本發(fā)明涉及一種應(yīng)用電阻式應(yīng)變片實(shí)現(xiàn)應(yīng)變信息檢測裝置，尤其是一種利用無線跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置及其跳頻擴(kuò)頻通信方法。

背景技術(shù)：

隨著德國“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”戰(zhàn)略的相繼提出，對制造業(yè)中的諸多機(jī)械設(shè)備的安全可靠性提出了更高要求。像輸電線路鐵塔、液壓支架、大型龍門吊、大型鐵索橋等基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)乎生產(chǎn)、民生大計，對其狀態(tài)進(jìn)行長期有效可靠地監(jiān)測與處理對安全隱患的排查顯得至關(guān)重要?，F(xiàn)有對于機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測主要是將應(yīng)變片貼附于待檢測的部件表面，然后通過引線連接至應(yīng)變儀，應(yīng)變片與其內(nèi)部電路構(gòu)成應(yīng)變電橋，根據(jù)應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)來測取檢測點(diǎn)的應(yīng)力變化。

在實(shí)際情況中，對各種設(shè)施設(shè)備進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測存在如下問題，由于待檢測部件的應(yīng)力檢測點(diǎn)數(shù)量龐大，通過引線的方式接入應(yīng)變儀，需要進(jìn)行復(fù)雜的接線工作；不同的應(yīng)變測試場合，要求的應(yīng)變靈敏度有所不同，應(yīng)變儀需針對不用的應(yīng)變測試場合設(shè)置復(fù)雜的電路來進(jìn)行匹配，操作繁瑣復(fù)雜；受制于應(yīng)變儀的采樣通道數(shù)量，應(yīng)變檢測點(diǎn)會大大減少。因此需要開發(fā)一種方便靈活的裝置并尋求一種可靠的傳輸方法對檢測點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)變檢測。

現(xiàn)有技術(shù)，“一種多通道微應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用無線交互單元”發(fā)明專利，公開了檢測領(lǐng)域的一種多通道微應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用無線交互單元，其位于多通道微應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各監(jiān)測點(diǎn)上，包括模擬開關(guān)集成電路、ZigBee通信模塊、RS232通信模塊、用于GPRS遠(yuǎn)程通信的DTU模塊和微處理器。該無線交互單元的無線通信方式有兩種，這兩種方式通過模擬開關(guān)集成電路進(jìn)行切換。一種通過ZigBee通信模塊進(jìn)行近距離無線組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，另一種通過RS232和DTU模塊以GPRS的方式與遠(yuǎn)程監(jiān)測站進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互。但是該多通道微應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并不涉及應(yīng)變采集電路，僅僅通過引入無線通信方式來實(shí)現(xiàn)應(yīng)變數(shù)據(jù)的無線傳輸，并沒有在無線傳輸?shù)目煽啃陨线M(jìn)行詳細(xì)敘述。

現(xiàn)有技術(shù)“微應(yīng)變檢測器無線傳輸模塊” 發(fā)明專利，公開了一種微應(yīng)變檢測器無線傳輸模塊，包括微應(yīng)變檢測器與接收模塊，微應(yīng)變檢測器與接收模塊是以藍(lán)牙作為無線信號傳輸媒介，接收模塊自動匹配不同感測單元的數(shù)據(jù)傳輸次序。但該發(fā)明所述的無線傳輸模塊并沒有詳細(xì)說明其應(yīng)變的采集電路以及在藍(lán)牙無線傳輸受阻狀態(tài)下的數(shù)據(jù)傳輸恢復(fù)能力。

