專利名稱：一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及橋梁健康監測技術領域，尤其是涉及一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統。
背景技術：
近年來，全國性的橋梁建設正一步步的緊張進行，由于橋梁的建筑地域比較分散，多處于偏遠地區，橋梁的現場多為高空作業，隨著建設橋梁大面積的推進和覆蓋，人們對橋梁建成后的健康安全關注越來越密切，橋梁的全面的自身環境的健康監測成為橋梁安全行業的一大重要任務。 但現有技術中，橋梁健康監測系統的建立受傳感器技術、橋梁工程、損傷識別和狀況評估專家系統技術的制約，技術還不夠成熟，還存著著監測精度低，施工困難等缺陷和不足，還不能很好地滿足實用要求。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其結構簡單，設計合理，實現方便，監測的實時性高，智能化程度高，節約人力物力，能夠減小人為誤差、降低工作難度，實用性強，使用效果好，推廣應用價值高。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于包括由布設在橋梁上被監測區域內的多個無線傳感器網絡節點模塊組成的一個或多個無線傳感器網絡、向橋梁管理人員所使用手持式通信設備發送指導信息和預警信息的無線信號收發模塊、通過無線通信網絡接入橋梁專家系統且根據無線傳感器網絡的檢測結果對無線信號收發模塊進行控制的主控計算機、與主控計算機相接的數據服務器和將無線傳感器網絡中各無線傳感器網絡節點模塊所檢測數據打包并通過無線傳感器網絡上傳至主控計算機的網關節點，所述網關節點與主控計算機通過無線傳感器網絡無線連接，所述無線收發模塊與主控計算機相接；所述無線傳感器網絡節點模塊包括給系統中各用電單元供電的電源管理單元、用于采集橋梁結構健康數據并對采集到的數據進行分析處理的數據采集及處理單元、用于控制系統中各模塊協調有序工作的控制器單元、用于數據存儲的數據存儲單元、用于實現定位的GPS定位模塊、用于系統調試的調試單元、用于顯示采集數據的顯示單元和用于數據遠程無線傳輸的數據傳輸單元，所述數據采集及處理單元和GPS定位模塊均與控制器單元的輸入端相接，所述數據存儲單元、調試單元和數據傳輸單元均與控制器單元相接，所述顯示單元與控制器單元的輸出端相接；所述數據采集及處理單元包括依次相接的傳感器橋接電路模塊、信號放大器、濾波器、多路模擬開關、A/D轉換器和微處理器，所述傳感器橋接電路模塊的輸入端接有用于對橋梁健康數據進行采集的傳感器組；所述調試單元包括與微處理器相接的數據采集及處理單元升級調試接口、與控制器單元相接的系統升級調試接口和與數據傳輸單元相接的數據傳輸單元升級調試接口 ；所述GPS定位模塊上接有GPS天線；所述數據傳輸單元上接有數據傳輸天線。上述的一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在干所述傳感器組包括風速傳感器、稱重傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、應カ傳感器、加速度傳感器和位移傳感器。上述的一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于所述無線通信網絡為CDMA網絡、3G網絡或Internet網絡，所述數據傳輸單元為CDMA無線數據傳輸模塊、3G無線數據傳輸模塊或WIFI無線數據傳輸模塊。上述的一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在干所述微處理器為單片機ATmegal28L。上述的一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在干所述控制器單元為32位高速ARM7芯片SEP4020。 上述的一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于所述顯示單元為IXD顯示電路。上述的一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在干所述無線信號收發模塊為CDMA模塊、3G模塊或GPRS模塊。本實用新型與現有技術相比具有以下優點I、本實用新型采用模塊化、集成化的設計，通過公用無線通信網絡無線通信，無需布線，結構簡單，設計合理，實現方便。2、本實用新型無線傳感器網絡節點模塊包括一個控制器単元，數據采集及處理單元中還包括有ー個微處理器，采用雙CPU的結構，增強了數據處理的能力，有助于提高數據處理速度，增強了監測的實時性。3、本實用新型的智能化程度高，能夠自動完成橋梁健康數據的采集功能，節約人力物力，操作使用便捷，解決了由于人工測定作業偏遠不安全，而且數據在測量、記錄、處理過程中難免引入人為的誤差甚至錯誤，橋梁施工和運營期間人工測量數據工作難度大的問題；同時解決了光纜線路有線測試系統造成的高昂的測試成本，提升了現代的橋梁檢測技術和健康監測技術水平。4、本實用新型的實用性強，使用效果好，推廣應用價值高。綜上所述，本實用新型結構簡單，設計合理，實現方便，監測的實時性高，智能化程度高，節約人力物力，能夠減小人為誤差、降低工作難度，實用性強，使用效果好，推廣應用價值高。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進ー步的詳細描述。
