摘 要

在大型建筑建造的安全监测中，安全数据检测的方法越来越受到重视。而这样的检测环境中往往对传感器的要求很高，例如需要在极寒、极热、潮湿等自然环境依然能保持很高的测量精度，而且一般建筑物的安全监测需要持续的时间很长，长时间的测量稳定性也是考察传感器优劣的重要参考指标，基于以上，以输出频率信号为特征的振弦传感器是最适合的应用对象。

振弦传感器已经发展出了很多种类型，本文先对这些类型进行介绍，并且根据其不同的工作原理选择适合本文研究的类型。对于这样一套系统，仅存在中枢控制系统和测量系统是远远不够的，还需要与外界以及计算机等设备进行通信的外部电路，包括最终需要显示测试结果的显示电路也是很重要的模块。软件设计采用C语言编写，发挥其模块化设计的优势,同时使设计的升级和后期的维护变得更加简单。测试结果表明,该系统的工程应用价值主要体现在其体积规模小，测量精度高，运行稳定，制作成本较低，接口通用，对于传感器的工作环境来讲是非常适合的。

关键词：振弦式传感器；频率；STM32；电路

Abstract

In the large building construction safety monitoring, data security detection method is more and more by attention . And such detection in the environment often requirements of sensor is very high, such as in extreme cold, extreme hot, humid environment can still maintain a high measurement accuracy, and safety monitoring of buildings need duration is very long, long time measuring stability but also examine the sensor of the merits of the important reference index , based on the above, the frequency output signal characteristics of vibrating wire sensors is the most suitable application object.

Vibrating wire sensors have developed many types, the first of these types are introduced, and according to the selection type suitable for the study of the different working principle. For such a system, there is only the central control system and measure system is not enough, but also the need for external communication with the outside circuit and computer etc. the equipment comprises a display circuit, eventually need to show the results of the test is very important. The software design module using C language, its modular design advantages, and make maintenance design upgrades and later become more simple. Test results show that the system of the engineering application value is mainly reflected in the volume of small scale high precision, stable operation, low production cost, general interface and is very suitable for sensor working environment.

Key words: vibrating wire sensor; frequency; STM32; circuit

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究目的和意义 1

1.2振弦式传感器优势 1

1.3国内外技术发展现状 2

1.4本文研究的内容 3

第2章 振弦式传感器的工作原理 4

2.1振弦式传感器特点 4

2.2振弦传感器的结构和工作原理 4

2.2.1振弦传感器测量压力的公式推倒 5

2.2.2振弦传感器的类型 8

2.3振弦传感器的应用 9

2.3.1 振弦式土压力计的结构 10

2.3.2 振弦式土压力计的工作原理 10

第3章 系统总体设计器件的选择 11

3.1主控方案选择 11

3.2电源的选择 11

3.3显示电路的选择 11

3.4系统总体方案 12

第4章 系统硬件设计 13

4.1 MCU外围电路设计 14

4.1.1 主控模块晶振电路设计 14

4.1.2 主控模块复位电路设计 14

4.2 电源电路设计 15

4.3 通讯电路 15

4.4 液晶显示模块设计 16

4.5 报警电路 18

第5章 系统的软件设计 20

5.1系统程序设计软件介绍 20

5.1.1.软件开发流程 20

5.2信号采集与处理软件设计 22

5.3实物测量结果 23

第6章 结论 25

参考文献 26

第1章 绪论

1.1 课题研究目的和意义

在大型建筑、桥梁等土木工程的监测中，对于它们的受力、形变等方面的检测方法一直是一项很有实用意义的研究课题^[[1]]，毕竟对建筑物的安全性能的监测直接关系到人民群众的生命财产安全，也关系到国家的重大利害。

电阻式传感器、感应式传感器等传统压力传感器，它们均输出模拟信号，模拟信号在传输过程中极容易失真。相比于模拟信号，另一种输出频率信号的传感器，即振弦传感器的优势就很明显，这些优势与计算机等数字处理技术结合起来就更加突出^[[2]]。总结出来这些优点就是：

1. 高精度和高分辨率；
2. 抗干扰性强使其具有极好的稳定性；
3. 更容易实现多点检测，并且不会影响信号质量；
4. 数字可以直接连接到电脑，对更复杂的数据进行处理；
5. 数字信号可以更直观的显示。

因此，对频率传感器与计算机等数字处理系统之间的联系的研究已经越来越受到专业领域的重视^[[3]]。

振弦式传感器相较于传统的传感器最大的不同就是，它输出的是频率信号^[[4]]，它具有很多其他类型的传感器所不具备的很多优势，例如信号稳定、测量精度、易于检测、分辨率高等等，所以这种传感器在国内外的应用越来越广泛。很多以振弦传感器为关键部件的测试仪器在保障人民群众安全和国家经济中占有重要的地位，振弦式传感器在现实中的应用例子有很多，例如在大坝内部进行应力自动监测时就取得了较好的应用效果,该传感器具有快速振动、测量值可靠等优点，是一种自动化程度较高的产品。

1.2振弦式传感器优势

振弦式传感器有良好的测量特性，其非线性特性可以小于0.1%，0.05%的灵敏度；和小于的温度误差。此外，传感器和测量电路的结构都相对简单。而且传感器有着独特的优越性，尤其是相较于那些在工程、科研中使用的传统电阻应变计优势更为明显: