的设计40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 无线声波检测系统应用软件的开发43-58
• 4.1 应用软件开发平台43-48
• 4.1.1 LabVIEW软件开发平台简介43-45
• 4.1.2 TCP/IP协议介绍45-46
• 4.1.3 LabVIEW内嵌的TCP/IP功能的实现46-48
• 4.2 应用软件的设计思路48-49
• 4.2.1 应用软件总体组成模块48-49
• 4.2.2 应用软件的优化设计49
• 4.3 数据采集软件的设计49-52
• 4.3.1 无线网络连接49-51
• 4.3.2 数据采样51
• 4.3.3 数据存储51-52
• 4.4 信号分析软件的设计52-57
• 4.4.1 信号分析算法的实现52-53
• 4.4.2 数据加载53-55
• 4.4.3 数据分析55-56
• 4.4.4 检测报告生成56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 系统测试与工程应用58-71
• 5.1 系统测试58-60
• 5.1.1 数据采集测试59
• 5.1.2 系统整体测试59-60
• 5.2 系统性能测试60-64
• 5.2.1 无线通信距离测试60-62
• 5.2.2 系统抗干扰能力与丢包率测试62-64
• 5.3 工程应用64-69
• 5.3.1 桥梁预应力管道注浆质量无损检测模型简介64-65
• 5.3.2 工程质量检测流程65-68
• 5.3.3 结果分析68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 附录：攻读学位期间取得的成果77

【共引文献】

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本文编号：414437