PVDF传感器和WSN的振动信号测量系统

2软件设计

2.1信号采集与数据传输程序设计

振动信号无线测量系统的数据采集与无线传输模块负责将PVDF传感器采集到的振动信号（经调理电路预处理）传输至主控单元，其程序流程如图5所示。主控单元相应地进行数据接收、存储并显示输出，其程序流程如图6所示。


图5,6 数据采集与传输，接受流程图

2.2数据接收程序设计

主控单元通过无线模块接收来自振动信号测量模块的数据，其软件流程如图6所示。对nRF2401进行初始化设置为接收模式，将采集到的数据送入Cortex-M3微控制器的GPIO端口，同时连接示波器显示信号波形，以检查数据是否成功接收。

3测量结果

主控节点通过无线收发模块接收来自振动信号测量模块的数据，存储到SD卡中。为了观察振动信号，主控单元将接收的数据通过控制器端口输出，经电平转换后由示波器显示输出。本实验按振动的强弱程度分为两种情况：轻微振动以及较大振动情况下波形的变化。采集的振

动信号曲线分别如图7（a）、（b）所示。


图7 振动信号采集结果

从图7（a）、（b）中可以观察出，在不同振动强度下，压电薄膜传感器所对应的输出电压不相同，并且振动强度越大，压电薄膜传感器所对应的输出电压越大。同时，实验研究表明，压电薄膜传感器的输出电压与振动强度有很好的线性关系，因此可以根据传感器的信号判断振动强度。

结语

本文研制了一种基于压电薄膜（PVDF）传感器以及无线传输的振动信号测量系统，以满足大型负复杂结构中振动传感器阵列对多点信号实时传输的要求。该系统包含振动信号采集模块及主控单元，前者集成了振动信号调理电路、ATmega 8A微处理器以及nRF24L01无线传输模块，用于采集来自PVDF传感器的振动信号以及实现信号调理和无线传输功能；后者包括Cortex-M3微控制器、SD卡和无线接收模块，用于实现传感器数据的接收和存储。

本系统具有结构简单、体积小、成本低、通信距离较远、抗干扰能力强等特点。实验结果表明，本系统能够实现准确的振动信号测量以及实时、可靠的数据传输，因而可以广泛应用在工程、科研及医疗等领域。