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钢轨应变与加速度的远程监测节点设计
| 论文题名： | 钢轨应变与加速度的远程监测节点设计 |
| 关键词： | 钢轨应变;无线传感网络;远程监测;振动加速度;分级滤波;数字处理 |
| 摘要： | 铁路是国民经济的大动脉，钢轨的安全监测十分重要。鉴于铁路分布过于广泛和特殊的现场环境，传统的监测手段很难实现对钢轨长期大面积监测。无线传感网络作为一种新兴的传感技术，能够快速部署，实现对周围环境多点、高效全面监测。将无线传感网络技术应用于钢轨监测能够弥补传统方法的不足，提高钢轨监测的效率，实现钢轨状态的远程监测。本文设计的钢轨应变与加速度远程监测节点是监测系统中的数据采集装置，主要用于采集钢轨应变和振动加速度并将采集的数据进行无线发送。本文着重研究了节点的软硬件设计。 节点硬件进行了模块化设计。硬件结构分为电源、信号调理、数字处理和通信四个模块。电源对各功能模块分别供电。信号调理部分对传感器输入信号进行放大和滤波，放大电路选用可编程放大器，可实现输入通道的多量程切换，滤波电路设计了二阶巴特沃斯低通滤波器滤除电路中的高频干扰。数字处理模块以微控制器STM32F103VE为核心，通过通讯接口分别与24位ADC、外部NAND FLASH和通讯模块等器件连接，控制数据的采集、存储、和发送。通信模块能够实现节点与网关之间的无线通信。 根据节点功能和设计要求完成了节点软件编写。节点具有较为完整的数据存储和收发机制，具有软件滤波功能和程序远程更新功能。节点能以不同的采集频率和采集模式进行信号采集。针对节点运行期间的异常情况增加了程序出错时节点自复位功能、网络掉线时自动组网上线功能、数据丢失时的补包功能。为进一步滤除干扰加入软件滤波功能，针对节点在高采样率采集而要求过渡带窄的情况，通过下采样并分级滤波，降低数字滤波的计算量。节点引入了IAP程序更新技术，可通过网络实现节点应用程序的远程更新。 文章最后通过实验测试了节点功耗、模数转换性能、静态精度以及滤波性能，通过对比实验和现场测试，验证了节点长期监测钢轨应变和振动加速度的可行性和稳定性。 |
| 作者： | 邱奇 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 张志新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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