【正文】 國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域、具有惡劣環(huán)境適應(yīng)能力、能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的加固計(jì)算機(jī)。采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)通信等）；撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文），繪制采集系統(tǒng)原理圖（1＃圖紙1張），檢測(cè)點(diǎn)分布圖（2＃圖紙1張），完成系統(tǒng)軟件流程圖1張；完成相關(guān)外文文獻(xiàn)閱讀和翻譯不少于5000字。磁力控制傳感器的研究。先進(jìn)的疲勞裂紋探測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)包括測(cè)橋梁裂紋的新型超聲波和磁分析儀系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)、便攜式聲發(fā)射系統(tǒng)、無(wú)線應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、微波探測(cè)和定量分析、無(wú)源疲勞荷載測(cè)量設(shè)備和電磁聲發(fā)射傳感器等。(2)橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)小波分析損傷識(shí)別法由于小波分析適合分析非平穩(wěn)信號(hào)，因此可作為損傷識(shí)別中信號(hào)處理的較理想的工具，用它來(lái)構(gòu)造損傷識(shí)別中所需要的特征因子，或直接提取對(duì)損傷有用的信息。一些新的方法被廣泛應(yīng)用于橋梁檢測(cè)，如利用相干激光雷達(dá)測(cè)試橋梁下部結(jié)構(gòu)的撓度，利用全息干涉儀和激光斑紋測(cè)量橋體表面的變形狀態(tài)，利用雙波長(zhǎng)遠(yuǎn)紅外成像檢測(cè)橋梁混凝土層的損傷，利用磁漏攝動(dòng)檢測(cè)鋼索、鋼梁和混凝土內(nèi)部的鋼筋等。本設(shè)計(jì)采用電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等，研究并設(shè)計(jì)橋梁安全狀態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為橋梁安全評(píng)判提供準(zhǔn)確的橋梁運(yùn)行數(shù)據(jù)，以便掌握橋梁運(yùn)行狀態(tài)。定期檢查也叫詳細(xì)檢查,可幾年一次(一至三年),或周期更長(zhǎng)一些(五至七年)一次。所以,確保建成的橋梁保持良好的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和正常的使用功能,當(dāng)務(wù)之急是及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期病害,在尚未出現(xiàn)更大的損傷之前采取維修養(yǎng)護(hù)措施,以控制病害發(fā)展或把病害清除，而要達(dá)到此目的就必須對(duì)橋梁進(jìn)行檢查。由于設(shè)計(jì)、施工和材料可能存在某些缺陷,而這些缺陷會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)先天存在著某些薄弱之處。在實(shí)際評(píng)估過(guò)程中，對(duì)中小橋梁與大型橋梁采取不同的評(píng)價(jià)方法，橋梁評(píng)估的方法大致可分為兩大類，一類是以承載能力評(píng)價(jià)為主的方法，一類是以狀態(tài)評(píng)價(jià)為主的綜合評(píng)價(jià)方法。橋梁檢測(cè)的對(duì)象有很大部分是舊橋，許多舊橋難以適應(yīng)新的使用要求，需要進(jìn)行橋梁健康和使用安全性檢測(cè)；對(duì)于現(xiàn)行建造的橋梁，由于新工藝、新材料的使用，同時(shí)橋梁規(guī)模也越來(lái)越大，因此大部分新橋也要求做檢測(cè)工作。我國(guó)傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)內(nèi)容較多，主要是包括外觀檢查和動(dòng)靜載試驗(yàn)。在大型橋梁評(píng)估研究中經(jīng)常采用的一種方法是在橋上建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)反映橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的特性參數(shù)進(jìn)行部分或全面監(jiān)測(cè)，然后以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)大型橋梁的安全性做出科學(xué)的評(píng)價(jià)。此外,橋梁在營(yíng)運(yùn)使用中又會(huì)受到不可避免的人為損傷及各種大自然侵蝕,帶來(lái)后天病害。橋梁結(jié)構(gòu)的檢查是保證橋梁正常使用、進(jìn)行維修加固的重要依據(jù)。定期檢查一般檢查要較為詳細(xì)地檢查橋梁結(jié)構(gòu)各個(gè)部位的使用狀況,必須采取接觸檢查,就是對(duì)結(jié)構(gòu)損壞部位進(jìn)行接觸量測(cè)、標(biāo)記、安設(shè)檢測(cè)儀器的檢查,需要?jiǎng)佑锰厥獾臋C(jī)械設(shè)備與測(cè)量?jī)x器。1．3課題研究現(xiàn)狀1．3．1橋梁檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀(1)橋梁無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)方法主要依賴于動(dòng)靜載試驗(yàn)和檢測(cè)人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)，輔以混凝土硬度實(shí)驗(yàn)、超聲波探測(cè)、腐蝕作用實(shí)驗(yàn)等多種檢測(cè)手段。隨著振動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型修正理論得到了充分的發(fā)展，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)開辟了新的途徑一。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷識(shí)別法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在損傷識(shí)別中的基本思路是：首先，用無(wú)損傷系統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，用適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法確定網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；然后，將系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)就有對(duì)應(yīng)的輸出，如果輸入過(guò)程是成功的，當(dāng)系統(tǒng)特性無(wú)變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出應(yīng)該吻合；相反，當(dāng)系統(tǒng)有損傷時(shí)，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出就有一個(gè)差異，這個(gè)差異就是損傷的一種測(cè)度。