机械专业综合实验：无线测试系统实验报告

无线测试系统综合实验报告实验名称：无线测试系统综合实验组员姓名及学号：学院名称：指导老师：实验日期：2015年11月26日实验目的本实验的主要目的：了解无线传感器网络学习无线应变节点，无线加速度节点，无线网关的使用。学习无线传感器网络采集及分析软件的使用。学习组建无线网络，完成悬臂梁应力及频率测量，完成压力传感器标定，及荷重测量。比较无线测试与有线测试的区别。二、 实验原理无线传感器网络是大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的形式构成的无线网络，其目的是协作的感知采集，处理和传输网络覆盖地区内感知对象的监测信息，报告给用户。本实验测试系统采用ZigBee，它是一种新兴的短距离，低复杂度，低功耗，低数据率,低成本的无线网络技术，它依据IEEE802.15.4标准，在若干个微小的传感器之间相互协调，实现通信，可使用的频段有3个，分别是2.4GHz的ISM频段，欧洲的868MHz频段，以及美国的915MHz频段，不同的频段可使用的信号分别是16，1，10个。实验原理图如下：PC其他类型网络比如工业以太网天线ZigBee收发模块ZigBee模块 FFDLUSB .ZigBee协议的8位低功耗MCU-b串口SPIPC其他类型网络比如工业以太网天线ZigBee收发模块ZigBee模块 FFDLUSB .ZigBee协议的8位低功耗MCU-b串口SPIX11111ZigBeeSPI广YZigBee/.协议的8:11收发模块L——>位低功耗1111MCUVx kl天线ZigBee模块'FFD/RFD:L阀位及控制信号,1y1流量信号、1流量传感器■J1温度信号压力传感器压力信号阀门ZigBee实验原理图ZigBee网络主要由三种设备协调配合工作完成信息的收发、传输和计算。ZigBee网络协调器包含所有的网络信息，主要完成发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。ZigBee全功能设备模块（FFD）担任网络协调者，形成网络，可以跟其它FFD或精简功能装置（RFD）连接。FFD具备控制器的功能，可以提供信息的双向传输。ZigBee精简功能装置（RFD）主要是发送信息给FFD或从FFD处接收信息。本次实验采用星状网拓扑结构，使多个无线传感器节点（即ZigBee中精简功能装置RFD）通过网关（即全功能设备模块FFD）与电脑（即网络协调器）进行无线通讯实现实验数据的收发、传输和计算，见下图。三、 实验设备CSY2000系列传感器与检测技术实验台、SG402无线应变节点、A302加速度节点、无线网关S903、戴尔计算机、悬臂梁、应变片、活塞式压力计YU-600、自制荷重装置。四、 实验框图|荷垂传寻签欝鈕节亡（眸片桥|荷垂传寻签欝鈕节亡（眸片桥）U'ataexp戯癖妙:件礎圧力计实验数据曲线与表格悬臂梁应变测量数据分析SOO5W4.NWurn000ODOOfl1dD(].^»O3<]D04000.500DGEUO7mSOO5W4.NWurn000ODOOfl1dD(].^»O3<]D04000.500DGEUO7maADODKd1DCOI1C01^DI300I-MD1ED01j6(»17DO11SK2DCM：2.10fl 130flP——工话门•血直貝贯促女r——曲I划12«越讯*0口亦图图1应变片测得的悬臂梁特性数据曲线-?n-—-OKIaD00<11tlD<1.310D-?n-—-OKIaD00<11tlD<1.310DJQOO4D0D.^DO0GEHOOBOOOMD1OE1」DCM.泗14KM£d1KOITOD1SflDI900?CUD21Ki2；3K2JKiQ'□v—sen誉谆妙砂姒——K>K-1I曲——BI51I^WBJdfiXK.图图2无线加速度节点测得的悬臂梁特性数据曲线ITFlLU4.44)04000.4MI iMi£W QSiA、沁iM24001AM iJWS.-Wj側ITFlLU4.44)04000.4MI iMi£W QSiA、沁iM24001AM iJWS.-Wj側9财*朋+JM壘期4.Mt耳側IWIMil呻¥^―扭!弼1SMMHX4313V 血I卵SfigMUTioiEJ •:riri5WZufXw.图3对悬臂梁进行的频谱分析图4利用excel直线拟合功能计算非线性误差2.压力传感器特性测量数据分析F——:K?l刽I2WHM5己衣P XH51I2WHM4OT3J5I3：fidOWfidO.DOQQ/1QDQ2000.3QDD.SDODJEDOOTOQQJ9DOD.Kfl'1DO01.1C01JMD1.Ml1JQD1.SDO1£®12.压力传感器特性测量数据分析F——:K?l刽I2WHM5己衣P XH51I2WHM4OT3J5I3：fidOWfidO.DOQQ/1QDQ2000.3QDD.SDODJEDOOTOQQJ9DOD.Kfl'1DO01.1C01JMD1.Ml1JQD1.SDO1£®1.70011flK2JXH2.101220023MPii；I图5压力传感器特性数据曲线7OTGOTO500加4CG100压力计的标定y=214.BSjc-5.5011>*压A91litCMpa)E200图6利用excel直线拟合功能计算非线性误差实验加载砝码（Kg）012345加载（陆）1.15156.23304.63448.73599.52748.4卸载（陆）2.58154.8305.58449.69600.95745.06灵敏系数（陆/Kg）155.08148.4144.1150.79悬臂梁频率（Hz）8.456.415.514.914.43回程误差（应变）-1.431.43-0.95-0.96-1.433.34加速度计测得的频率（Hz）8.56.355.574.984.49非线性误差（％）0.419

表2活塞压力计测量实验数据压力测试（Mpa）00.511.522.53加载（陆）12.1993.31202.1307.08417.78537.55646.82卸载（陆）10.28108.58214.51320.44431.14540.89642.05灵敏系数（陆/Kg）162.24217.58209.96221.4239.54218.54回程误差1.91-15.27-12.41-13.36-13.36-3.344.77非线性误差（％）2.8033.■i3.■i荷重测量数据分析P——2Cr15ii；WSjw*»i為omhiGDOOfl1tlD<1.^100SflD04000.5000GEHO701□ADOD90tl1DCdI1CG1：a]QI300I-HD1 7K1^1SK2000:2.100：£XC330fl5101520荷重测试-ioao加-1500-3000-3500-4000y=-123.a3x-O.9W荷重刻iit(Ke)载一-2000E-25005101520荷重测试-ioao加-1500-3000-3500-4000y=-123.a3x-O.9W荷重刻iit(Ke)载一-2000E-2500图8利用excel直线拟合功能计算非线性误差表3自制荷重装置测量数据荷重测试（Kg）02.557.51012.5加载（陆）-0.54-325.21-650.68-975.16-1299.6-1623.5卸载（陆）-0.14-325.01-649.09-974.36-1298.6-1623.9回程误差-0.4-0.2-1.59-0.8-10.4灵敏系数（陆/Kg）-129.868-130.188-129.792-129.776-129.56荷重测试（Kg）1517.52022.52527.5加载（陆）-1948.2-2272.9-2597.3-2922.4-3245.7-3572卸载（陆）-1949-2271.5-2597.9-2922