專利名稱：一種基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及ー種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，對大跨徑橋梁進(jìn)行健康監(jiān)測來確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全并實現(xiàn)早期預(yù)整，避免結(jié)構(gòu)損傷或退化的發(fā)展，減少昂貴的修復(fù)費用甚至結(jié)構(gòu)的垮塌，已經(jīng)成為當(dāng)今工程界的熱 點問題，長大跨徑橋梁的健康監(jiān)測技術(shù)也因此成為橋梁工程學(xué)科研究和發(fā)展的ー個重要領(lǐng)域。橋梁的健康監(jiān)測是保證橋梁安全運營的重要手段。橋梁健康監(jiān)測通過時橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)測與評佑，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴(yán)重異常時觸發(fā)預(yù)警信號。為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等信息技術(shù)的發(fā)展，和現(xiàn)在高科技在各類設(shè)備儀器上的應(yīng)用，使得人們對橋梁監(jiān)測更加準(zhǔn)確化，而第一步就是全面獲取和了解橋梁質(zhì)量監(jiān)測參數(shù)。以往的做法是采集原始數(shù)據(jù)后再進(jìn)行實驗室分析，需要投入大量的人力物力，收效甚微?；跓o線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的價格低廉高效的遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)為人們及時掌握瞬息萬變的空氣質(zhì)量參數(shù)提供了可能。在環(huán)境參數(shù)檢測系統(tǒng)中最重要的是信息采集終端，即傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、傳送。每ー個遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)都需要在監(jiān)測區(qū)域布置大量的傳感器節(jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點大多采用射頻收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)上傳至主節(jié)點，再與監(jiān)控中心通信，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信時序由監(jiān)控中心統(tǒng)ー控制。因此，傳感器節(jié)點就是整個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的基本単元，節(jié)點的穩(wěn)定運行是整個網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本保證，所以在設(shè)計時力求簡單可靠、功能強(qiáng)大、價格低廉。在傳感器節(jié)點設(shè)計和制造方面國內(nèi)和國外還有較大的差距，比如傳感器節(jié)點信息采集和傳送不準(zhǔn)確，時斷時續(xù)、傳感器節(jié)點之間通信能力差、傳感器節(jié)點功能単一、壽命短、不便于維護(hù)等。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其設(shè)計合理，智能化程度高，運行的穩(wěn)定性和可靠性高，能夠全面地監(jiān)測橋梁的健康狀況，可以無論何時何地都能向人們提供需要的信息，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點功能強(qiáng)大、壽命長、便于維護(hù)，實用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價值高。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在干包括多個橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組、多個橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點、與多個所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點均相接的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點、與橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點相接的網(wǎng)關(guān)和與網(wǎng)關(guān)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線連接的通信服務(wù)器，多個所述橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組和多個所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點一一對應(yīng)相接后均勻分布在橋梁上；所述橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組包括應(yīng)カ傳感器、撓度傳感器、裂縫檢測傳感器、傾角傳感器、溫度傳感器、風(fēng)速傳感器和位移傳感器，所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點包括給各用電模塊供電的電源模塊、用于連接橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組的傳感器接ロ電路模塊、與傳感器接ロ電路模塊相接并用于將橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組中各傳感器所輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換電路模塊、與A/D轉(zhuǎn)換電路模塊相接并用于對A/D轉(zhuǎn)換電路模塊所輸出的信號進(jìn)行分析處理得出監(jiān)測點處橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的微處理器模塊，以及與微處理器模塊相接的數(shù)據(jù)存儲電路模塊、用于實現(xiàn)組網(wǎng)的第一 ZIGBEE無線通信模塊和用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的RS-485通信電路模塊；所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點包括監(jiān)控計算機(jī)和與監(jiān)控計算機(jī)相接的第二 ZIGBEE無線通信模塊，所述監(jiān)控計算機(jī)與網(wǎng)關(guān)相接，所述第二 ZIGBEE無線通信模塊與多個所述第一 ZIGBEE無線通信模塊無線連接并通ィ目。上述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器模塊為MSP430系列超低功耗單片機(jī)。上述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)存儲電路模塊為Flash存儲器、SD卡或CF卡。上述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述電源模塊為普通干電池、鋰離子充電電池、鎳氫充電電池或太陽能電池。