智能蒙皮柔性传感阵列采集系统设计实现

摘要

智能蒙皮技术是集成前端传感器、信号采集处理控制系统、驱动元件等形成植入飞行器蒙皮或构件中的智能感知处理系统。实现多类大规模传感器阵列的传感采样是蒙皮研究中的重要方向。本文针对智能蒙皮传感器阵列采集做了以下工作： （1）开发了面向智能蒙皮应用的分布式阵列传感系统。设计基于多路复用连接方式的分布式阵列电容和压电传感器阵列，基于微纳加工工艺及首次提出的柔性器件激光剥离工艺开发制备了获取飞行器表面压力分布的传感器阵列。 （2）开发了分布式传感器阵列的大规模数据采集系统。根据传感器阵列采样需求提出硬件采集系统架构，基于下位机STM32、数据采集卡及电容转换芯片实现了压电和电容阵列传感器复用选通、阵列数据采样传输显示控制。扩展阵列选通采样硬件提出实现了主阵列嵌入次级阵列非均匀阵列的分层控制选通方法。 （3）开发了阵列化传感数据的采集和分析软件系统。下位机软件控制压电阵列多路选通和多电容阵列同序选通采集分时数据传输，产生控制时钟信号，并配合同步触发采集卡压电采样，实现与电容采集芯片和上位机PC的通信接口控制。采用LabVIEW软件设计了同步控制软件配合下位机及选通电路的同步控制，并实现阵列传感数据采样处理存储及阵列采样各单元波形显示。 （4）对设计开发的智能蒙皮系统进行实验测试，综合实验测试显示所研发传感阵列采集系统可实现阵列各单元无干扰采样，验证了其用于压力分布采集的可行性。

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摘 要

Abstract

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题的背景、目的及意义

1.3 国内外智能蒙皮传感阵列采集系统研究概况

1.3.1 国内外智能蒙皮研究概况

1.3.2 国内外传感器阵列采集系统研究概况

1.4 本文主要研究内容

2 柔性压电电容传感器阵列设计制备

2.1 柔性压电传感器阵列设计

2.1.1 压电传感器原理

2.1.2 压电材料分析与选用

2.1.3 压电阵列传感器设计

2.1.4 压电阵列传感器制备

2.2 柔性电容传感器阵列设计

2.2.1 电容传感器原理

2.2.2 变极距电容传感器介电材料分析与选用

2.2.3 电容阵列传感器设计

2.2.4 电容阵列传感器制备

2.3 本章小结

3 传感器阵列采集硬件系统设计

3.1 阵列采集硬件系统架构

3.2 压电传感器阵列采集模块

3.2.1 压电阵列选通控制芯片选型

3.2.2 4-8分频压电阵列选通控制电路设计

3.2.3 压电信号放大电路设计

3.2.4 数据采集卡选用

3.3 电容传感器阵列采集模块

3.3.1 CDC转换芯片选型及工作原理

3.3.2 电容阵列选通控制芯片选型

3.3.3 电容阵列选通控制电路设计

3.3.4 多阵列同序采集分时传输

3.4 主控器STM32及控制端口设计

3.5 非均匀阵列采集功能扩展

3.6 系统采样硬件PCB设计

3.7 本章小结

4 系统采集控制软件设计

4.1 主控芯片STM32控制软件设计

4.1.1 控制软件框架

4.1.2 系统控制软件初始化

4.1.3 电容阵列采样控制

4.1.4 压电阵列采样控制

4.2 基于LabVIEW采集系统软件设计

4.2.1 采集系统软件总体架构

4.2.2 系统软件启动

4.2.3 STM32-LabVIEW串口数据通信

4.2.4 合法数据库表名查重检测

4.2.5 阵列采集控制初始化

4.2.6 压电阵列数据采集控制

4.2.7 电容阵列数据采集控制

4.2.8 系统存储数据库操作

4.3 本章小结

5 系统实验测试

5.1 压电阵列采集测试

5.1.1 压电采集测试采集系统标定

5.1.2 2X2阵列单元识别测试

5.1.3 4X4压电阵列单元测试

5.2 电容阵列采集测试

5.2.1 电容采样标定

5.2.2 指尖电容采样测试

5.2.3 电容阵列采集测试

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致 谢

参考文献

附 录 攻读硕士学位期间取得的成果