現(xiàn)有技術(shù)“金屬結(jié)構(gòu)智能動態(tài)應(yīng)變遙測裝置” 發(fā)明專利，公開了一種金屬結(jié)構(gòu)智能動態(tài)應(yīng)變遙測裝置，其包括設(shè)置在起重機(jī)上的多個應(yīng)變計和無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)、無線參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程主機(jī)。該發(fā)明采用TDC技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)變信號的采集，無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)和無線參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程主機(jī)是通過內(nèi)置于無線節(jié)點(diǎn)中的GPRS/DTU模塊來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸，利用了GPRS公網(wǎng)硬件。但是該發(fā)明所述的金屬結(jié)構(gòu)智能動態(tài)應(yīng)變遙測裝置采用TDC技術(shù)檢測應(yīng)變，檢測靈敏度固定，應(yīng)變檢測實(shí)用范圍較為局限，而且數(shù)據(jù)無線傳輸受制于GPRS公網(wǎng)硬件設(shè)施。

現(xiàn)有技術(shù)“一種應(yīng)變采集電路系統(tǒng)及應(yīng)變采集方法”發(fā)明專利，公開了一種應(yīng)變采集電路系統(tǒng)及應(yīng)變采集方法。該系統(tǒng)包括恒流源電路、橋路配置電路、硬件調(diào)平電路、放大調(diào)理電路和AD采集電路。該專利的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于其硬件調(diào)平有效的零偏校正方法和橋路匹配電路的靈活性。該發(fā)明雖然具有橋路匹配的靈活特點(diǎn)，但是創(chuàng)新性還是局限于應(yīng)變采集電路的設(shè)計上，并沒有提出一種應(yīng)變數(shù)據(jù)對外傳輸?shù)挠行Х椒ā?/p>

上述現(xiàn)有技術(shù)中，無線應(yīng)變傳感裝置在使用靈活性和無線傳輸可靠性上仍存在一定的不足之處。因此，需要開發(fā)一種應(yīng)變檢測電路靈活可調(diào)、無線通信穩(wěn)定可靠的無線應(yīng)變傳感裝置，使之不僅能夠匹配不同類型的應(yīng)變片，適用于不同靈敏度的應(yīng)變檢測場合，而且能夠以一種可靠的無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)變數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)距離傳輸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置，以解決針對不同的應(yīng)變靈敏度檢測場合所需的無線應(yīng)變檢測電路匹配問題。同時，采用無線跳頻擴(kuò)頻的通信方式，一方面，增加了通信帶寬，提高了其抗干擾能力和抗衰落、多徑干擾能力，可使其應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境；另一方面，根據(jù)無線通信載波監(jiān)聽的特點(diǎn)，建立通信握手機(jī)制，設(shè)置特殊的無線數(shù)據(jù)幀，提高無線通信的可靠性和穩(wěn)定性，降低了無線發(fā)射模塊的功耗。

本發(fā)明的目的是通過如下措施來達(dá)到。

一種基于跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置，包括鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路、多種橋路選通電路、信號調(diào)理電路、CPU芯片及外圍電路、無線發(fā)射模塊電路；其特征在于：將所述鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路、多種橋路選通電路、信號調(diào)理電路、CPU芯片及外圍電路和無線發(fā)射模塊電路集成于一體，構(gòu)成跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置，用于檢測受力物應(yīng)變數(shù)據(jù)；

所述鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路是用于所述無線應(yīng)變傳感裝置中各模塊電路的供電；

所述多種橋路選通電路是用于不同應(yīng)變測量場合所需電橋橋路的選擇和橋路零飄校調(diào)；

所述信號調(diào)理電路是用于檢測到的微弱應(yīng)變信號放大、濾波和跟隨處理；

所述CPU芯片及外圍電路是用于信號調(diào)理電路輸出模擬信號的AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)高級處理以及和無線發(fā)射模塊之間的通信連接；

所述無線發(fā)射模塊電路是用于應(yīng)變數(shù)據(jù)的無線調(diào)制和發(fā)射，與無線接收模塊實(shí)現(xiàn)無線跳頻擴(kuò)頻通信。

進(jìn)一步的，上述裝置的附加技術(shù)特征如下。

所述鋰電池輸出電壓是12V，該電壓經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換芯片BA033T和BA05T構(gòu)成的電壓轉(zhuǎn)換電路，分別轉(zhuǎn)換為3.3V和5V，并穩(wěn)壓輸出，向各功能模塊供電。

所述多種橋路選通電路，通過選撥兩個撥碼開關(guān)來實(shí)現(xiàn)包括半橋單臂電橋、半橋雙臂電橋和全橋的選通，用于不同靈敏度要求的應(yīng)變測量場合。

所述CPU芯片是片上系統(tǒng)級芯片C8051F020，無線發(fā)射模塊的處理核心為挪威DORNIC公司的無線數(shù)傳芯片nRF905；二者通過SPI通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制命令的讀寫，完成應(yīng)變數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和發(fā)送。

上述一種基于跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置，跳頻擴(kuò)頻通信方法是應(yīng)用于無線應(yīng)變收發(fā)模塊之間通信方法，所述通信方法如下：

所述無線應(yīng)變收發(fā)模塊是以C8051F020和nRf905無線收發(fā)芯片構(gòu)成硬件支持，無線應(yīng)變收發(fā)模塊之間基于載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞避免CSMA/CA協(xié)議，采用DATA/ACK兩次握手機(jī)制進(jìn)行無線通信，無線通信數(shù)據(jù)幀包括應(yīng)變數(shù)據(jù)幀DATA和數(shù)據(jù)確認(rèn)幀ACK；

所述應(yīng)變數(shù)據(jù)幀和數(shù)據(jù)確認(rèn)幀格式的特征在于：

DATA：目的地址+源地址+66H+data+time_d+ index_ch；

ACK：目的地址+源地址+77H+time_f+ index_ch；

其中，time_d表示無線接收模塊接收DATA幀的處理時間，time_f表示預(yù)估等待時間，即發(fā)送模塊在接收ACK后進(jìn)入下次發(fā)送模式的睡眠時間，index_ch表示通信信道索引號；

所述無線收發(fā)芯片nRF905工作于433MHz頻段，采用4個信道進(jìn)行通信，分別為初始信道427MHz（0）和備用信道431MHz（1）、435MHz（2）、439MHz（3），其中0，1，2，3分別為信道索引號，無線收發(fā)模塊上電后均工作于初始信道0，在通信失敗或者受到干擾時則進(jìn)行信道跳轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，上述方法的附加技術(shù)特征如下。

所述無線通信的過程是無線發(fā)射模塊在初始信道0偵聽到信道空閑時，先向無線接收模塊發(fā)送應(yīng)變數(shù)據(jù)幀DATA，無線發(fā)射模塊開始預(yù)設(shè)時間計時，同時進(jìn)入接收狀態(tài)；無線接收模塊在初始信道0檢測到同頻信號后，將接收數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)正確后提取并存儲DATA幀中的應(yīng)變數(shù)據(jù)data，然后開始轉(zhuǎn)跳計時，同時發(fā)送數(shù)據(jù)確認(rèn)幀ACK給無線發(fā)射模塊；如果無線發(fā)射模塊在預(yù)設(shè)時間time_p內(nèi)接收到ACK幀，預(yù)設(shè)時間計時停止且清零，此時根據(jù)ACK中的預(yù)估等待時間time_f進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待時間到后自我喚醒進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)；如果無線發(fā)射模塊在預(yù)設(shè)時間time_p內(nèi)沒有接收到ACK幀，則再發(fā)送一次DATA幀，如果在time_p內(nèi)仍未收到ACK幀，則按照信道0-3-1-2-0的規(guī)律轉(zhuǎn)跳于備用信道；而無線接收模塊在等待轉(zhuǎn)跳時間time_j后仍未收到DATA幀，也按照信道0-3-1-2-0的規(guī)律轉(zhuǎn)跳于備用信道，之后重復(fù)上述通信過程。