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點I、本實用新型采用低功耗的設(shè)計，節(jié)點間采用短距離的無線低功率通信技術(shù)，通過多跳中繼方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，低功耗的多跳通信模式節(jié)省功耗，同時增加了通信的隱蔽性，也避免了長距離的無線通信易受外界噪聲干擾的影響。2、本實用新型的傳感器節(jié)點為智能型，具有一定的判斷能力，可同時執(zhí)行多種不同的任務(wù)。例如，傳感器節(jié)點在執(zhí)行數(shù)據(jù)采集時可擔(dān)任數(shù)據(jù)和命令傳輸媒介，即根據(jù)節(jié)點間默認(rèn)通信協(xié)議收集近鄰感知節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，組成一定大小的數(shù)據(jù)包存儲備份后通過無線網(wǎng)絡(luò)及時上傳至主節(jié)點，為建構(gòu)自組織網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支持，大大提高了自組織網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性和可靠性。3、本實用新型傳感器節(jié)點間協(xié)作的實時監(jiān)測、感知、采集、處理和發(fā)布各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到主節(jié)點，可以無論何時何地都能向人們提供需要的信息。4、本實用新型的傳感器節(jié)點信息采集和傳送準(zhǔn)確，時斷時續(xù)、傳感器節(jié)點之間通信能力好、傳感器節(jié)點功能強(qiáng)大、壽命長、便于維護(hù)等。5、本實用新型的實用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價值高。綜上所述，本實用新型設(shè)計合理，智能化程度高，運行的穩(wěn)定性和可靠性高，能夠全面地監(jiān)測橋梁的健康狀況，可以無論何時何地都能向人們提供需要的信息，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點功能強(qiáng)大、壽命長、便于維護(hù)，實用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價值高。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組與橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點的連接關(guān)系不意圖。[0019]附圖標(biāo)記說明I-橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組；1-1-應(yīng)カ傳感器；1-2-撓度傳感器； 1-3-裂縫檢測傳感器； 1-4-傾角傳感器；1-5-溫度傳感器； 1-6-風(fēng)速傳感器；1-7-位移傳感器；2-橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點；2-1-電源模塊；2-2-傳感器接ロ電路模塊；2-3-A/D轉(zhuǎn)換電路模塊；2-4-微處理器模塊；2-5-數(shù)據(jù)存儲電路模塊；2-6-第一 ZIGBEE無線通信模塊；2-7-RS-485通信電路模塊；3-橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點；3-1-監(jiān)控計算機(jī)；3-2-第二 ZIGBEE無線通信模塊；4_網(wǎng)關(guān)；5-GPRS網(wǎng)絡(luò)；6_通信服務(wù)器。
具體實施方式
如圖I和圖2所示，本實用新型包括多個橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組I、多個橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點2、與多個所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點2均相接的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點3、與橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點3相接的網(wǎng)關(guān)4和與網(wǎng)關(guān)4通過GPRS網(wǎng)絡(luò)5無線連接的通信服務(wù)器6，多個所述橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組I和多個所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點2 —一對應(yīng)相接后均勻分布在橋梁上；所述橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組I包括應(yīng)カ傳感器1-1、撓度傳感器1-2、裂縫檢測傳感器1-3、傾角傳感器1-4、溫度傳感器1-5、風(fēng)速傳感器1-6和位移傳感器1-7，所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點2包括給各用電模塊供電的電源模塊2-1、用于連接橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組I的傳感器接ロ電路模塊2-2、與傳感器接ロ電路模塊2-2相接并用于將橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組I中各傳感器所輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換電路模塊2-3、與A/D轉(zhuǎn)換電路模塊2-3相接并用于對A/D轉(zhuǎn)換電路模塊2-3所輸出的信號進(jìn)行分析處理得出監(jiān)測點處橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的微處理器模塊
2-4，以及與微處理器模塊2-4相接的數(shù)據(jù)存儲電路模塊2-5、用于實現(xiàn)組網(wǎng)的第一ZIGBEE無線通信模塊2-6和用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的RS-485通信電路模塊2-7 ;所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點3包括監(jiān)控計算機(jī)3-1和與監(jiān)控計算機(jī)3-1相接的第二 ZIGBEE無線通信模塊
