水电工程安全监测数据采集系统的设计与实现

【摘要】：水是可再生的清洁资源,开发水电资源,既可以减少煤、石油等矿物质资源的消耗,产生经济效益;又可以保护环境,实现可持续发展。随着我国水电事业的发展,水电工程的安全监测也变得越来越重要。针对水电工程的具体情况和特点来设置相应的安全监测项目,对水电工程设施的应力应变、渗流等进行连续而全面的监测,对于保证水电工程的安全具有重要意义。 本论文的主要研究对象是水电工程中常用的振弦式传感器和差动电阻式传感器,这两类传感器具有结构简单、测量准确、能适应恶劣环境、性价比高、使用寿命长等优点,在水电工程项目中有着广泛的应用。针对这两类传感器的特点,本论文提出了对两类传感器进行数据采集的具体方案。目前,振弦式传感器激励主要有高压拨弦和低压扫频激励两种方式。本论文综合了高压拨弦和低压扫频激振两种方法的优点,提出了反馈式激振法,即先通过低压拨弦方式对传感器进行预激振,将激振后得到的频率f1反馈给激振电路,再次激振时激振电路把f1作为输出频率,由于频率f1和钢弦的共振频率已非常接近,钢弦到达共振状态所需时间很短,振幅大且衰减慢,能有效提高测量精度。对于差动电阻式传感器,信号采集的主要思路是单片机对AD转换芯片设置需要的波特率,利用单片机IO口控制打开或关闭模拟开关通道,并通过IO口来采集AD转换后的数据。 本论文的主要研究成果是完成了水电工程安全监测数据采集系统的硬件设计和软件设计,提出了振弦式传感器的反馈式激振法,改进了传感器的测量策略,最终数据采集系统实现了对振弦式传感器和差动电阻式传感器的测量点的实时监测。本论文还提出了一个无线传输的方案,采用该方案实现数据的无线传输,对于提高系统的适应性、扩展性、经济性等都有着积极的意义。 【关键词】：数据采集系统 振弦式 差动电阻式 MSP430 无线传输
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TV698.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-12
• 1.1 研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10
• 1.3 研究内容10-12
• 第2章 水电工程安全监测数据采集系统的方案设计12-22
• 2.1 振弦式传感器和差动电阻式传感器测量原理12-15
• 2.1.1 振弦式传感器测量原理12-13
• 2.1.2 差动电阻式传感器测量原理13-15
• 2.2 水电工程安全监测数据采集系统的结构设计15-19
• 2.2.1 中央处理单元16
• 2.2.2 供电单元16
• 2.2.3 差动电阻式传感器采样单元16-17
• 2.2.4 振弦式传感器采样单元17
• 2.2.5 地址译码及通道切换、实时时钟及数据存储单元17
• 2.2.6 通信单元17-19
• 2.3 水电工程安全监测数据采集系统的擦采集方案19-22
• 2.3.1 振弦式传感器信号采集方案19-21
• 2.3.2 差动电阻式传感器信号采集方案21-22
• 第3章 水电工程安全监测数据采集系统的硬件设计22-39
• 3.1 中央处理单元22-24
• 3.2 供电单元24-25
• 3.3 实时时钟单元25-26
• 3.4 数据存储单元26-27
• 3.5 地址译码与通道切换单元27-29
• 3.6 通信单元29-33
• 3.6.1 RS-485通信单元29-31
• 3.6.2 CAN通信单元31-33
• 3.7 振弦式传感器采样单元33-34
• 3.8 差动电阻式传感器检测单元34-39
• 3.8.1 AD797芯片34-35
• 3.8.2 AD7711A芯片35-37
• 3.8.3 ADuM1200芯片37-39
• 第4章 水电工程安全监测数据采集系统的软件设计39-53
• 4.1 水电工程安全监测数据采集系统各单元功能实现39-45
• 4.1.1 中央处理单元39-40
• 4.1.2 实时时钟单元40-41
• 4.1.3 数据存储单元41-42
• 4.1.4 地址译码及通道切换单元42-43
• 4.1.5 通信单元43
• 4.1.6 差动电阻式传感器采样单元43-45
• 4.2 本论文主要单元函数表45-47
• 4.3 单片机主程序设计47-53
• 4.3.1 初始化48-50
• 4.3.2 执行指令50-51
• 4.3.3 传感器采样的具体实现51-53
• 第5章 水电工程数据安全监测采集系统的采样分析53-57
• 5.1 振弦式传感器采样分析53-55
• 5.2 差动电阻式传感器采样精度分析55-57
• 第6章 无线传输方式57-62
• 6.1 GPRS概述57-58
• 6.2 GPRS电路设计58-60
• 6.2.1 电源供电电路58-59
• 6.2.2 开关机电路和天线连接电路59
• 6.2.3 指示灯电路59
• 6.2.4 SIM卡支持电路59-60
• 6.3 GPRS电路调试中使用指令60
• 6.4 GPRS功能实现60-62
• 第7章 结论与展望62-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果66-67
• 致谢67

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