分布式振动传感定位视频监控技术

发布时间：2017-10-19 21:38

  本文关键词：分布式振动传感定位视频监控技术

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【摘要】：现代视频监控系统发展日新月异,已出现网络化、协同融合等诸多优良特点,在视频监控中融入更多传感元素和结合更多监测角度,实现更加丰富的监控功能,可以更为便捷、实时、直接地起到安全监控作用,不断受到足够重视和广泛关注。压电锆钛酸铅陶瓷Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)材料,因其使用成本低、频率响应好等,不仅可以用来发电,而且还能用来探测振动信号。将压电材料应用于分布式无线传感网络定位的视频监控系统,不仅能够很好地解决传感器节点供电问题,而且还能被放置于一定环境中,用来解决传统视频监控系统中的实时定位监控报警的问题。因此,本文基于分布式压电陶瓷振动无线传感网络,开展了分布式振动传感定位视频监控技术的研究,主要内容如下:(1)针对压电矩形悬臂梁结构及圆形蜂鸣片结构两种典型结构,运用ANSYS有限元分析方法建立模型,对悬臂梁长度、质量块位置(或金属垫片位置)、电路连接方式等主要振动影响因素进行了详细分析,以有效调节其振动频率,研究其在不同模态下的振动情况,并通过实验验证了理论仿真的正确性。(2)设计了压电发电装置及压电测振装置,并对频率调节及阻抗匹配进行了实验研究,分析了压电发电输出响应情况。在系统功耗分析的基础上,提出了以压电发电装置俘获、储存环境振动能量为节点供电的传感器电源方案以及具有一定环境适用性的压电振动检测方案,设计了压电传感器的电源模块及测振模块。(3)本文提出了以压电传感器探测振动及编号定位、PC监控终端解码报警、电机控制摄像头定位旋转的方式实现定位辅助监控的视频监控方法。从整体上设计了分布式振动传感定位视频监控系统,系统主要包括PC监控终端、压电传感器节点和视频监控模块三部分。其中,压电传感器节点以MSP430F5738为处理芯片,包括压电测振、单片机处理、无线射频及电源模块;压电传感器节点与PC之间采用无线射频通信;PC监控终端采用MATLAB串口编程;视频监控模块包括步进电机、电机驱动控制模块、摄像头及电源模块。经实验测试,系统整体工作准确率良好,能够有效探测入侵目标振动,解决了传统监控中的实时定位报警处理的问题。
【关键词】：压电陶瓷 压电传感器 振动 定位 视频监控
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN948.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外发展与研究现状12-19
• 1.2.1 视频监控技术发展现状12-14
• 1.2.1.1 发展历程12-13
• 1.2.1.2 应用研究现状13-14
• 1.2.2 压电传感技术在安全监控系统中的研究现状14-15
• 1.2.3 压电发电技术在WSN中的应用15-19
• 1.3 论文内容安排19-20
• 第二章 理论基础20-30
• 2.1 压电理论20-26
• 2.1.1 压电效应20-21
• 2.1.2 压电方程21-23
• 2.1.2.1 本构方程21-22
• 2.1.2.2 边界条件22-23
• 2.1.3 压电振子模型23-25
• 2.1.3.1 基本结构23
• 2.1.3.2 工作模式23
• 2.1.3.3 振动模态23-24
• 2.1.3.4 支撑方式24-25
• 2.1.4 压电材料谐振特性25-26
• 2.1.4.1 等效电路25
• 2.1.4.2 特征频率25-26
• 2.2 有限元方法26-28
• 2.2.1 FEA基本思想26-27
• 2.2.2 ANSYS压电分析流程27-28
• 2.3 MATLAB串口通信28-29
• 2.3.1 MATLAB串口28-29
• 2.3.2 串口通信方法29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 压电材料ANSYS有限元分析与优化30-44
• 3.1 压电悬臂梁振动模型及频率调节30-31
• 3.2 压电矩形悬臂梁结构有限元分析31-38
• 3.2.1 悬臂梁有限元模型建立31-33
• 3.2.1.1 建立几何模型31-32
• 3.2.1.2 材料参数设定32
• 3.2.1.3 选取单元类型32-33
• 3.2.1.4 划分网格33
• 3.2.2 悬臂梁长度33-37
• 3.2.3 质量块位置37-38
• 3.2.4 电路连接方式38
• 3.3 压电蜂鸣片振动模型及频率调节38-39
• 3.4 压电圆形蜂鸣片结构有限元分析39-43
• 3.4.1 蜂鸣片有限元模型建立39-41
• 3.4.1.1 建立几何模型39
• 3.4.1.2 材料参数设定39-40
• 3.4.1.3 选取单元类型40-41
• 3.4.1.4 划分网格41
• 3.4.2 金属垫片位置41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 压电发电与测振装置设计及实验44-57
• 4.1 压电悬臂梁发电实验44-48
• 4.1.1 实验装置设计及频率调节44-45
• 4.1.2 发电功率测试与阻抗匹配45-48
• 4.2 压电传感器节点供电设计48-52
• 4.2.1 功耗分析48-49
• 4.2.2 整流和储能电路设计49-50
• 4.2.3 DC-DC稳压电路设计50-52
• 4.3 压电测振模块设计52-55
• 4.3.1 实验装置设计及频率调节52-54
• 4.3.2 检测电路54
• 4.3.3 测振实验54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 分布式振动传感定位视频监控系统设计与测试57-83
• 5.1 系统总体设计57-58
• 5.2 压电传感器节点设计58-67
• 5.2.1 单片机处理模块58-63
• 5.2.1.1 单片机最小系统58-60
• 5.2.1.2 检测流程60-63
• 5.2.2 无线射频模块63-65
• 5.2.2.1 通讯方式选择63
• 5.2.2.2 模块主要参数63-64
• 5.2.2.3 数据传输格式64-65
• 5.2.3 PCB设计65-67
• 5.3 视频监控模块设计67-72
• 5.3.1 步进电机及驱动控制67-68
• 5.3.2 通讯数据格式68-70
• 5.3.3 旋转定位算法70-72
• 5.4 PC监控终端设计72-77
• 5.4.1 GUI界面功能72-73
• 5.4.2 终端监控流程73-77
• 5.5 系统测试与分析77-82
• 5.5.1 模拟实验系统搭建77-78
• 5.5.2 系统模拟测试目标78
• 5.5.3 振动检测范围测试78-80
• 5.5.4 环境适用性测试80-82
• 5.6 本章小结82-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 6.1 总结83
• 6.2 展望83-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1063473