一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括信號采集模塊，由多個傳感器組成，適于采集橋梁的振動信號；多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)，每個普通傳感器節(jié)點(diǎn)都與一個傳感器連接，用于信號的初步處理；多個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)，每個轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)將多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行融合后轉(zhuǎn)發(fā)；和匯聚節(jié)點(diǎn)，適于對傳感器內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)發(fā)至外網(wǎng)。所述的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)還包括信息傳送模塊，將監(jiān)測結(jié)果以短信形式發(fā)送至手機(jī)用戶；和監(jiān)測平臺，通過GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測橋梁健康狀況。本實用新型采用了低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)和靈活的數(shù)據(jù)傳送方式，有效延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，同時通過信息傳送模塊將預(yù)警信息及時發(fā)送至用戶端，達(dá)到很好的預(yù)警效果。
【專利說明】
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及橋梁安全監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國經(jīng)濟(jì)和社會的高速發(fā)展推動了橋梁工程的建設(shè)，橋梁工程的數(shù)目不斷增加，廣泛應(yīng)用于社會生活中。但橋梁坍塌事故時有發(fā)生，直接關(guān)系到人們的生命財產(chǎn)安全，引起了社會的高度重視。因此，對橋梁健康安全狀況的監(jiān)測和維護(hù)具有重要意義。
[0003]由于橋梁的建筑結(jié)構(gòu)敏感，前端的測量點(diǎn)部署如果采用有線方式，容易損害建筑結(jié)構(gòu)受力。伴隨著無線技術(shù)的發(fā)展，將體積小巧，容易安裝的無線傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于橋梁安全監(jiān)測可以解決這一問題。實際應(yīng)用中，仍有一些不足之處需要改進(jìn):1、節(jié)點(diǎn)的能量受到制約，需要進(jìn)一步降低節(jié)點(diǎn)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命;2、對信號采集的選擇和處理需要加強(qiáng);3、當(dāng)出現(xiàn)事故預(yù)警時，必須及時有效地傳達(dá)信息。
[0004]在橋梁安全監(jiān)測中，需要一種低功耗、預(yù)警及時的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)致的上述多項缺陷。
[0006]—種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括:信號采集模塊、多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)、多個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、信息發(fā)送模塊組成，所述信號采集模塊由多個傳感器組成，它的輸出端與所述多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)相連接，用于采集橋梁的振動信號；
[0007]多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)，每個普通傳感器節(jié)點(diǎn)都連接一個傳感器，它的輸出端與所述多個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)相連接，用于對信號初步處理；
[0008]多個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)，每個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)與多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)通信，它的輸出端與所述匯聚節(jié)點(diǎn)相連接，將多個普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行融合和轉(zhuǎn)發(fā)；
[0009]匯聚節(jié)點(diǎn)，它通過GPRS與監(jiān)測平臺相連，對傳感器內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)發(fā)至外網(wǎng)；
[0010]信息發(fā)送模塊，它與所述匯聚節(jié)點(diǎn)相連，用于發(fā)送預(yù)警信息。
[0011]根據(jù)本實用新型的一個具體實施例，一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)還包括:
[0012]監(jiān)測平臺，通過GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測橋梁健康狀況，以便對橋梁有針對性地維修。
[0013]所述的信號采集模塊采用芯片1，芯片I的型號為FBA-31，F(xiàn)BA-31為中國地震局工程力學(xué)研究所研發(fā)的力平衡加速度傳感器，測試范圍為O-SOHz，性能穩(wěn)定可靠，具有零漂小、精度和動態(tài)范圍高、低功耗、體積小等特點(diǎn)，可用于橋梁健康診斷、監(jiān)測。
[0014]所述的普通傳感器節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置有節(jié)點(diǎn)控制器，所述節(jié)點(diǎn)控制機(jī)器以芯片2為控制核心，芯片2的型號為CC2430，CC2430具有低功耗、低費(fèi)用的優(yōu)勢，可用于要求超低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0015]所述的信息發(fā)送模塊采用芯片3，芯片3的型號為SIM300，SIM300是一款三頻段GSM/GPRS模塊，SM300的外形尺寸為40mm*33mm*2.85mm，睡眠模式下的電流消耗為2.5mA，具有體積小、低功耗的優(yōu)勢。
[0016]所述的普通傳感器節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的物理結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)從普通傳感器節(jié)點(diǎn)中選出，是在局部區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)綜合因素最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)，具有距離匯聚節(jié)點(diǎn)較近、剩余能量較大的特點(diǎn)。