圖I為本實用新型的電路原理框圖。圖2為本實用新型無線傳感器網絡節點模塊的電路原理框圖。附圖標記說明 I-電源管理単元； 2-數據采集及處理單元；2-1-傳感器橋接電路模塊； 2-2-信號放大器； 2-3-濾波器；2-4-多路模擬開關； 2-5-A/D轉換器； 2_6_微處理器；[0024]2-7-傳感器組； 3-控制器単元； 4-數據存儲単元；5-GPS 定位模塊； 5-1-GPS 天線；6-1-數據采集及處理單元升級調試接ロ ； 6-2-系統升級調試接ロ ；6-3-數據傳輸単元升級調試接ロ ； 7-顯示單元；8-數據傳輸単元； 8-1-數據傳輸天線；9-無線傳感器網絡節點模塊； 10-無線傳感器網絡；11-手持式通信設備； 12-無線信號收發模塊；13-無線通信網絡； 14-主控計算機； 15-數據服務器；16-網關節點。
具體實施方式
如圖I和圖2所示，本實用新型包括由布設在橋梁上被監測區域內的多個無線傳感器網絡節點模塊9組成的ー個或多個無線傳感器網絡10、向橋梁管理人員所使用手持式通信設備11發送指導信息和預警信息的無線信號收發模塊12、通過無線通信網絡13接入橋梁專家系統且根據無線傳感器網絡10的檢測結果對無線信號收發模塊12進行控制的主控計算機14、與主控計算機14相接的數據服務器15和將無線傳感器網絡10中各無線傳感器網絡節點模塊9所檢測數據打包并通過無線傳感器網絡10上傳至主控計算機14的網關節點16，所述網關節點16與主控計算機14通過無線傳感器網絡10無線連接，所述無線收發模塊12與主控計算機14相接；所述無線傳感器網絡節點模塊9包括給系統中各用電單元供電的電源管理単元I、用于采集橋梁結構健康數據并對采集到的數據進行分析處理的數據采集及處理單元2、用于控制系統中各模塊協調有序工作的控制器単元3、用于數據存儲的數據存儲単元4、用于實現定位的GPS定位模塊5、用于系統調試的調試單元、用于顯示采集數據的顯示単元7和用于數據遠程無線傳輸的數據傳輸単元8，所述數據采集及處理単元2和GPS定位模塊5均與控制器単元3的輸入端相接，所述數據存儲單元4、調試單元和數據傳輸単元8均與控制器単元3相接，所述顯示単元7與控制器単元3的輸出端相接；所述數據采集及處理單元2包括依次相接的傳感器橋接電路模塊2-1、信號放大器2-2、濾波器2-3、多路模擬開關2-4、A/D轉換器2-5和微處理器2_6，所述傳感器橋接電路模塊2_1的輸入端接有用于對橋梁健康數據進行采集的傳感器組2-7 ;所述調試単元包括與微處理器2-6相接的數據采集及處理單元升級調試接ロ 6-1、與控制器単元3相接的系統升級調試接ロ 6-2和與數據傳輸單元8相接的數據傳輸單元升級調試接ロ 6-3 ;所述GPS定位模塊5上接有GPS天線5-1 ;所述數據傳輸單元8上接有數據傳輸天線8-1。如圖I和圖2所示，本實施例中，所述傳感器組2-7包括風速傳感器、稱重傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、應カ傳感器、加速度傳感器和位移傳感器。所述無線通信網絡13為CDMA網絡、3G網絡或Internet網絡，所述數據傳輸單元8為CDMA無線數據傳輸模塊、3G無線數據傳輸模塊或WIFI無線數據傳輸模塊。所述微處理器2-6為單片機ATmegal28L。所述控制器單元3為32位高速ARM7芯片SEP4020。所述顯示單元I為IXD顯示電路。所 述無線信號收發模塊12為CDMA模塊、3G模塊或GPRS模塊。本實用新型的工作原理及工作過程是傳感器組2-7中各傳感器所采集到的數據通過傳感器橋接電路模塊2-1依次輸出給信號放大器2-2和濾波器2-3,信號放大器2-2和濾波器2-3分別對信號進行放大和濾波處理，多路模擬開關2-4分時選擇接通各傳感器所輸出的數據并輸出給A/D轉換器2-5，A/D轉換器2-5對數據進行A/D轉換后輸出給微處理器2-6，微處理器2-6對數據進行分析處理后輸出給控制器単元3，控制器単元3將數據存儲在數據存儲單元4，同時接收GPS定位模塊5所輸出的信息，控制器單元3對其接收到的信號進行分析處理后控制顯示単元7顯示采集數據，并通過數據傳輸単元8將數據傳輸給網關節點16，網關節點16將無線傳感器網絡10中各無線傳感器網絡節點模塊9所檢測數據打包并通過無線傳感器網絡10上傳至主控計算機14，供主控計算機14分析處理，管理人員可以在主控計算機14上查看監測結果，同時，主控計算機14還可以將監測結果通過無線信號收發模塊12發送指導信息和預警信息到橋梁管理人員所使用的手持式通信設備11上，供管理人員查看分析。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 據本實用新型技術實質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，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
