基于Zigbee的嵌入式橋梁健康監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究.pdf

1、橋梁因造價昂貴，服役時間長且維系人們的生命安全而倍受關(guān)注。為了避免因難于察覺結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)損傷引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測受到了全世界的廣泛關(guān)注。然而目前橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)龐大，存在供電難、安裝維護(hù)難、成本高、穩(wěn)定性差等問題，難以在中小型橋梁中普及應(yīng)用。本文立足于設(shè)計一個以嵌入式處理器為核心，Zigbee技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)平臺的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以彌補(bǔ)大型工控系統(tǒng)的缺點(diǎn)，并期望實現(xiàn)穩(wěn)定、有效、可靠的數(shù)據(jù)采集。
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2、設(shè)計橋梁健康監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的側(cè)重部分是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集預(yù)處理核心子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)。提出基于嵌入式技術(shù)、Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GPRS（General Packet Radio Service）傳輸技術(shù)相結(jié)合的新型嵌入式橋梁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用嵌入式結(jié)合GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)處理、誤差分析、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，解決了工控機(jī)耗電量大、維護(hù)困難的問題;利用Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)和傳感器節(jié)點(diǎn)電源自控制技術(shù)進(jìn)行

3、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和電源管理，彌補(bǔ)了布線困難、布線成本高的缺陷，減小了數(shù)據(jù)采集的難度。
　　 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)與創(chuàng)新之處:(1)利用ARM（Advanced RISC Machines）處理器和Zigbee協(xié)調(diào)器設(shè)計數(shù)據(jù)預(yù)處理和轉(zhuǎn)儲中心，系統(tǒng)接口簡單易用，實現(xiàn)了對大型工控系統(tǒng)的成功替換。(2)采用基于802.15.4的Zigbee無線局域網(wǎng)組建傳感器集群系統(tǒng)，將傳感器設(shè)計成不同功能型的Zigbee節(jié)點(diǎn)，采集并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，在Zig

4、bee協(xié)議基礎(chǔ)上設(shè)計適合本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模式，成功實現(xiàn)了有線系統(tǒng)到無線系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。(3)為了確保能最大程度降低系統(tǒng)功耗使系統(tǒng)長時間工作，設(shè)計了基于時間驅(qū)動和傳感器調(diào)度的低功耗電源喚醒機(jī)制，使傳感器節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器在保證數(shù)據(jù)采集頻率的條件下分時休眠，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲中心控制這一機(jī)制，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。(4)針對數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)冗余多、數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常值等問題提出了基于分形的數(shù)據(jù)相似性檢測剔除方法實現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)異常值的預(yù)處理。
　　 綜合以上四種技術(shù)