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基于无线传感网的混凝土钢筋腐蚀检测技术研究

作 者: 邵元超
导 师: 胡志忠
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 电路与系统
关键词: 钢筋腐蚀检测 无线传感网络 埋入式传感器 DDS 无线收发
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 2次
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内容摘要


钢筋腐蚀严重影响着混凝土结构的耐久性与安全性,所以对其检测具有十分重大的社会价值和经济价值,但是传统的钢筋腐蚀检测方法存在着种种缺点和局限。本文结合无线传输技术,设计了基于无线传感网的混凝土钢筋腐蚀检测系统。本文的主要工作如下:1.介绍了钢筋腐蚀检测系统整体框架中各功能模块的技术方案。通过对比,确定采用基于电磁耦合原理无源无引线的埋入式传感器用于钢筋腐蚀信息的采集;确定以16位超低功耗微控制器MSP430F149为主控芯片、以基于DDS技术的AD9850为信号发生芯片、以nRF905为无线收发芯片的检测电路方案;确定星状网与轮询为整个网络的拓扑结构和MAC协议。2.仿真设计了埋入式传感器。对采用埋入式传感器进行钢筋腐蚀检测的原理进行了论述,确定其低成本实现的可行性,并采用ANSYS和PSpice软件确定了埋入式传感器中元件参数大小,为实际制作提供依据。3.设计了钢筋腐蚀检测系统的硬件和软件部分。根据整体硬件框图和软件流程图,对传感器节点和汇聚节点进行设计,以实现它们的功能;采用Visual C++编制了人机交互界面,方便了人们操作与管理。4.进行埋入式传感器实验和钢筋腐蚀检测系统联调。通过实际测量验证了埋入式传感器仿真方法的正确性;对系统进行联调,测试结果表明,系统组网正常,各部分工作稳定,能够满足工程的实现要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
注释表  11-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 相关技术概述  13-16
    1.2.1 无线传感网络  13-15
    1.2.2 钢筋腐蚀检测技术  15-16
  1.3 国内外研究现状及趋势  16-17
  1.4 本文的主要工作  17-18
第二章 混凝土中钢筋腐蚀检测系统框架分析与设计  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 系统体系结构  18-19
  2.3 技术方案的选择  19-30
    2.3.1 传感器设计方案  19-21
    2.3.2 微控制器的选择  21-22
    2.3.3 信号发生模块的选择  22-24
    2.3.4 无线通信模块的选择  24-26
    2.3.5 网络拓扑结构的选择  26-29
    2.3.6 MAC 协议的选择  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 埋入式传感器的设计  31-49
  3.1 埋入式传感器的原理  31-35
  3.2 电感耦合线圈的仿真设计  35-42
    3.2.1 有限元法在电磁场计算中的运用  35-36
    3.2.2 电感相关参数的计算方法  36-38
    3.2.3 仿真步骤  38-39
    3.2.4 电感耦合线圈的设计  39-42
  3.3 传感器中电路元件参数的仿真设计  42-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章 钢筋腐蚀检测系统硬件和软件设计  49-76
  4.1 传感器节点的硬件设计  49-60
    4.1.1 DDS 扫频信号源电路的设计  50-52
    4.1.2 低通滤波器电路的设计  52-54
    4.1.3 放大驱动电路的设计  54-55
    4.1.4 峰值检波电路的设计  55-56
    4.1.5 无线收发电路的设计  56-57
    4.1.6 微控制器硬件电路的设计  57-60
  4.2 汇聚节点的硬件设计  60-62
    4.2.1 串口通信接口电路的设计  61-62
  4.3 传感器节点的软件设计  62-70
    4.3.1 传感器节点软件设计整体流程  62-63
    4.3.2 DDS 扫频源的软件设计  63-65
    4.3.3 信号 A/D 转换与处理的软件设计  65-66
    4.3.4 无线收发的软件设计  66-70
  4.4 汇聚节点的软件设计  70-74
    4.4.1 汇聚节点软件设计整体流程  70-72
    4.4.2 定时器的软件设计  72-73
    4.4.3 UART0 的软件设计  73-74
  4.5 人机交互界面的软件设计  74-75
  4.6 本章小结  75-76
第五章 实验与系统联调  76-81
  5.1 实验  76-78
  5.2 系统联调  78-80
  5.3 本章小结  80-81
第六章 总结与展望  81-82
  6.1 本文主要工作总结  81
  6.2 后期工作展望  81-82
参考文献  82-85
致谢  85-86
在学期间的研究成果及发表的学术论文  86

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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