本文關(guān)鍵詞：嵌入式鋼軌振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著既有鐵路線路的普遍提速以及新型高速列車的不斷出現(xiàn),以大型探傷車為主、小型探傷儀為輔的傳統(tǒng)鐵路軌道探傷方式由于其自身因素的限制,無法滿足高速鐵路發(fā)展的安全需求。一直以來,振動(dòng)測(cè)量和信號(hào)分析作為故障預(yù)測(cè)和維修的主要手段已成功應(yīng)用于多種工業(yè)領(lǐng)域,但在鐵路安全檢測(cè)方面的運(yùn)用仍處于基礎(chǔ)研究階段。因此,如何利用振動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)一種新的鋼軌探傷方式,實(shí)現(xiàn)鐵路鋼軌狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè),是鐵路安全檢測(cè)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究課題。而近年來,無線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展,使得獲取大量有關(guān)鋼軌振動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)鋼軌狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)成為可能。本文基于Zigbee無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了嵌入式鋼軌振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)具有實(shí)時(shí)、定時(shí)和觸發(fā)三種采集模式,通過遠(yuǎn)程控制方式可實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)裙δ堋?設(shè)計(jì)了具有多個(gè)量程的差分輸入通道的放大調(diào)理電路;搭建了二階巴特沃斯低通濾波器電路,實(shí)現(xiàn)硬件抗混疊濾波；利用∑-Δ型24位高精ADC實(shí)現(xiàn)了電壓信號(hào)的量化采集,保證了節(jié)點(diǎn)的采樣精度和分辨率;以基于Cortex-M3架構(gòu)的STM32F103VE微處理器作為控制核心,配合大容量NAND FLASH存儲(chǔ)芯片和高增益Zigbee模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理和無線傳輸。 在設(shè)計(jì)基本的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸程序的基礎(chǔ)上,加入了FIR數(shù)字低通濾波和數(shù)據(jù)重采樣算法,彌補(bǔ)了硬件二階巴特沃斯低通濾波器的不足,降低了硬件電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度和制作成本；提出了“數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)再處理”的程序方案,在采用較高階數(shù)數(shù)字濾波器,減小信號(hào)幅值衰減和縮小通帶寬度的同時(shí),有效緩解了FIR濾波算法對(duì)處理器的壓力；在用于軟件的遠(yuǎn)程維護(hù)和功能擴(kuò)展的遠(yuǎn)程固件升級(jí)程序中,對(duì)傳統(tǒng)的更新引導(dǎo)機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn),并且充分利用了處理器的多種硬件異常中斷,編寫了用于更新引導(dǎo)異常處理程序,提升了遠(yuǎn)程固件升級(jí)程序的可靠性；采用了數(shù)據(jù)無線傳輸丟失補(bǔ)包策略,配合改進(jìn)后的數(shù)據(jù)幀格式,進(jìn)一步保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明,節(jié)點(diǎn)綜合性能達(dá)到初期設(shè)計(jì)目標(biāo),具有一定的抗干擾能力和可擴(kuò)展性,適用于鋼軌振動(dòng)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè),可為鋼軌動(dòng)態(tài)特性分析提供大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)進(jìn)一步研究和利用鋼軌動(dòng)態(tài)性能具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：無線通信 嵌入式技術(shù) 鋼軌振動(dòng) FIR數(shù)字濾波 遠(yuǎn)程升級(jí)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TH825
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 課題背景及其研究意義10
• 1.2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 課題來源12
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容12-15
• 2 嵌入式鋼軌振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)15-29
• 2.1 節(jié)點(diǎn)硬件總體架構(gòu)15
• 2.2 前端信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)15-21
• 2.2.1 放大電路設(shè)計(jì)16-18
• 2.2.2 濾波電路設(shè)計(jì)18-21
• 2.2.3 基準(zhǔn)電壓電路設(shè)計(jì)21
• 2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)21-23
• 2.4 數(shù)字部分電路設(shè)計(jì)23-28
• 2.4.1 處理器模塊23-25
• 2.4.2 外部存儲(chǔ)器接口電路25-27
• 2.4.3 Zigbee通信模塊接口電路27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 3 嵌入式鋼軌振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)29-52
• 3.1 節(jié)點(diǎn)軟件總體設(shè)計(jì)29-31
• 3.1.1 節(jié)點(diǎn)軟件開發(fā)環(huán)境29
• 3.1.2 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)要求29-30
• 3.1.3 節(jié)點(diǎn)軟件總體流程30-31
• 3.2 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)31-35
• 3.2.1 AD數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)31-33
• 3.2.2 環(huán)形緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)33-35
• 3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)35-38
• 3.3.1 NAND FLASH的存儲(chǔ)空間劃分35
• 3.3.2 NAND FLASH壞塊動(dòng)態(tài)管理35-38
• 3.4 數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)38-44
• 3.4.1 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)39-43
• 3.4.2 FIR濾波算法及重采樣程序設(shè)計(jì)43-44
• 3.5 通信程序設(shè)計(jì)44-47
• 3.5.1 通信數(shù)據(jù)幀設(shè)計(jì)44-45
• 3.5.2 串口驅(qū)動(dòng)程序編寫45-47
• 3.6 遠(yuǎn)程升級(jí)程序設(shè)計(jì)47-51
• 3.6.1 微處理器內(nèi)部FLASH區(qū)域劃分47-48
• 3.6.2 更新引導(dǎo)程序設(shè)計(jì)48-49
• 3.6.3 異常處理程序設(shè)計(jì)49-50
• 3.6.4 更新數(shù)據(jù)包丟失補(bǔ)包策略50-51
• 3.7 本章小結(jié)51-52
• 4 節(jié)點(diǎn)性能測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)52-62
• 4.1 節(jié)點(diǎn)靜態(tài)精度測(cè)試實(shí)驗(yàn)52-56
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方案設(shè)計(jì)52-53
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析53-56
• 4.2 節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)頻響測(cè)試實(shí)驗(yàn)56-59
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方案設(shè)計(jì)56-57
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析57-59
• 4.3 節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試59-61
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方案設(shè)計(jì)60
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況67-68
• 致謝68-69

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張志新;邱奇;劉沖;宋麗青;王天嬈;;無線傳感節(jié)點(diǎn)的濾波處理探究[J];電子測(cè)試;2013年11期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 顏廷萌;可遠(yuǎn)程更新的鋼軌應(yīng)變與溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)研究[D];大連理工大學(xué);2013年

2 徐紹杰;分布式鐵路鋼軌監(jiān)測(cè)的WebGIS系統(tǒng)開發(fā)[D];大連理工大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：嵌入式鋼軌振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號(hào)：281662