本文關鍵詞：分布式振動傳感定位視頻監(jiān)控技術

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【摘要】：現(xiàn)代視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展日新月異,已出現(xiàn)網(wǎng)絡化、協(xié)同融合等諸多優(yōu)良特點,在視頻監(jiān)控中融入更多傳感元素和結合更多監(jiān)測角度,實現(xiàn)更加豐富的監(jiān)控功能,可以更為便捷、實時、直接地起到安全監(jiān)控作用,不斷受到足夠重視和廣泛關注。壓電鋯鈦酸鉛陶瓷Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)材料,因其使用成本低、頻率響應好等,不僅可以用來發(fā)電,而且還能用來探測振動信號。將壓電材料應用于分布式無線傳感網(wǎng)絡定位的視頻監(jiān)控系統(tǒng),不僅能夠很好地解決傳感器節(jié)點供電問題,而且還能被放置于一定環(huán)境中,用來解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的實時定位監(jiān)控報警的問題。因此,本文基于分布式壓電陶瓷振動無線傳感網(wǎng)絡,開展了分布式振動傳感定位視頻監(jiān)控技術的研究,主要內(nèi)容如下:(1)針對壓電矩形懸臂梁結構及圓形蜂鳴片結構兩種典型結構,運用ANSYS有限元分析方法建立模型,對懸臂梁長度、質量塊位置(或金屬墊片位置)、電路連接方式等主要振動影響因素進行了詳細分析,以有效調節(jié)其振動頻率,研究其在不同模態(tài)下的振動情況,并通過實驗驗證了理論仿真的正確性。(2)設計了壓電發(fā)電裝置及壓電測振裝置,并對頻率調節(jié)及阻抗匹配進行了實驗研究,分析了壓電發(fā)電輸出響應情況。在系統(tǒng)功耗分析的基礎上,提出了以壓電發(fā)電裝置俘獲、儲存環(huán)境振動能量為節(jié)點供電的傳感器電源方案以及具有一定環(huán)境適用性的壓電振動檢測方案,設計了壓電傳感器的電源模塊及測振模塊。(3)本文提出了以壓電傳感器探測振動及編號定位、PC監(jiān)控終端解碼報警、電機控制攝像頭定位旋轉的方式實現(xiàn)定位輔助監(jiān)控的視頻監(jiān)控方法。從整體上設計了分布式振動傳感定位視頻監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)主要包括PC監(jiān)控終端、壓電傳感器節(jié)點和視頻監(jiān)控模塊三部分。其中,壓電傳感器節(jié)點以MSP430F5738為處理芯片,包括壓電測振、單片機處理、無線射頻及電源模塊;壓電傳感器節(jié)點與PC之間采用無線射頻通信;PC監(jiān)控終端采用MATLAB串口編程;視頻監(jiān)控模塊包括步進電機、電機驅動控制模塊、攝像頭及電源模塊。經(jīng)實驗測試,系統(tǒng)整體工作準確率良好,能夠有效探測入侵目標振動,解決了傳統(tǒng)監(jiān)控中的實時定位報警處理的問題。
【關鍵詞】：壓電陶瓷 壓電傳感器 振動 定位 視頻監(jiān)控
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN948.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 視頻監(jiān)控技術發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1.1 發(fā)展歷程12-13
• 1.2.1.2 應用研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 壓電傳感技術在安全監(jiān)控系統(tǒng)中的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 壓電發(fā)電技術在WSN中的應用15-19
• 1.3 論文內(nèi)容安排19-20
• 第二章 理論基礎20-30
• 2.1 壓電理論20-26
• 2.1.1 壓電效應20-21
• 2.1.2 壓電方程21-23