所述time_p> 2×time_d ，time_j=2×time_p+ time_d ，time_p< time_f < time_j。

實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明所提供的一種基于跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了半橋單臂電橋、半橋雙臂電橋、全橋的應(yīng)變檢測橋路的靈活切換，可以適應(yīng)不同靈敏度的應(yīng)變檢測要求，簡化了應(yīng)變檢測電路，縮小了硬件電路的體積，降低了功耗；本發(fā)明應(yīng)用跳頻擴(kuò)頻的無線通信方式，自適應(yīng)完成數(shù)據(jù)在干擾或者多次通信失敗后的跳頻通信，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)無線通信的抗擾性和可靠性，同時，帶有時間約束的特有數(shù)據(jù)幀，大大降低了無線應(yīng)變傳感裝置不必要的空閑信道偵聽功耗。本發(fā)明為應(yīng)變的無線檢測提供了一種靈活可靠的方法，不僅縮小了傳感裝置體積，而且提高了無線應(yīng)變檢測的抗擾性和可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明無線應(yīng)變傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明鋰電池電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路。

圖3是本發(fā)明多種橋路選通電路。

圖4是本發(fā)明信號調(diào)理電路。

圖5是本發(fā)明通信正常狀態(tài)下的無線通信模式。

圖6是本發(fā)明通信阻礙狀態(tài)下的無線跳頻通信模式。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做出進(jìn)一步的說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方案僅用于解釋本發(fā)明，并不用于對本發(fā)明進(jìn)行限定。

實(shí)施上述本發(fā)明所提供的一種基于跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置，包括鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路、多種橋路選通電路、信號調(diào)理電路、CPU芯片及外圍電路及無線發(fā)射模塊電路，其構(gòu)成在于：將所述鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路、多種橋路選通電路、信號調(diào)理電路、CPU芯片及外圍電路和無線發(fā)射模塊電路集成于一體，構(gòu)成跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置，用于檢測受力物應(yīng)變數(shù)據(jù)。

其中的鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路是用于所述無線應(yīng)變傳感裝置中各模塊電路的供電。

其中的多種橋路選通電路是用于不同應(yīng)變測量場合所需電橋橋路的選擇和橋路零飄校調(diào)。

其中的信號調(diào)理電路是用于檢測到的微弱應(yīng)變信號放大、濾波和跟隨處理；

其中的CPU芯片及外圍電路是用于信號調(diào)理電路輸出模擬信號的AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)高級處理以及和無線發(fā)射模塊之間的通信連接。

其中的無線發(fā)射模塊電路是用于應(yīng)變數(shù)據(jù)的無線調(diào)制和發(fā)射，與無線接收模塊實(shí)現(xiàn)無線跳頻擴(kuò)頻通信。

在上述實(shí)施方案中，鋰電池的輸出電壓是12V，該電壓經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換芯片BA033T和BA05T構(gòu)成的電壓轉(zhuǎn)換電路，分別轉(zhuǎn)換為3.3V和5V，并穩(wěn)壓輸出，向各功能模塊供電。

在上述實(shí)施方案中，多種橋路選通電路是通過選撥兩個撥碼開關(guān)來實(shí)現(xiàn)包括半橋單臂電橋、半橋雙臂電橋和全橋的選通，用于不同靈敏度要求的應(yīng)變測量場合。

在上述實(shí)施方案中，CPU芯片是片上系統(tǒng)級芯片C8051F020，無線發(fā)射模塊的處理核心為挪威DORNIC公司的無線數(shù)傳芯片nRF905；二者通過SPI通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制命令的讀寫，完成應(yīng)變數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和發(fā)送。

在上述實(shí)施方案中，一種基于跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置的跳頻擴(kuò)頻通信方法，是應(yīng)用于無線應(yīng)變收發(fā)模塊之間通信方法，所述通信方法如下：