[0017]優(yōu)選的，所述的節(jié)點(diǎn)控制器可以由多路供電，包括自然能電池和電源的方式。
[0018]優(yōu)選的，所述的匯聚節(jié)點(diǎn)是以ARM為主處理器的網(wǎng)關(guān)。
[0019]優(yōu)選的，所述的監(jiān)測平臺為工控機(jī)，位于監(jiān)控室。
[0020]本實用新型的一個實施例中，提供了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器將采集的振動信號傳送給普通傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初處理，初處理后位于網(wǎng)絡(luò)各個局部區(qū)域的普通傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包都轉(zhuǎn)發(fā)至區(qū)域內(nèi)的一個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)，由轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并轉(zhuǎn)發(fā)至匯聚節(jié)點(diǎn)，最后由匯聚節(jié)點(diǎn)實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的通信。橋梁安全參數(shù)信息可以通過GPRS在監(jiān)測平臺遠(yuǎn)程監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警時通過信息發(fā)送模塊以短信形式發(fā)送至手機(jī)用戶端，提醒用戶采取安全防護(hù)。
[0021]本實用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:1、傳感器節(jié)點(diǎn)采用了低功耗的控制器，并且在數(shù)據(jù)傳輸中采用轉(zhuǎn)發(fā)方式，避免了網(wǎng)絡(luò)能耗不均，減小了系統(tǒng)開銷，有效延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期；2、采用專用的高精度傳感器檢測橋梁的振動參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同運(yùn)作，可以有效檢測出橋梁的安全健康狀況;3、通過信息傳送模塊將預(yù)警信息及時發(fā)送至手機(jī)用戶端，可以達(dá)到很好的防災(zāi)預(yù)警效果。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2為本實用新型一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)普通傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3為本實用新型一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)傳感器模塊應(yīng)用電路圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，
[0026]下面結(jié)合【具體實施方式】，進(jìn)一步闡述本實用新型。
[0027]根據(jù)本實用新型一個實施例，如圖1所示，提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng):信號采集模塊、多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)、多個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、信息發(fā)送模塊組成。
[0028]信號采集模塊，由多個傳感器組成，采集橋梁的振動信號；
[0029]多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)，每個普通傳感器節(jié)點(diǎn)都連接一個傳感器，對信號初步處理；
[0030]多個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)，每個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)與多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)通信，將多個普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行融合和轉(zhuǎn)發(fā)；
[0031 ]匯聚節(jié)點(diǎn)，對傳感器內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)發(fā)至外網(wǎng)；
[0032]信息發(fā)送模塊，當(dāng)監(jiān)測到的預(yù)警信號時以短信形式將預(yù)警信息發(fā)送至手機(jī)用戶端。
[0033]監(jiān)測平臺，通過GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測橋梁健康狀況，以便對橋梁有針對性地維修。
[0034]所述的信號采集模塊采用芯片1，芯片I的型號為FBA-31，F(xiàn)BA-31為中國地震局工程力學(xué)研究所研發(fā)的力平衡加速度傳感器，測試范圍為O-SOHz，性能穩(wěn)定可靠，具有零漂小、精度和動態(tài)范圍高、低功耗、體積小等特點(diǎn)，適合橋梁健康診斷、監(jiān)測。
[0035]所述的普通傳感器節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置有節(jié)點(diǎn)控制器，所述節(jié)點(diǎn)控制器以芯片2為控制核心，芯片2的型號為CC2430，CC2430具有低功耗、低費(fèi)用的優(yōu)勢，適于要求超低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0036]所述的信息發(fā)送模塊采用芯片3，芯片3的型號為S頂300oSIM300是一款三頻段GSM/GPRS模塊，工作頻率為EGSM 900MHZ、DCS 1800MHZ和PCS 1900MHZ三種，SIM 3的外形尺寸為40mm*33mm*2.85mm，睡眠模式下的電流消耗為2.5mA，具有體積小、低功耗的優(yōu)勢。
[0037]另外，如圖2所示，傳感器節(jié)點(diǎn)通過傳感器接口電路模塊與傳感器連接，通過濾波放大模塊和A/D模塊實現(xiàn)對采集信號的預(yù)處理。CC2430控制器采用8050內(nèi)核，對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行初處理，并將處理結(jié)果通過射頻收發(fā)器和天線以電信號向外傳播。
[0038]根據(jù)本實用新型一個實施例，所述的普通傳感器節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的物理結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)從普通傳感器節(jié)點(diǎn)中選出，是在局部區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)綜合因素最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)，具有距離匯聚節(jié)點(diǎn)較近、剩余能量較大的特點(diǎn)。所述的節(jié)點(diǎn)控制器CC2430可以由多路供電，包括自然能電池和電源的方式。