先進(jìn)的銹蝕探測(cè)和評(píng)估技術(shù)包括磁漏探測(cè)技術(shù)、探測(cè)先張法壓漿空隙的沖擊一反射系統(tǒng)、埋入式銹蝕微傳感器以及以磁為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)。用微波技術(shù)對(duì)疲勞裂紋進(jìn)行探測(cè)和定量分析。第二章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及工作原理2．1總體設(shè)計(jì)方案論證1. 基于工控機(jī)的橋梁采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(以下簡(jiǎn)稱工控機(jī))是工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備的核心。 工控機(jī)（IPC）是一種具備特殊性能的計(jì)算機(jī)，能在惡劣的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下,保證系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,并能承受環(huán)境中的高（低）溫、沖擊、振動(dòng)、電磁干擾、濕潤(rùn)、粉塵等不利因素。 　　2） 機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。另外，由于以上的專業(yè)特點(diǎn)，同層次的工控機(jī)在價(jià)格上要比普通計(jì)算機(jī)偏貴，但一般不會(huì)相差太多。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 （2）、中央處理單元(CPU) 　　中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。 　　為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。 （4）、輸入輸出接口電路 　　1．現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。1) 數(shù)據(jù)采集層涉及溫度、振動(dòng)、應(yīng)力傳感器,通過(guò)在PLC 通信控制設(shè)備中嵌入式編程,實(shí)現(xiàn)對(duì)各傳感器的數(shù)據(jù)采集,傳感器等待PLC 設(shè)備的數(shù)據(jù)垂詢命令并做出響應(yīng)。 方案三單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線感知系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。然后再由子系統(tǒng)到部件、部件到具體元器件的選擇和調(diào)試。單片機(jī)（SCM）是單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microputer）的簡(jiǎn)稱。目前，單片機(jī)在民用和工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用，早已深深地融入人們的生活中。只讀存儲(chǔ)器，定時(shí)器芯片和I/O接口電路集成于一個(gè)芯片上的微控制器。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍?！　纹瑱C(jī)是靠程序的，并且可以修改。單片機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是增強(qiáng)控制能力，滿足實(shí)時(shí)控制（就是快速反應(yīng)）方面的需要。單片機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來(lái)隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。4kbytes 程序存儲(chǔ)器(ROM) (52為8K)。2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)(52有6個(gè))。單一+5V電源供電。I/O口：四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出?！　∑瑑?nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。3)系統(tǒng)擴(kuò)展方便。由于“51系列單片機(jī)”有許多的優(yōu)點(diǎn)，并且在課堂上也學(xué)習(xí)過(guò)“51系列單片機(jī)”，故對(duì)其由很好的認(rèn)識(shí)和了解，可以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中能準(zhǔn)確的使用。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元，有較強(qiáng)的功能的AT89C51單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。P0口還能夠在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時(shí)激活內(nèi)部的上拉電阻。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖故可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。當(dāng)震蕩器工作時(shí)，RET引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。如果必要，可對(duì)特殊寄存器區(qū)中的8EH單元的D0位置禁止ALE操作。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF177。采用外部時(shí)鐘的電路如圖示。這兩種方式是控制專用寄存器PCON中的PD和IDL位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在閑散工作模式狀態(tài)，中央處理器CPU保持睡眠狀態(tài)，而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。程序會(huì)首先影響中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序，并緊隨RETI指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入閑散工作模式，那條指令后面的一條指令。