該無線應(yīng)變收發(fā)模塊是以C8051F020和nRf905無線收發(fā)芯片構(gòu)成硬件支持，無線應(yīng)變收發(fā)模塊之間基于載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞避免CSMA/CA協(xié)議，采用DATA/ACK兩次握手機(jī)制進(jìn)行無線通信，無線通信數(shù)據(jù)幀包括應(yīng)變數(shù)據(jù)幀DATA和數(shù)據(jù)確認(rèn)幀ACK；

該應(yīng)變數(shù)據(jù)幀和數(shù)據(jù)確認(rèn)幀格式的特征在于：

DATA：目的地址+源地址+66H+data+time_d+ index_ch；

ACK：目的地址+源地址+77H+time_f+ index_ch；

其中，time_d表示無線接收模塊接收DATA幀的處理時間，time_f表示預(yù)估等待時間，即發(fā)送模塊在接收ACK后進(jìn)入下次發(fā)送模式的睡眠時間，index_ch表示通信信道索引號；

該無線收發(fā)芯片nRF905工作于433MHz頻段，采用4個信道進(jìn)行通信，分別為初始信道427MHz（0）和備用信道431MHz（1）、435MHz（2）、439MHz（3），其中0，1，2，3分別為信道索引號，無線收發(fā)模塊上電后均工作于初始信道0，在通信失敗或者受到干擾時則進(jìn)行信道跳轉(zhuǎn)。

該跳頻擴(kuò)頻通信的過程是無線發(fā)射模塊在初始信道0偵聽到信道空閑時，先向無線接收模塊發(fā)送應(yīng)變數(shù)據(jù)幀DATA，無線發(fā)射模塊開始預(yù)設(shè)時間計時，同時進(jìn)入接收狀態(tài)；無線接收模塊在初始信道0檢測到同頻信號后，將接收數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)正確后提取并存儲DATA幀中的應(yīng)變數(shù)據(jù)data，然后開始轉(zhuǎn)跳計時，同時發(fā)送數(shù)據(jù)確認(rèn)幀ACK給無線發(fā)射模塊；如果無線發(fā)射模塊在預(yù)設(shè)時間time_p內(nèi)接收到ACK幀，預(yù)設(shè)時間計時停止且清零，此時根據(jù)ACK中的預(yù)估等待時間time_f進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待時間到后自我喚醒進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)；如果無線發(fā)射模塊在預(yù)設(shè)時間time_p內(nèi)沒有接收到ACK幀，則再發(fā)送一次DATA幀，如果在time_p內(nèi)仍未收到ACK幀，則按照信道0-3-1-2-0的規(guī)律轉(zhuǎn)跳于備用信道；而無線接收模塊在等待轉(zhuǎn)跳時間time_j后仍未收到DATA幀，也按照信道0-3-1-2-0的規(guī)律轉(zhuǎn)跳于備用信道，之后重復(fù)上述通信過程。

其中的time_p> 2×time_d ，time_j=2×time_p+ time_d ，time_p< time_f < time_j。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作出進(jìn)一步的說明。

如附圖1所示，一種基于跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置，該裝置包括鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路、多種橋路選通電路、信號調(diào)理電路、CPU芯片及外圍電路、無線發(fā)射模塊電路，并集成于一體，構(gòu)成無線應(yīng)變傳感裝置。

如附圖2所示，實(shí)施本發(fā)明所提供的一種鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路是用于整個裝置中各模塊電路的供電，該電路包括12V穩(wěn)壓輸出電路，該電壓用于部分調(diào)理電路供電；12V轉(zhuǎn)5V轉(zhuǎn)換電路和穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓輸出5V，該電壓用于三種電橋的供電；12V轉(zhuǎn)3.3V轉(zhuǎn)換電路和穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓輸出3.3V，該電壓用于CPU和無線發(fā)射模塊的供電。

