第一章 论文的主要研究内容和论文的章节安排
1.1论文主要研究内容
本论文所作的研究工作主要包括以下几方面的内容:
1、针对动态监控系统要求，提出该系统的设计方案及其系统结构。
2、设计分布式实时工程机械构件动态监控系统的测量模块，完成硬件设计，包括芯片选型，硬件电路的总体设计以及各个功能模块的设计与实现，要求硬件电路能满足高精度采集与多通道采集的要求，且自身具备高可靠性和低噪声的特点。
3、设计分布式实时工程机械构件动态监控系统的软件部分设计，完成下位机软件部分设计，包括通信部分与采集部分;完成上位机软件设计，包括上位机的通信设计，显示设计与分析设计，并实行开放式结构，方便用户自己设计最优的工程机械构件故障分析算法。
4、设计模拟测试系统，要求系统能模拟某机型某关键构件在一定工况下的运行状况，以达到测试工程机械构件在线检测的目的。
1.2本论文的设计难点
1、内置电桥的设计要求能实现l/4，半桥和全桥3种桥型的兼容。
2、系统温漂和零漂的消除要求在器件选型、PCB布局和软件实现等方面尽可能的消除系统的温度漂移和零点漂移。3、分布式网络多点测量设计要求选择并设计能满足要求的分布式通信网络，在软件和硬件上保证数据传输速度与稳定性。
4、ADC的设计要求能从器件选型选择合适的ADC，及软件通信等方面保证数据传输。
5、下位机软件设计要求下位机不仅能准确的接收到ADC发出的数据，不能漏掉某个采集点的数据量，而且要稳定的实现下位机网络中各个节点的正常通信。
6、上位机软件要求设计能满足多点测量的数据传输效率与稳定性，且显示界面上对波形的显示能尽可能的人性化。
7、系统结构设计从设计的功能，主要参数上选择适合于分布式实时工程机械构件动态监控系统诊断的体系结构。以尽可能的达到对多种类机型，多种类构件，多工况条件下的实时在线监测与故障分析。
1.3文章总体结构安排
第一章绪论部分，主要阐述了课题的研究背景及目的，综述分布式实时工程机械构件动态监控系统中关键技术的发展状况与研究现状，分析了论文的主要研究内容以及论文的章节安排。第二章介绍和分析分布式实时工程机械构件动态监控系统的实现方案，选择最优方案并提出其体系结构。第三章设计并实现分布式实时工程机械构件动态监控系统的硬件测量模块，含主控芯片与外围器件设计。第四章设计并实现分布式实时工程机械构件动态监控系统的软件部分，含支持分布式多通道测量的下位机软件部分，以及具备有数据通信、故障分析与显示的功能。第五章设计并实现简单模拟测试系统，用来测试分布式实时工程机械构件动态监控系统的特性。第六章对论文的研究工作进行总结，并对今后的研究方向进行展望。
第二章 系统方案设计
2.1系统主要目标
本系统为分布式实时工程机械构件动态监控系统，主要包含对于构件形变量在线采集以及对监测数据进行分析的两大功能体系。从而使得结构体系上分成两大部分来实现:实时动态应力变化采集系统;上位机数据采集分析与显示系统。由于不同机型的工程机械的工况不同，且其构件种类繁多，因此系统方案应考虑到比较普遍的构件所出现的动态应力状况，提高适应性。工程机械的关键构件并不只是一个，其具备一定的数量，所以要求系统具有多通道采集或者是分布式网络采集的特点。动态应变采集的发展趋势之一是高精度采集，且精密化精巧化也是工程机械设备的发展趋势之一，所以本系统应具有高精度的特点。大多数工程机械的振动频率比较低，且引发的构件振动频率不会过高，所以系统在采样频率上具备有一定的可调性，且最大量程不宜过高，过高的采样频率容易造成过采样，增加通信系统及数据分析系统的负担，减弱实时特性。上位机的数据分析与显示技术是系统的重要组成部分。工程机械不仅机型繁多，且构件种类不少，另外再加上构件所处的不同工况，这就决定了无法用一种最为适应的分析方法对其进行全面的分析诊断，所以系统应该具备有一定的开放性，能使得用户能自己将对应机型构件的最优诊断算法在系统中实现。显示技术上要求能实时显示动态应力变化波形，并有波形放大、存储等功能。
第三章 工程机械测量模块硬件设计.............................................................. 13
3.1电桥电路原理及设计.......................................................................... 13
3.1.1测量电桥及模式变换电路设计.................................................... 13
3.1.2电桥桥源设计，............................................................................. 14
3.1.3电桥平衡处理及温漂补偿......................................................... 16
3.2信号变送及ADC电路原理及设计............................................................... 18
3.2.1放大电路设计......................................................................... 18
3.2.2ADC电路设计................................................................ 21
3.3主控芯片及其他电路设计................................................................. 25
3.3.1主控芯片选型................................................................................ 26
3.3.2其他外围电路........................................................ 27
3.4PCB制版原则...................................................................... 33
第四章 系统软件设计及其实现...................................................... 35
4.1系统通信方案设计.................................................... 35
4.2下位机软件设计及其实现.................................... 36
4.2.l主程序设计.......................................................... 36
4.2.2初始化设计........................................ 38
4.2.3cAN总线通信设计..................................... 42
4:2.4sPI总线通信设计............................................................. 45
4.2.5usART通信设计.......................................................... 47
第五章 实验平台设计............................................... 48
5.1上位机软件设计及其实现............................................. 49
5.2usB通信数据采集设计......................................................49
5.3数据分析与数据图形的显示..................................... 54
结论
论文主要完成的工作：
1、建立了分布式工程机械关键构件的动态应力实时在线监测的体系结构，提出了相关的设计目标，论证了系统方案的可行性。
2、完成了系统的硬件设计。采用高精度的24位ADC芯片CS5532搭建模数转换器模块，完成了内置电桥的设计，达到了兼容1/4，半桥和全桥这3种桥型的要求，并在采集模块中设计了信号隔离防大等功能。采用意法半导体公司生产的高性价比芯片STM32F103VBT6作为主控芯片，并搭建了基于CAN总线的分布式总线网络，实现分布式采集，完成了由USART转换为USB通信接口的电路设计。
3、完成了软件设计。在下位机软件设计中，完成了主程序设计，ADC采集程序的设计，CAN总线通信的设计以及USART软件的设计。在上位机的W不32应用程序中，完成了USB数据采集，数据处理与波形显示的设计，且设计有比较人性化的UI界面，提出应用程序中采用开放式模式，方便用户将自有的最优化某类机型的关键构件的故障分析方法。
通过对分布式的工程机械构件动态应力实时监测系统的研究，本课题取得了一些成果。但是由于本人理论水平和实践经验不足，在开发过程中仍然有很多不足之处，许多方面需要改进，系统功能与可靠性需进一步优化，实验功能需进一步扩展。