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將從新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容，在VCC恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效切必須保持一定時(shí)間以使振蕩器從新啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。機(jī)密位只能通過(guò)整片擦除的方法清除。鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。有：獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。非編碼鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放的信息的獲取，鍵抖動(dòng)的消除，鍵值查找及一些保護(hù)措施的實(shí)施等任務(wù)，均由軟件來(lái)完成。抖動(dòng)過(guò)程引起電平信號(hào)的波動(dòng)，有可能令CPU誤解為多次按鍵操作，從而引起誤處理。軟件消抖：如果按鍵較多，硬件消抖將無(wú)法勝任，常采用軟件消抖。串鍵：是指同時(shí)有一個(gè)以上的鍵按下，串鍵會(huì)引起CPU錯(cuò)誤響應(yīng)。要有對(duì)按鍵釋放的處理，為了消除連擊，使得一次按鍵只產(chǎn)生一次鍵功能的執(zhí)行（不管一次按鍵持續(xù)的時(shí)間多長(zhǎng)，僅采樣一個(gè)數(shù)據(jù)）。鍵盤工作方式 單片及應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一。 鍵盤的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時(shí)掃描方式）、中斷掃描方式晶振有著不同使用要求及特點(diǎn)，通分為以下幾類：普通晶振、溫補(bǔ)晶振、壓控晶振、溫控晶振等。晶振全稱為晶體振蕩器（英文Crystal Oscillators），其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率 經(jīng)過(guò)頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。根據(jù)石英晶體的機(jī)電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路，即諧振回路。 　　晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。 　　晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。 ②調(diào)頻靈敏度：壓控晶體振蕩器變化單位外加控制電壓所引起的輸出頻率的變化量。雜波輸出信號(hào)中與主頻無(wú)諧波（副諧波除外）關(guān)系的離散頻譜分量與主頻的功率比，用dBc表示。對(duì)于高穩(wěn)定晶振，由于輸出頻率在較長(zhǎng)的工作時(shí)間內(nèi)呈近似線性的單方向漂移，往往用老化率（單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)頻率變化）來(lái)量度。用單邊帶噪聲與載波噪聲之比amp。（f）與噪聲起伏的頻譜密度Sφ（f）和頻率起伏的頻譜密度Sy（f）直接相關(guān)，由下式表示： f2S（f）=f02Sy（f）=2f2amp。無(wú)源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無(wú)源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。振蕩器直接應(yīng)用于電路中。計(jì)算機(jī)的計(jì)時(shí)器通常是一個(gè)精密加工過(guò)的石英晶體，石英晶體在其張力限度內(nèi)以一定的頻率振蕩，這種頻率取決于晶體本身如何切割及其受到張力的大小。這種方法使得對(duì)一個(gè)計(jì)時(shí)器進(jìn)行編程，令其每秒產(chǎn)生60次中斷(或者以任何其它希望的頻率產(chǎn)生中斷)成為可能。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一 個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。 晶振在應(yīng)用具體起到的作用，微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路；RC（電阻、電容）振蕩器。RC振蕩器能夠快速啟動(dòng)，成本也比較低，但通常在整個(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化。具有高Q值的晶振對(duì)放大器的選擇并不敏感，但在過(guò)驅(qū)動(dòng)時(shí)很容易產(chǎn)生頻率漂移（甚至可能損壞）。這些模塊自帶振蕩器、提供低阻方波輸出，并且能夠在一定條件下保證運(yùn)行。選擇振蕩器時(shí)還需要考慮功耗。在4MHz、5V電源下工作時(shí)。硅振蕩器的電源電流取決于其類型與功能，范圍可以從低頻（固定）器件的幾個(gè)微安到可編程器件的幾個(gè)毫安?！?分析整個(gè)振蕩槽路可知，利用Cv來(lái)改變頻率是有限的：決定振蕩頻率的整個(gè)槽路C=Cbe,Cce,Cv三個(gè)串聯(lián)后和Co并聯(lián)再和C1串聯(lián)。所以，Cv變大時(shí)，降低槽路頻率的作用越來(lái)越小，Cv變小時(shí)，升高槽路頻率的作用卻越來(lái)越大?！　『?jiǎn)單地說(shuō)，沒(méi)有晶振，就沒(méi)有時(shí)鐘周期，沒(méi)有時(shí)鐘周期，就無(wú)法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無(wú)法工作。如果一個(gè)單片機(jī)選擇了12MHZ晶振，它的時(shí)鐘周期是1／12us，它的一個(gè)機(jī)器周期是12(1／12)us，也就是1us。例如，當(dāng)需要計(jì)算DJNZ指令完成所需要的時(shí)間時(shí)，首先必須要知道晶振的頻率，設(shè)所用晶振為12MHZ，則一個(gè)機(jī)器周期就是1us。例如一個(gè)單片機(jī)選擇了12MHZ晶振，那么當(dāng)定時(shí)器的數(shù)值加1時(shí)，實(shí)際經(jīng)過(guò)的時(shí)間就是1us，這就是單片機(jī)的定時(shí)原理。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。 傳感器 傳感器的選型傳感器指能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。 　?、凵镱悾诿?、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。 分類　　可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：