[0039]另外，如圖3所示，使用一個非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C15和電感L1、L2、L3以及一個PCB微波傳輸線組成，整個結(jié)構(gòu)滿足RF輸入/輸出匹配電阻(50Ω)的要求。內(nèi)部T/R交換電路完成LNA和PA之問的交換。RI和R2為偏置電阻，電阻Rl主要用來為32MHz的晶振提供一個合適的工作電流。用I個32MHz的石英諧振器(Yl)和2個電容(C14和Cll)構(gòu)成一個32MHz的晶振電路。用I個32.768kHz的石英諧振器(Y2)和2個電容(Cl和C2)構(gòu)成一個32.768kHz的晶振電路。電壓調(diào)節(jié)器為所有要求1.8V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，C4和C6電容是去耦合電容，用來電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性。
[0040]本實用新型的一個實施例中，提供了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器將采集的振動信號傳送給普通傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初處理，初處理后位于各個局部區(qū)域的普通傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包都轉(zhuǎn)發(fā)至區(qū)域內(nèi)的一個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)，由轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并轉(zhuǎn)發(fā)至匯聚節(jié)點(diǎn)，最后由匯聚節(jié)點(diǎn)實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的通信。橋梁安全參數(shù)信息可以通過GPRS在監(jiān)測平臺遠(yuǎn)程監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警時通過信息發(fā)送模塊以短信形式發(fā)送至手機(jī)用戶端，提醒用戶采取安全防護(hù)。
[0041]由技術(shù)常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實用新型范圍內(nèi)或在等同于本實用新型的范圍內(nèi)的改變均被本實用新型包含O
【主權(quán)項】
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括: 信號采集模塊、多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)、多個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、信息發(fā)送模塊組成，所述信號采集模塊由多個傳感器組成，它的輸出端與所述多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)相連接，用于采集橋梁的振動信號； 多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)，每個普通傳感器節(jié)點(diǎn)都連接一個傳感器，它的輸出端與所述多個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)相連接，用于對信號初步處理； 多個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)，每個轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)與多個普通傳感器節(jié)點(diǎn)通信，它的輸出端與所述匯聚節(jié)點(diǎn)相連接，將多個普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行融合和轉(zhuǎn)發(fā)； 匯聚節(jié)點(diǎn)，它通過GPRS與監(jiān)測平臺相連，對傳感器內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)發(fā)至外網(wǎng)； 信息發(fā)送模塊，它與所述匯聚節(jié)點(diǎn)相連，用于發(fā)送預(yù)警信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述的信號采集模塊采用芯片1，芯片I的型號為FBA-31，F(xiàn)BA-31為中國地震局工程力學(xué)研究所新研發(fā)的力平衡加速度傳感器，測試范圍為O-SOHz，性能穩(wěn)定可靠，具有零漂小、精度和動態(tài)范圍高、低功耗、體積小等特點(diǎn)，可用于橋梁健康診斷、監(jiān)測。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述的普通傳感器節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置有節(jié)點(diǎn)控制器，所述節(jié)點(diǎn)控制器以芯片2為控制核心，芯片2的型號為CC2430，CC2430具有低功耗、低費(fèi)用的優(yōu)勢，可用于要求超低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述的節(jié)點(diǎn)控制器，可以由多路供電，包括自然能電池和電源的方式。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述的信息發(fā)送模塊采用芯片3，芯片3的型號為SIM300，SIM300是一款三頻段GSM/GPRS模塊，SM300的外形尺寸為40mm*33mm*2.85mm，睡眠模式下的電流消耗為2.5mA，具有體積小、低功耗的優(yōu)勢。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述的普通傳感器節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的物理結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目小于普通節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)從普通傳感器節(jié)點(diǎn)中選出，是在局部區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)綜合因素最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)，具有距離匯聚節(jié)點(diǎn)較近、剩余能量較大的特點(diǎn)。
【文檔編號】H04W84/18GK205545964SQ201620250807
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】郎朗, 李朕陽, 張 成, 陶功皓, 王青梅
【申請人】安徽工程大學(xué)