3-2，所述監(jiān)控計算機(jī)3-1與網(wǎng)關(guān)4相接，所述第二ZIGBEE無線通信模塊3_2與多個所述第一 ZIGBEE無線通信模塊2-6無線連接并通信。如圖I和圖2所示，本實施例中，所述微處理器模塊2-4為MSP430系列超低功耗單片機(jī)。所述數(shù)據(jù)存儲電路模塊2-5為Flash存儲器、SD卡或CF卡。所述電源模塊2_1為普通干電池、鋰離子充電電池、鎳氫充電電池或太陽能電池。本實用新型的工作原理及工作過程是橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組I采集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)綐蛄航Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點2，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點2將其采集到的數(shù)據(jù)通過第二ZIGBEE無線通信模塊3-2傳輸數(shù)據(jù)到監(jiān)控計算機(jī)3_1，監(jiān)控計算機(jī)3_1分析處理數(shù)據(jù)并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)5傳輸?shù)酵ㄐ欧?wù)器6。其中，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點2的工作原理及工作過程是橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組I中各傳感器所檢測到的數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換電路模塊2-3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給微處理器模塊2-4，微處理器模塊2-4對A/D轉(zhuǎn)換電路模塊2-3所輸出的信號進(jìn)行分析處理得出監(jiān)測點處橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲電路模塊2-5中，同時通過第一ZIGBEE無線通信模塊2-6傳輸給第二 ZIGBEE無線通信模塊3_2并通過第二 ZIGBEE無線通信模塊3-2傳輸數(shù)據(jù)到監(jiān)控計算機(jī)3-1中。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括多個橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組(I)、多個橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點(2)、與多個所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點(2)均相接的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點(3)、與橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點(3)相接的網(wǎng)關(guān)(4)和與網(wǎng)關(guān)(4)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)(5)無線連接的通信服務(wù)器￠)，多個所述橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組(I)和多個所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點(2) —一對應(yīng)相接后均勻分布在橋梁上；所述橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組(I)包括應(yīng)力傳感器(1-1)、撓度傳感器(1-2)、裂縫檢測傳感器(1-3)、傾角傳感器(1-4)、溫度傳感器(1-5)、風(fēng)速傳感器(1-6)和位移傳感器(1-7)，所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點(2)包括給各用電模塊供電的電源模塊(2-1)、用于連接橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組(I)的傳感器接口電路模塊(2-2)、與傳感器接口電路模塊(2-2)相接并用于將橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組(I)中各傳感器所輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換電路模塊(2-3)、與A/D轉(zhuǎn)換電路模塊(2-3)相接并用于對A/D轉(zhuǎn)換電路模塊(2-3)所輸出的信號進(jìn)行分析處理得出監(jiān)測點處橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的微處理器模塊(2-4)，以及與微處理器模塊(2-4)相接的數(shù)據(jù)存儲電路模塊(2-5)、用于實現(xiàn)組網(wǎng)的第一 ZIGBEE無線通信模塊(2-6)和用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的RS-485通信電路模塊(2_7);所述橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點(3)包括監(jiān)控計算機(jī)(3-1)和與監(jiān)控計算機(jī)(3-1)相接的第二ZIGBEE無線通信模塊(3-2)，所述監(jiān)控計算機(jī)(3-1)與網(wǎng)關(guān)(4)相接，所述第二 ZIGBEE無線通信模塊(3-2)與多個所述第一 ZIGBEE無線通信模塊(2-6)無線連接并通信。
2.按照權(quán)利要求I所述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器模塊(2-4)為MSP430系列超低功耗單片機(jī)。
3.按照權(quán)利要求I所述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)存儲電路模塊(2-5)為Flash存儲器、SD卡或CF卡。
4.按照權(quán)利要求I所述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述電源模塊(2-1)為普通干電池、鋰離子充電電池、鎳氫充電電池或太陽能電池。
專利摘要本實用新型公開了一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測傳感器組、多個橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點、與多個橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點均相接的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點、與橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點相接的網(wǎng)關(guān)和與網(wǎng)關(guān)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線連接的通信服務(wù)器；橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點包括電源模塊、傳感器接口電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路模塊、微處理器模塊、數(shù)據(jù)存儲電路模塊、第一ZIGBEE無線通信模塊和RS-485通信電路模塊；橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測匯聚節(jié)點包括監(jiān)控計算機(jī)和第二ZIGBEE無線通信模塊。本實用新型設(shè)計合理，智能化程度高，運行的穩(wěn)定性和可靠性高，能夠全面地監(jiān)測橋梁的健康狀況，實用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價值高。
文檔編號G01D21/02GK202403736SQ201120565079
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者馮永寧 申請人:西安迅騰科技有限責(zé)任公司