基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、近幾年來，橋梁事故頻繁發(fā)生，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測迫在眉睫。無線傳感網(wǎng)絡(luò)憑借其自組織、多跳路由、低功耗等優(yōu)點，在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域受到人們青睞。
　　 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中占據(jù)重要地位，為橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷和決策提供必要支持。論文從實際應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計了一套用于采集橋梁應(yīng)變信號和加速度信號的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和用戶應(yīng)用系統(tǒng)組成，其中基于Internet技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的用戶應(yīng)

2、用系統(tǒng)發(fā)展比較成熟，因此論文重點對基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究與設(shè)計，主要工作有:
　　 1)結(jié)合橋梁環(huán)境實際以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)設(shè)計了硬件平臺，包括無線加速度傳感節(jié)點、無線應(yīng)變傳感節(jié)點以及以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，滿足系統(tǒng)對橋梁加速度信號以及應(yīng)變信號的采集需要。
　　 2)為滿足橋梁環(huán)境下系統(tǒng)對時間同步的要求，設(shè)計并實現(xiàn)了一種多子網(wǎng)時間同步算法，包括基于GPS授時技術(shù)的子網(wǎng)級同步、基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的節(jié)點級同

3、步以及基于嵌入式技術(shù)的應(yīng)用級同步三層同步機(jī)制，有效地保證了數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作。
　　 3)為滿足系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?，結(jié)合橋梁環(huán)境，分析得出數(shù)據(jù)發(fā)送瓶頸、無線干擾以及節(jié)點失效三個系統(tǒng)故障因素。針對數(shù)據(jù)發(fā)送瓶頸，通過改進(jìn)數(shù)據(jù)包格式提高了有效數(shù)據(jù)發(fā)送速率，設(shè)計本地數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)確保數(shù)據(jù)安全;針對無線干擾，采用頻率捷變技術(shù)規(guī)避干擾，并設(shè)計了數(shù)據(jù)丟失回傳機(jī)制;針對節(jié)點失效問題，設(shè)計了基于LQI和RSSI的能量探查法對失效節(jié)點進(jìn)行預(yù)警，實現(xiàn)網(wǎng)