• 2.1.2.1 本構方程21-22
• 2.1.2.2 邊界條件22-23
• 2.1.3 壓電振子模型23-25
• 2.1.3.1 基本結構23
• 2.1.3.2 工作模式23
• 2.1.3.3 振動模態(tài)23-24
• 2.1.3.4 支撐方式24-25
• 2.1.4 壓電材料諧振特性25-26
• 2.1.4.1 等效電路25
• 2.1.4.2 特征頻率25-26
• 2.2 有限元方法26-28
• 2.2.1 FEA基本思想26-27
• 2.2.2 ANSYS壓電分析流程27-28
• 2.3 MATLAB串口通信28-29
• 2.3.1 MATLAB串口28-29
• 2.3.2 串口通信方法29
• 2.4 本章小結29-30
• 第三章 壓電材料ANSYS有限元分析與優(yōu)化30-44
• 3.1 壓電懸臂梁振動模型及頻率調節(jié)30-31
• 3.2 壓電矩形懸臂梁結構有限元分析31-38
• 3.2.1 懸臂梁有限元模型建立31-33
• 3.2.1.1 建立幾何模型31-32
• 3.2.1.2 材料參數(shù)設定32
• 3.2.1.3 選取單元類型32-33
• 3.2.1.4 劃分網(wǎng)格33
• 3.2.2 懸臂梁長度33-37
• 3.2.3 質量塊位置37-38
• 3.2.4 電路連接方式38
• 3.3 壓電蜂鳴片振動模型及頻率調節(jié)38-39
• 3.4 壓電圓形蜂鳴片結構有限元分析39-43
• 3.4.1 蜂鳴片有限元模型建立39-41
• 3.4.1.1 建立幾何模型39
• 3.4.1.2 材料參數(shù)設定39-40
• 3.4.1.3 選取單元類型40-41
• 3.4.1.4 劃分網(wǎng)格41
• 3.4.2 金屬墊片位置41-43
• 3.5 本章小結43-44
• 第四章 壓電發(fā)電與測振裝置設計及實驗44-57
• 4.1 壓電懸臂梁發(fā)電實驗44-48
• 4.1.1 實驗裝置設計及頻率調節(jié)44-45
• 4.1.2 發(fā)電功率測試與阻抗匹配45-48
• 4.2 壓電傳感器節(jié)點供電設計48-52
• 4.2.1 功耗分析48-49
• 4.2.2 整流和儲能電路設計49-50
• 4.2.3 DC-DC穩(wěn)壓電路設計50-52
• 4.3 壓電測振模塊設計52-55
• 4.3.1 實驗裝置設計及頻率調節(jié)52-54
• 4.3.2 檢測電路54
• 4.3.3 測振實驗54-55
• 4.4 本章小結55-57
• 第五章 分布式振動傳感定位視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計與測試57-83
• 5.1 系統(tǒng)總體設計57-58
• 5.2 壓電傳感器節(jié)點設計58-67
• 5.2.1 單片機處理模塊58-63
• 5.2.1.1 單片機最小系統(tǒng)58-60
• 5.2.1.2 檢測流程60-63
• 5.2.2 無線射頻模塊63-65
• 5.2.2.1 通訊方式選擇63
• 5.2.2.2 模塊主要參數(shù)63-64
• 5.2.2.3 數(shù)據(jù)傳輸格式64-65
• 5.2.3 PCB設計65-67
• 5.3 視頻監(jiān)控模塊設計67-72
• 5.3.1 步進電機及驅動控制67-68
• 5.3.2 通訊數(shù)據(jù)格式68-70
• 5.3.3 旋轉定位算法70-72
• 5.4 PC監(jiān)控終端設計72-77
• 5.4.1 GUI界面功能72-73
• 5.4.2 終端監(jiān)控流程73-77
• 5.5 系統(tǒng)測試與分析77-82
• 5.5.1 模擬實驗系統(tǒng)搭建77-78
• 5.5.2 系統(tǒng)模擬測試目標78
• 5.5.3 振動檢測范圍測試78-80
• 5.5.4 環(huán)境適用性測試80-82
• 5.6 本章小結82-83
• 第六章 總結與展望83-85
• 6.1 總結83
• 6.2 展望83-85
• 致謝85-86
• 參考文獻86-91

【參考文獻】

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本文編號：1063473