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基于压缩感知的自供电传感器路面监测系统
| 论文题名： | 基于压缩感知的自供电传感器路面监测系统 |
| 关键词： | 路面养护;路基温湿度;路面监测;压缩感知;无线传感器;自供电系统 |
| 摘要： | 近年来，路面养护在公路建设中的重要性日益突出，路面养护的前提是预先知道路面的破损状况，而路基温湿度是导致路基产生不均衡形变的关键因素，因此需要对路基温湿度信号进行持续的监测。基于压缩感知的无线传感器技术广泛应用于路基温湿度数据的监测，本文通过对无线传感器技术、自供电技术和压缩感知理论的研究，提出了一种基于压缩感知的自供电无线传感器路面监测系统方案，对该方案中的点对点通信、自供电能量收集、上位机管理平台以及基于压缩感知采样的自供电系统进行了研究。 本文设计的无线传感器采集系统采用上位机监管平台对路基温湿度数据进行了监测和处理。同时利用串口调试助手对数据采集发送端的通信状态进行了测试，由测试结果分析知，该发送端的通信状态良好。本系统采用自供电微能量收集电路对埋于路面表层的采用环氧树脂封装的压电换能器经车辙仪碾压所产生的电量进行了收集。最后结合能量收集的试验结果和数据采集发送端的能耗分析结果进行了电量分析，经分析知基于传统采样的传感器系统不能较好的实现自供电。 本文采用基于混合和常规稀疏基的压缩感知采样和香农采样对实现路基温湿度信号采集所消耗的功耗进行了仿真和分析，且还对压缩感知的运用是否有利于本文自供电系统的实现进行了验证和分析。仿真和分析知：（1）常规稀疏基DCT、DWangT、DHT和混合稀疏基DHT+DWT可实现对温湿度信号的稀疏表达；（2）常规稀疏基仅与高斯、部分正交和伯努利随机矩阵之间呈低相关性，而混合稀疏基与高斯、部分正交、伯努利和稀疏随机矩阵之间均呈低相关性，其中基于 DHT基的高斯随机矩阵和基于DHT+DWT基的稀疏随机矩阵在OMP重构算法下均可以低压缩比较好的重构温湿度信号；（3）基于DHT基的高斯随机矩阵的BP算法的重构路基温湿度信号的性能优于基于DHT+DWT基的稀疏随机矩阵的BP算法。最后根据DHT基的高斯随机矩阵的BP算法知精确重构路基温湿度信号所需的测量数分别为504和524，大约是传统采样所需的测量数的1/2，且能耗降低了61.72％，故压缩感知采样有利于本文自供电系统的较好实现。 |
| 作者： | 陈月 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 肖剑 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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