權利要求1.一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于包括由布設在橋梁上被監測區域內的多個無線傳感器網絡節點模塊(9)組成的ー個或多個無線傳感器網絡(10)、向橋梁管理人員所使用手持式通信設備(11)發送指導信息和預警信息的無線信號收發模塊(12)、通過無線通信網絡(13)接入橋梁專家系統且根據無線傳感器網絡(10)的檢測結果對無線信號收發模塊(12)進行控制的主控計算機(14)、與主控計算機(14)相接的數據服務器(15)和將無線傳感器網絡(10)中各無線傳感器網絡節點模塊(9)所檢測數據打包并通過無線傳感器網絡(10)上傳至主控計算機(14)的網關節點(16)，所述網關節點(16)與主控計算機(14)通過無線傳感器網絡(10)無線連接，所述無線收發模塊(12)與主控計算機(14)相接；所述無線傳感器網絡節點模塊(9)包括給系統中各用電單元供電的電源管理単元(I)、用于采集橋梁結構健康數據并對采集到的數據進行分析處理的數據采集及處理單元(2)、用于控制系統中各模塊協調有序工作的控制器単元(3)、用于數據存儲的數據存儲単元(4)、用于實現定位的GPS定位模塊(5)、用于系統調試的調試單元、用于顯示采集數據的顯示単元(7)和用于數據遠程無線傳輸的數據傳輸単元(8)，所述數據采集及處理單元(2)和GPS定位模塊(5)均與控制器単元(3)的輸入端相接，所述數據存儲単元(4)、調試單元和數據傳輸単元(8)均與控制器単元(3)相接，所述顯示単元(7)與控制器単元(3)的輸出端相接；所述數據采集及處理單元(2)包括依次相接的傳感器橋接電路模塊(2-1)、信號放大器(2-2)、濾波器(2-3)、多路模擬開關(2-4)、A/D轉換器(2_5)和微處理器(2-6)，所述傳感器橋接電路模塊(2-1)的輸入端接有用于對橋梁健康數據進行采集的傳感器組(2-7);所述調試単元包括與微處理器(2-6)相接的數據采集及處理單元升級調試接ロ ￠-1)、與控制器単元(3)相接的系統升級調試接ロ(6-2)和與數據傳輸單元(8)相接的數據傳輸單元升級調試接ロ ￠-3);所述GPS定位模塊(5)上接有GPS天線(5-1);所述數據傳輸單元(8)上接有數據傳輸天線(8-1)。
2.按照權利要求I所述的ー種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于所述傳感器組(2-7)包括風速傳感器、稱重傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、應カ傳感器、加速度傳感器和位移傳感器。
3.按照權利要求I或2所述的ー種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于所述無線通信網絡(13)為CDMA網絡、3G網絡或Internet網絡，所述數據傳輸單元(8)為CDMA無線數據傳輸模塊、3G無線數據傳輸模塊或WIFI無線數據傳輸模塊。
4.按照權利要求3所述的ー種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于所述微處理器(2-6)為單片機ATmegal28L。
5.按照權利要求3所述的ー種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于所述控制器單元(3)為32位高速ARM7芯片SEP4020。
6.按照權利要求3所述的ー種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于所述顯示単元(7)為IXD顯示電路。
7.按照權利要求3所述的ー種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，其特征在于所述無線信號收發模塊(12)為CDMA模塊、3G模塊或GPRS模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種基于無線傳感器網絡的橋梁健康監測系統，包括由多個無線傳感器網絡節點模塊組成的一個或多個無線傳感器網絡、無線信號收發模塊、主控計算機、與主控計算機相接的數據服務器和網關節點；無線傳感器網絡節點模塊包括數據采集及處理單元、控制器單元、數據存儲單元、GPS定位模塊、調試單元、顯示單元和數據傳輸單元；數據采集及處理單元包括傳感器橋接電路模塊、信號放大器、濾波器、多路模擬開關、A/D轉換器和微處理器；調試單元包括數據采集及處理單元升級調試接口、系統升級調試接口和數據傳輸單元升級調試接口。本實用新型設計合理監測的實時性高，智能化程度高，能夠減小人為誤差、降低工作難度，實用性強，推廣應用價值高。
文檔編號H04W84/18GK202433036SQ20112056997
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月24日 優先權日2011年12月24日
發明者王明霞 申請人:西安迅騰科技有限責任公司