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低功耗无线激光图像挠度自动监测系统研究
| 论文题名： | 低功耗无线激光图像挠度自动监测系统研究 |
| 关键词： | 挠度监测;无线技术;秘书机制;激光图像;嵌入式技术;桥梁安全性评价 |
| 摘要： | 挠度是桥梁安全性评价的一项重要指标，为此桥梁工程技术专家提出了很多行之有效的挠度测量方法。其中的激光图像法以其测量精度高、测量距离远等特点而得到广泛的应用。然而，现有的激光图像挠度仪大多存在着功耗大、布线方式繁琐、无法适应强干扰环境的缺点；因此，本论文的主要工作是设计具体的技术方案来解决这些缺点并通过实验验证这些方案的有效性和可靠性。 针对大功耗问题，本文设计了一种新型动态电源管理技术：(1)利用ARM微处理器设计一种最简单的低功耗嵌入式数据采集器代替传统的工控机，并采用智能的控制策略协调电子元件工作，降低了采集器的功耗。(2)实现系统高功耗模式和低功耗模式之间的切换，代替传统的单一高功耗模式，防止电子元件因长期高负荷工作而损坏。(3)使用一种间断性电源供应管理器(简称“秘书机制管理器”)来管理系统元件的上电工作时间。挠度测量命令到达时，秘书机制管理器打开与测量任务相关的所有系统元件的电源，测量任务完成后再断开其电源，等待下一次测量命令到达时，再重新开启它们的电源。不仅降低了系统的功耗，也防止了系统元件因长期带电工作而老化损坏。 针对繁琐的布线方式问题，本文采用了GPRS远程无线技术实现数据的远程传输，并采用SRWF-501单片射频收发器件实现系统内部元件之间的短程无线通信。同时实现系统元件无线安装、数据无线传输。通信数据也设置了不同的封装协议，在避免传统的大量布线问题的同时，也保证了数据传输的可靠性。 针对无法适应强干扰环境的问题，本文设计了一种改进型的差分光斑中心定位算法。该算法利用一幅带光斑的前景图与一幅不带光斑的背景图作减法运算，利用相同的背景相减互消的原理来过滤前景图中的背景干扰噪声，同时结合中值滤波和开闭运算过滤光斑图像中的椒盐噪声点，增加了算法的抗干扰性能；设计合理的光斑识别梯度算子，结合圆心拟合和光斑测试运算，增加了光斑中心定位的精度。 结合以上三种技术方案，本文设计了一种新型激光图像挠度监测系统，包括嵌入式数据采集器、秘书机制管理器、现场系统控制器、自动标定器、GPRS收发器、半反射标靶和准直点激光发射器。在完成系统软硬件设计的基础上，分别进行了算法实验、省电实验、系统性能测试实验。结果表明，该系统具有测量精度高、功耗低、抗干扰能力强、数据无线传输且能连续自动在线监测等优点。 |
| 作者： | 万红明 |
| 专业： | 计算机应用技术 |
| 导师： | 张奔牛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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