低功耗無線應變傳感器的研究與應用.pdf

1、隨著人們對結(jié)構安全性重視程度的提高以及各種監(jiān)測、檢測相關技術的發(fā)展，結(jié)構健康監(jiān)測技術已經(jīng)成為土木工程結(jié)構研究中的重要方向。無線傳感器由于其小型化、集成化、低維修費用、少安裝時間等特點而成為近年來結(jié)構健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究熱點。 本文在充分研究傳感技術、信號處理技術、無線通信技術知識上，針對傳統(tǒng)應變采集設備體積較大、布線長、要求使用導線精度高等問題，設計了用于局部性態(tài)監(jiān)測的低功耗無線應變傳感器。文章主要內(nèi)容如下： (1)信號的

2、調(diào)理與采集：使用傳統(tǒng)應變片作為結(jié)構應變測量的敏感元件，通過放大濾波電路后，使用微控制器內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進行電壓數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。 (2)射頻通信模塊的設計：選用單片射頻收發(fā)芯片nRF905，設計信號傳輸電路并獨立完成軟件的編寫與調(diào)試，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠收發(fā)。 (3)天線設計：分析了小環(huán)天線的一般性能，用諧振分析法設計了天線，用變壓器匹配法為天線和射頻芯片設計了匹配網(wǎng)絡，并使用3D電磁仿真軟件HFSS驗證了方案的可行性。

3、 (4)低功耗設計：從硬件和軟件兩個方面對系統(tǒng)功耗進行了分析，通過中斷喚醒，實現(xiàn)工作模式的切換，達到低功耗設計。 (5)應變測量上位機程序開發(fā)：通過VC的MSComm控件對單片機發(fā)射的串口數(shù)據(jù)進行接收和顯示。 整個系統(tǒng)的基本目的在于監(jiān)測信號并對信號進行分析，因此，得到準確的信號是系統(tǒng)正常工作的基礎，本文詳細介紹了傳感器采集的前端放大濾波電路以及利用MSP430片內(nèi)的ADC進行數(shù)據(jù)采集的方法。作為一個射頻產(chǎn)品，無線通