选题背景及意义

随着人们对短距离无线通信速率要求的不断提高，UWB受到越来越多的关注。超宽带（Ultra Wideband）是一种无载波通信技术，UWB使用非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB技术的主要特点是传输速率高、空间容量大、成本低、功耗低等^[1]。数据收集是车身变形的可视化和分析研究中的很重要的一部分，如何建立一个通用，可靠和方便的数据采集系统是一项有意义和有必要的工作^[2]。

研究目的

本课题的研究目的就是通过快速、准确测量被测构件受到的应力和应变，分析构件的受力情况，验证设计方案的合理性，得到构件的负载谱。本课题的研究更好的满足了对目标大范围高精度的迫切需求，对准确测量车身结构应变具有重要意义，同时是保证无人平台可靠工作和后续对其进行结构优化的基础。

国内外研究现状

国外研究现状：在二十一世纪，传感器技术就是各国在高新科技开发方面争抢的重点之一，在二十世纪八十年代初，日本就把传感器技术作为高新技术发展的首要技术，英国等西方国家也把传感器技术作为了国防科技和国家技术发展的关键方面^[4]。军用方面：早在1965年，美国就确立了UWB的技术基础。在后来的二十年内，UWB技术主要用于美国的军事应用，其研究机构仅限于与军事相关联的企业以及研究机关、团体。美国国防部正开发几十种UWB系统，包括战场防窃听网络等。 民用方面：由于超宽带技术的种种优点使其在无线通信方面具有很大的潜力，近几年来国外对UWB信号应用的研究比较热门，主要用于通信、雷达(如车辆及航空器碰撞/故障避免，入侵检测和探地雷达等)以及精确定位。
国内研究现状：我们国家在二十世纪八十年代之后也把传感器技术列入重点发展的高新技术。在现代工程项目中，应变的测量分析逐步成为一个重要的方法，应用广泛；随着其重要性的日益增加，对于相应的设备要求也越来越高。应变测量系统重要的部分传感器，需要大量的线缆，同时带来一系列问题，因此有必要研发一种方便便捷、符合数据传输要求的无线数据通信技术。2001年9月初发布的“十五”863计划通信技术主题研究项目中，把超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容，鼓励国内学者加强这方面的研发工作。目前国内有很多家公司都在研究超宽带定位技术^[3]。

2. 研究的基本内容与方案

通过搜索查询相关资料，对在超宽带（UWB）基础上设计出的无线数据采集系统进行方案论证，证明其可行性。为了提高生产效率和生产质量，降低产品成本，需要设计出一块能满足技术要求，功能完善，布局合理且安全可靠，实用美观的电路图样。车辆在不同行驶工况下的车身结构应变的差异，可能会带来不同的影响，因此需要对不同行驶工况下的车身结构应变进行仿真，设计合理的测点布局方案。从车身各处粘贴的应变片可以实时获得车身的变形的测量值，搭建多节点无线数据采集系统，将所得数据无线发送至上位机，完成数据存储、显示和处理工作。最后进行系统联调，完成测试报告。

基本目标

本课题的目标是设计一个基于超宽带无线通信技术UWB的车身结构应变无线数据采集系统，利用粘贴在车身各处的应变片实时测量车身变形，采集实时应变电压信号,并无线发送至上位机，完成数据存储、显示和处理工作,证明该系统能准确的测试应变的变化，从而验证无线通信的准确性和可靠性。

拟采用的技术方案

系统应用无线通信收发技术和传感器技术实现了应变数据的采集和短距离内的数据传输。系统主要分为两部分，分别是应变数据的采集发射端和应变数据的接收端，通过无线数据通信技术完成二者之间的数据通信^[4]。

根据系统设计的总体方案，以单片机为核心设计无线应变测试节点电路，主要包括自动平衡电桥、放大滤波电路、无线传输电路和电源供电电路^[5]。利用电阻应变片将机械应变转换为电阻值的变化，再通过转换电路将电阻值的变化转变为电信号，测量仪器对电信号进行测量和处理，得到所需信号。本系统实现应变实时测试、数据的采集、无线发射等功能的设计^[6]。

2.1电阻应变片的选择

为了使传感器输出较大、测量精度高，尽可能选择稳定性好、灵敏度系数大的电阻应变片。本设计采用箔式应变片，因该应变片有线性度高、准确性好、散热性好等的优点。

2.2 电阻应变片放置位置

对车身结构在不同工况下进行分析，确定其中受力关系，制定分析方案。将复杂的作用关系转化为简单模型的受力关系，分析简化模型^[16]。操作ABQUS软件进行车身有限元仿真，初步确定车身应变较大部位，便于放置电阻应变片进行实测。

2.3应变测量电桥设计