專利名稱：一種基于zigbee網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及橋梁結構健康監(jiān)測技術領域，尤其是涉及一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
目前，對大跨徑橋梁進行健康監(jiān)測來確保橋梁結構的安全并實現(xiàn)早期預整，避免結構損傷或退化的發(fā)展，減少昂貴的修復費用甚至結構的垮塌，已經(jīng)成為當今工程界的熱點問題，長大跨徑橋梁的健康監(jiān)測技術也因此成為橋梁工程學科研究和發(fā)展的一個重要領域。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)測通過時橋梁結構狀態(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重異常時觸發(fā)預警信號。為橋梁維護、維修與管理決策提供依據(jù)和指導。隨著半導體技術、計算機技術、通信技術等信息技術的發(fā)展，和現(xiàn)在高科技在各類設備儀器上的應用，使得人們對橋梁監(jiān)測更加準確化，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)后再進行實驗室分析，需要投入大量的人力物力，收效甚微。基于無線互聯(lián)網(wǎng)絡的價格低廉高效的遠程檢測系統(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)點主要負責數(shù)據(jù)的采集、傳送。每一個遠程檢測系統(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)絡內(nèi)通信時序由監(jiān)控中心統(tǒng)一控制。因此，傳感器節(jié)點就是整個監(jiān)測網(wǎng)絡的基本單元，節(jié)點的穩(wěn)定運行是整個網(wǎng)絡可靠性的基本保證，所以在設計時力求簡單可靠、功能強大、價格低廉。在傳感器節(jié)點設計和制造方面國內(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)點功能單一、壽命短、不便于維護等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，其設計合理，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，橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點功能強大、壽命長、便于維護，實用性強，推廣應用價值高。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括多個橋梁結構健康檢測傳感器組、多個橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點、與多個所述橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點均相接的橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點、與橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點相接的網(wǎng)關和與網(wǎng)關通過GPRS網(wǎng)絡無線連接的通信服務器，多個所述橋梁結構健康檢測傳感器組和多個所述橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點一一對應相接后均勻分布在橋梁上；所述橋梁結構健康檢測傳感器組包括應力傳感器、撓度傳感器、裂縫檢測傳感器、傾角傳感器、溫度傳感器、風速傳感器和位移傳感器，所述橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點包括給各用電模塊供電的電源模塊、用于連接橋梁結構健康檢測傳感器組的傳感器接口電路模塊、與傳感器接口電路模塊相接并用于將橋梁結構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行分析處理得出監(jiān)測點處橋梁結構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)導出的RS-485通信電路模塊；所述橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點包括監(jiān)控計算機和與監(jiān)控計算機相接的第二 ZIGBEE無線通信模塊，所述監(jiān)控計算機與網(wǎng)關相接，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信。上述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(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。上述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(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)絡的橋梁結構健康監(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。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明采用低功耗的設計，節(jié)點間采用短距離的無線低功率通信技術，通過多跳中繼方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳到網(wǎng)關節(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、本發(fā)明的傳感器節(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。例如，傳感器節(jié)點在執(zhí)行數(shù)據(jù)采集時可擔任數(shù)據(jù)和命令傳輸媒介，即根據(jù)節(jié)點間默認通信協(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)絡及時上傳至主節(jié)點，為建構自組織網(wǎng)絡提供技術支持，大大提高了自組織網(wǎng)絡運行的穩(wěn)定性和可靠性。3、本發(fā)明傳感器節(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、本發(fā)明的傳感器節(jié)點信息采集和傳送準確，時斷時續(xù)、傳感器節(jié)點之間通信能力好、傳感器節(jié)點功能強大、壽命長、便于維護等。5、本發(fā)明的實用性強，推廣應用價值高。綜上所述，本發(fā)明設計合理，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，橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點功能強大、壽命長、便于維護，實用性強，推廣應用價值高。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明橋梁結構健康檢測傳感器組與橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點的連接關系示意圖。附圖標記說明:
1-橋梁結構健康檢測傳感器組；1-1-應力傳感器；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-風速傳感器；1-7-位移傳感器；2-橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點；2-1-電源模塊；2-2-傳感器接口電路模塊；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-橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點；3-1-監(jiān)控計算機；3-2-第二 ZIGBEE無線通信模塊；4_網(wǎng)關；5-GPRS網(wǎng)絡；6_通信服務器。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括多個橋梁結構健康檢測傳感器組1、多個橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點2、與多個所述橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點2均相接的橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點3、與橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點3相接的網(wǎng)關4和與網(wǎng)關4通過GPRS網(wǎng)絡5無線連接的通信服務器6，多個所述橋梁結構健康檢測傳感器組I和多個所述橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點2 —一對應相接后均勻分布在橋梁上；所述橋梁結構健康檢測傳感器組I包括應力傳感器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、風速傳感器1-6和位移傳感器1-7， 所述橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點2包括給各用電模塊供電的電源模塊2-1、用于連接橋梁結構健康檢測傳感器組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構健康檢測傳感器組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所輸出的信號進行分析處理得出監(jiān)測點處橋梁結構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)導出的RS-485通信電路模塊2-7 ;所述橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點3包括監(jiān)控計算機3-1和與監(jiān)控計算機3-1相接的第二 ZIGBEE無線通信模塊
3-2，所述監(jiān)控計算機3-1與網(wǎng)關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1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。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。本發(fā)明的工作原理及工作過程是:橋梁結構健康檢測傳感器組I采集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)綐蛄航Y構健康監(jiān)測節(jié)點2，橋梁結構健康監(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3-1，監(jiān)控計算機3-1分析處理數(shù)據(jù)并通過GPRS網(wǎng)絡5傳輸?shù)酵ㄐ欧掌?。其中，橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點2的工作原理及工作過程是:橋梁結構健康檢測傳感器組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所輸出的信號進行分析處理得出監(jiān)測點處橋梁結構健康狀況，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3-1中。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括多個橋梁結構健康檢測傳感器組(I)、多個橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點(2)、與多個所述橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點(2)均相接的橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點(3)、與橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點(3)相接的網(wǎng)關(4)和與網(wǎng)關(4)通過GPRS網(wǎng)絡(5)無線連接的通信服務器￠)，多個所述橋梁結構健康檢測傳感器組(I)和多個所述橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點(2) —一對應相接后均勻分布在橋梁上；所述橋梁結構健康檢測傳感器組(I)包括應力傳感器(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)、風速傳感器(1-6)和位移傳感器(1-7)，所述橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點(2)包括給各用電模塊供電的電源模塊(2-1)、用于連接橋梁結構健康檢測傳感器組(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構健康檢測傳感器組(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 的信號進行分析處理得出監(jiān)測點處橋梁結構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)導出的RS-485通信電路模塊(2_7);所述橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點(3)包括監(jiān)控計算機(3-1)和與監(jiān)控計算機(3-1)相接的第二ZIGBEE無線通信模塊(3-2)，所述監(jiān)控計算機(3_1)與網(wǎng)關(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.按照權利要求1所述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(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。
3.按照權利要求1所述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(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.按照權利要求1所述的一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于ZIGBEE網(wǎng)絡的橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個橋梁結構健康檢測傳感器組、多個橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點、與多個橋梁結構健康監(jiān)測節(jié)點均相接的橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點、與橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點相接的網(wǎng)關和與網(wǎng)關通過GPRS網(wǎng)絡無線連接的通信服務器；橋梁結構健康監(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；橋梁結構健康監(jiān)測匯聚節(jié)點包括監(jiān)控計算機和第二ZIGBEE無線通信模塊。本發(fā)明設計合理，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，推廣應用價值高。
文檔編號G08C17/02GK103175575SQ20111045153
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權日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任公司