如附圖3所示，實(shí)施本發(fā)明所提供的一種多種橋路選通電路可用于不同的應(yīng)變靈敏度檢測場合，通過撥碼開關(guān)S1和S2的開關(guān)簡單切換實(shí)現(xiàn)半橋單臂電橋、半橋雙臂電橋和全橋的切換；在橋路選好后，可通過平衡可調(diào)電阻實(shí)現(xiàn)應(yīng)變片未受力狀態(tài)下的零飄校調(diào)。

其中，多種橋路選通電路包括：6位撥碼開關(guān)S1、S2，半橋單臂電橋、半橋雙臂電橋和全橋，第一電阻，第二電阻，第三電阻，第四電阻，第一平衡可調(diào)電阻、第二平衡可調(diào)電阻、第三平衡可調(diào)電阻，工作補(bǔ)償片，第一工作應(yīng)變片，第二工作應(yīng)變片，第三工作應(yīng)變片，第四工作應(yīng)變片，第五工作應(yīng)變片，第六工作應(yīng)變片，第七工作應(yīng)變片。

撥碼開關(guān)S1的1、2、3左側(cè)引腳相連引出端子a， 4、5、6左側(cè)引腳相連引出端子b， S1的1、4右側(cè)相連引出端子c，2、5的右側(cè)相連引出端子d，3、6的右側(cè)相連引出端子e；ab端接入5V穩(wěn)壓輸出，cd端接至半橋單臂電橋的供電端，ce端接至半橋雙臂電橋的供電端，de端接至全橋的供電端。

撥碼開關(guān)S2的1、2、3、4、5、6左側(cè)各自引腳分別引出端子f、g、h、i、j、k，S2的1、3、5右側(cè)引腳相連引出端子l，S2的2、4、6右側(cè)引腳相連引出端子m，端子l、m接入調(diào)理電路。

S1的1、5開關(guān)撥至右側(cè)，即可完成半橋單臂電橋的選通；S2的1、2開關(guān)撥至右側(cè)，即可完成半橋單臂電橋與調(diào)理電路的連通，此時無線應(yīng)變傳感裝置的應(yīng)變檢測靈敏度為U_s/4。

半橋單臂電橋左側(cè)橋臂為350Ω的第一電阻和第二電阻，右側(cè)橋臂分別為350Ω的工作應(yīng)變片和補(bǔ)償應(yīng)變片，工作應(yīng)變片貼附于被測物件表面，補(bǔ)償應(yīng)變片貼附于與被測物件同材料的補(bǔ)償塊表面。第一電阻和第二電阻公共端連接至S2的端子g，同時與第一平衡可調(diào)電阻可調(diào)端相連，第一平衡可調(diào)電阻固定端分別連接至cd端，第一電阻和第一工作應(yīng)變片公共端連接至端子c，第一工作應(yīng)變片與工作補(bǔ)償片公共端連接至端子f，第二電阻和補(bǔ)償應(yīng)變片公共端連接至端子d。

S1的1、6開關(guān)撥至右側(cè)，即可完成半橋雙臂電橋的選通；S2的3、4開關(guān)撥至右側(cè)，即可完成半橋雙臂電橋與調(diào)理電路的連通，此時無線應(yīng)變傳感裝置的應(yīng)變檢測靈敏度為U_s/2，靈敏度為半橋單臂電橋的2倍。

半橋雙臂電橋左側(cè)橋臂為350Ω的第三電阻和第四電阻，右側(cè)橋臂分別為350Ω的第二工作應(yīng)變片和第三工作應(yīng)變片，第二、第三工作應(yīng)變片貼附于被測物件表面相同位置。第三電阻和第四電阻公共端連接至S2的端子i，同時與第二平衡可調(diào)電阻可調(diào)端相連，第二平衡可調(diào)電阻固定端分別連接至ce端，第三電阻和第二工作應(yīng)變片公共端連接至端子c，第二、第三工作應(yīng)變片公共端連接至端子h，第四電阻和第三工作應(yīng)變片公共端連接至端子e。

