机械测试多参量无线传感器网络节点设计

发布时间：2017-08-03 10:15

  本文关键词：机械测试多参量无线传感器网络节点设计

  更多相关文章： 机械测试 无线传感器网络 高精度数据采集 多参量 高效传输

【摘要】：基于有线连接的机械设备状态监测系统存在部署成本高、可维护性差、缺少机动灵活性等缺点,特别是在密封环境、机械旋转环境下有线连接方式难以实现,国内外已开始着手研究基于无线传感器网络的机械设备状态监测方法。目前能用于机械测试的无线传感器网络节点所采集的参量单一,采样频率偏低,对于反映机械设备性能的高频机械振动信号还难以很好获取,而无线传感器网络节点晶振漂移、任务冲突导致高频采集下采样频率精度降低的问题更加突出,应用环境中的电磁干扰、节点电源噪声、调理电路纹波等降低了A/D转换幅值精度,多参量高频采集导致的大量测试数据使得节点数据传输成为瓶颈。针对以上问题,本文的主要工作如下:机械测试多参量无线传感器网络节点硬件设计。论文以高性能32位微控制器STM32F103与低功耗无线射频芯片CC2530搭建双核心处理器构架,搭配24位分辨率的4通道A/D,实现了具备多参量信号输入的高频采集,并对数据采集的幅值精度和频率精度影响因素进行分析;针对数字电路和模拟电路的相互串扰问题,设计多路电源管理方案,有效降低模拟电源噪声;针对IEPE传感器驱动设计动态激励电压和自抑制电源噪声恒流源,实现高精度恒流驱动的同时动态调激励电压,降低节点功耗;设计通带平稳的低通滤波调理电路和差分信号转换,提高信号的幅值精度;采用独立高精度时钟源驱动24位A/D采集,减小采样间隔的抖动和时钟漂移,提高高频信号采集的频率精度。机械测试多参量无线传感器网络节点软件设计。论文以大量数据高效传输为目的,规范串口通信和无线通信的数据格式,提高传输效率和可维护性;选择适用于机械测试大量数据传输的簇树网络,并实现具有异常处理能力的网络自组织;通过采集参数配置,以大容量Micro SD卡作为数据缓存,实现包含配置信息的数据采集与存储;数据传输时根据通道参数配置选择是否进行抽样,最大程度提高有效数据量,并设计双缓冲机制提高传输效率,实现大量数据的高效传输。机械测试多参量无线传感器网络系统设计。设计了上位机软件,实现了集高精度数据采集和大量数据高效传输于一体的机械测试多参量无线传感器网络系统,该系统的性能测试和应用表明所研发的机械测试多参量无线传感器网络系统的有效性。
【关键词】：机械测试 无线传感器网络 高精度数据采集 多参量 高效传输
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9;TH17
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题背景及研究意义8-10
• 1.3 机械测试无线传感器网络节点研究现状10-11
• 1.4 论文的主要工作和内容安排11-14
• 2 多参量无线传感器网络节点高精度数据采集硬件设计14-38
• 2.1 节点总体设计14-19
• 2.1.1 双核心高频数据采集构架14-15
• 2.1.2 多参量信号采集15-16
• 2.1.3 数据采集精度影响因素16-19
• 2.2 多路电源管理19-23
• 2.2.1 高效率数字电源20-21
• 2.2.2 低噪声模拟电源21-22
• 2.2.3 电池电压监测22-23
• 2.3 自抑制电源噪声IEPE传感器驱动23-27
• 2.3.1 动态激励电压23-24
• 2.3.2 自抑制电源噪声恒流源24-27
• 2.4 多参量信号调理电路27-31
• 2.4.1 通带平稳的滤波电路设计27-30
• 2.4.2 信号差分化30-31
• 2.5 高精度数据转换31-33
• 2.6 多参量无线传感器网络节点采集精度测试33-36
• 2.6.1 噪声测试34
• 2.6.2 频率精度测试34-35
• 2.6.3 幅值精度测试35-36
• 2.7 本章小结36-38
• 3 多参量无线传感器网络节点软件设计38-56
• 3.1 通信协议格式规范38-42
• 3.1.1 串口通信数据格式规范38-41
• 3.1.2 无线通信数据格式规范41-42
• 3.2 自组织网络组建42-45
• 3.2.1 网络类型选择42-44
• 3.2.2 网络组建过程及异常处理44-45
• 3.3 节点多参量数据采集过程45-51
• 3.3.1 采集参数配置46-47
• 3.3.2 同步采集触发47-48
• 3.3.3 数据采集与存储时序48-51
• 3.4 多参量数据高效传输方法51-53
• 3.4.1 低频信号抽样51
• 3.4.2 双缓冲传输机制51-53
• 3.5 多参量数据传输测试53-55
• 3.5.1 双缓冲数据传输速率测试53-54
• 3.5.2 低频信号抽样数据传输速率测试54-55
• 3.6 本章小结55-56
• 4 机械测试多参量无线传感器网络系统集成56-68
• 4.1 系统构架56-59
• 4.2 上位机软件主要模块59-62
• 4.2.1 软件功能设计59-60
• 4.2.2 网络设置功能模块60-61
• 4.2.3 采集设置功能模块61-62
• 4.3 实验与验证62-67
• 4.3.1 机械参量采集对比实验62-65
• 4.3.2 实际应用实验65-67
• 4.4 本章小结67-68
• 5 总结与展望68-70
• 5.1 本文工作总结及主要创新点68
• 5.2 后续研究展望68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 附录76
• A．作者在攻读学位期间发表的论文76
• B．作者在攻读学位期间参与的科研项目76

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本文编号：613850