基于ZigBee无线技术振动信号采集的研究

摘要

我国每年有成百上千的楼宇桥梁新建落成,在对这些建筑进行工程测量安全评估时,我们常常需要采集大量的振动数据以进行分析处理,其中所布置的振动传感器往往需要覆盖整个建筑以达到测量的可靠准确,从而使得布线连接传感器与数据采集设备消耗很大的工作量。如果我们能以无线传输的形式让所布置的传感器节点和上位机进行通信,组成一个无线传感器网络,对于振动信号采集的效率会有显著的提高。在众多无线通信技术中,ZigBee技术在无线传感领域的应用最为广泛,低复杂度、低功耗、低成本,网络容量大等特点使其在构建无线传感器网络中优势明显。通信技术都需要通信协议的支撑,TI公司的ZStack协议栈可以有效的发挥出ZigBee技术的所有优势,从而实现基于ZigBee的无线技术振动信号采集。
　　本文通过设计传感器节点及协调器从而达到数据的无线采集与传输,并通过协调器串口连接上位机对数据进行实时的处理与分析。传感器节点与协调器间通过ZStack协议组建了一个ZigBee星型网络。传感器节点以CC2530作为核心芯片对来自941B振动传感器的信号进行数据采集,协调器同样以CC2530作为无线模块接收来自传感器节点的信号,并连接上位机将所得数据通过串口实时传输,从而实现了对振动信号的无线数据采集与传输。完成系统搭建之后,首先进行了不同频率正弦信号的测试,在对其波形频谱的观测中确定整个无线采集系统的可行性。之后在实际场地进行了无线数据采集的脉动测试,并将其和有线连接传感器与采集设备所采集得到的数据进行对比,两者所得数据差别很小,误差在可接受范围以内,从而确保了无线数据采集的可靠性,考虑到对数据采集效率的提升,本系统可在一定程度上完成振动信号采集的任务。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 课题发展历程及研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 无线采集系统总体设计

2.1 采集节点的设计

2.2 协调器的设计

2.3 本章小结

第三章 无线采集系统硬件组成

3.1 941B型振动传感器

3.2 CC2530无线模块

3.3 扩展板的功能介绍

3.4 本章小结

第四章 ZigBee协议栈

4.1 ZigBee协议及技术特点

4.2 ZStack协议栈

4.3 无线采集系统的软件设计

4.4 本章小结

第五章 系统实验测试

5.1 采集系统实物图

5.2 标准正弦波测试

5.3 脉动测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间主要参与的课题