S1的3、5開關(guān)撥至右側(cè)，即可完成全橋電橋的選通；S2的3、4開關(guān)撥至右側(cè)，即可完成全橋與調(diào)理電路的連通，此時無線應(yīng)變傳感裝置的應(yīng)變檢測靈敏度為U_s，靈敏度為半橋單臂電橋的4倍。

全橋各橋臂為350Ω的第四、第五、第六、第七工作應(yīng)變片，均貼附于被測物件表面相同位置。第六、第七工作應(yīng)變片公共端連接至S2的端子k，同時與第三平衡可調(diào)電阻可調(diào)端相連，第三平衡可調(diào)電阻固定端分別連接至de端，第四、第七工作應(yīng)變片公共端連接至端子d，第四、第五工作應(yīng)變片公共端連接至端子j，第五、第六工作應(yīng)變片公共端連接至端子e。

如附圖4所示，實(shí)施本發(fā)明所提供的一種信號調(diào)理電路用于應(yīng)變片檢測的微弱應(yīng)變信號的放大、濾波和跟隨處理。調(diào)理電路的放大增益為75倍，濾波通頻帶截止頻率為50Hz。

其中，AD620構(gòu)成的一級差分放大電路，該電路的放大增益取決于增益電阻R₆，該電路的輸入端各加入了一階RC濾波電路，濾波通帶截止頻率為50Hz。

OP07構(gòu)成的是1.5倍增益的二階低通濾波電路，電路增益由R4和R3決定，低通濾波截止頻率由R7、R8、C2、C3決定。濾波電路的輸出直接連接LM358構(gòu)成的電壓跟隨電路，起隔離緩沖作用，并提高其帶載能力。電壓跟隨電路的輸出直接連接CPU的模擬量采集引腳。

所述CPU為片上系統(tǒng)級芯片C8051F020，CPU芯片及其外圍電路用于信號調(diào)理電路輸出模擬信號的AD轉(zhuǎn)換、電壓數(shù)字量到應(yīng)變數(shù)字量的轉(zhuǎn)換以及CPU與無線發(fā)射模塊之間的通信連接。經(jīng)過CPU處理后，反應(yīng)應(yīng)變的電壓模擬量信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的應(yīng)變數(shù)字量，通過SPI通信將應(yīng)變數(shù)字量發(fā)送給無線發(fā)射模塊，最終經(jīng)無線發(fā)射模塊核心nRF905調(diào)制后通過天線以中心頻率為433MHz的電磁波將信號發(fā)射出去。

上述基于跳頻擴(kuò)頻通信的橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置的跳頻擴(kuò)頻通信方法如下：

設(shè)置無線發(fā)射模塊和接收模塊工作于初始信道0；

無線發(fā)射模塊先通過偵聽空閑信道后，發(fā)射應(yīng)變數(shù)據(jù)幀DATA，然后進(jìn)行預(yù)設(shè)時間計時，同時進(jìn)入無線接收狀態(tài)；

無線接收模塊在初始信道0檢測到同頻信號后，將接收數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)正確后提取并存儲DATA幀中的應(yīng)變數(shù)據(jù)data，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)跳計時，同時發(fā)送數(shù)據(jù)確認(rèn)幀ACK給無線發(fā)射模塊；

如果無線發(fā)射模塊在預(yù)設(shè)時間time_p內(nèi)接收到ACK幀，預(yù)設(shè)時間清零，此時根據(jù)ACK中的預(yù)估等待時間time_f進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待時間到后自我喚醒；

如果無線發(fā)射模塊在預(yù)設(shè)時間time_p內(nèi)沒有接收到ACK幀，則再發(fā)送一次DATA幀，如果在time_p內(nèi)仍未收到ACK幀，則按照信道0-3-1-2-0的規(guī)律轉(zhuǎn)跳于備用信道；

而無線接收模塊在等待轉(zhuǎn)跳時間time_j后仍未收到DATA幀，也按照信道0-3-1-2-0的規(guī)律轉(zhuǎn)跳于備用信道，之后重復(fù)上述通信過程。

以下基于附圖舉一個具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括：鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路、多種橋路選通電路、信號調(diào)理電路、CPU芯片及外圍電路、無線發(fā)射模塊電路。

其中，鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路，提供該裝置電路中所需的數(shù)字電壓12V、5V、3.3V，模擬電壓3.3V；多種橋路選通電路中的第一、二、三、四電阻為350Ω的精密電阻，三種橋路外接的工作應(yīng)變片和補(bǔ)償應(yīng)變片的應(yīng)變電阻為350Ω；平衡可調(diào)電阻的電阻范圍0-10kΩ；調(diào)理電路中增益電阻R₆設(shè)置為1kΩ，差分放大電路的放大增益為50倍；二階低通濾波電路中R4為20 kΩ，R3為10 kΩ時，放大增益為1.5倍，當(dāng)R7為7.87 kΩ、R8為14.7 kΩ、C2為0.47μF、C3為0.22μF時，低通濾波截止頻率為50Hz。所以整個調(diào)理電路的放大增益為75倍，低通濾波截止頻率為50Hz。

如附圖3所示，當(dāng)撥碼開關(guān)S1的1、5開關(guān)撥至右側(cè)，即可完成半橋單臂電橋的選通，S2的1、2開關(guān)撥至右側(cè)，即可完成半橋單臂電橋與調(diào)理電路的連通，這樣半橋單臂應(yīng)變電橋就與調(diào)理電路、CPU以及無線發(fā)射模塊構(gòu)成應(yīng)變的無線檢測電路，此時無線應(yīng)變傳感裝置的應(yīng)變檢測靈敏度為U_s/4。其中，半橋單臂電橋中外接的工作應(yīng)變片貼附于被測物件表面，而外接的補(bǔ)償工作片貼附于和被測物件相同材料的補(bǔ)償塊表面。

在初始上電后，先通過調(diào)節(jié)平衡可調(diào)電阻，在無線接收端進(jìn)行應(yīng)變的調(diào)零校準(zhǔn)，以消除零飄造成的誤差。

待校準(zhǔn)完后重新上電，如附圖5所示，無線應(yīng)變傳感裝置先工作于初始信道0，與無線接收模塊以應(yīng)變數(shù)據(jù)幀DATA和數(shù)據(jù)確認(rèn)幀ACK進(jìn)行無線數(shù)據(jù)交互；所圖6所示，當(dāng)通信交互失敗或者受到同頻信號的干擾時，無線應(yīng)變傳感裝置和無線接收模塊根據(jù)對應(yīng)的時序以信道0-3-1-2-0的轉(zhuǎn)跳規(guī)律進(jìn)行跳頻擴(kuò)頻通信。

綜上所述技術(shù)方案的實(shí)施，其特點(diǎn)在于本發(fā)明提出了一種橋路可調(diào)式無線應(yīng)變傳感裝置和無線跳頻擴(kuò)頻通信方法，一方面，實(shí)現(xiàn)了半橋單臂電橋、半橋雙臂電橋、全橋的應(yīng)變橋路的靈活切換，可以適應(yīng)不同靈敏度的應(yīng)變檢測要求，簡化了應(yīng)變檢測電路，縮小了硬件電路的體積，降低了功耗；另一方面，跳頻擴(kuò)頻的無線通信方式，自適應(yīng)完成數(shù)據(jù)在干擾或者多次通信失敗后的跳頻通信，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)無線通信的抗擾性，同時，帶有時間約束的特有數(shù)據(jù)幀，大大降低了無線應(yīng)變傳感裝置不必要的空閑信道偵聽功耗。本發(fā)明為應(yīng)變的無線檢測提供了一種靈活可靠的方法，不僅縮小了傳感裝置體積，而且提高了無線應(yīng)變檢測的可靠性和靈活性。