专利名称：一种基于zigbee网络的桥梁结构健康监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及桥梁结构健康监测技术领域，尤其是涉及ー种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统。
背景技术：
目前，对大跨径桥梁进行健康监测来确保桥梁结构的安全并实现早期预整，避免结构损伤或退化的发展，減少昂贵的修复费用甚至结构的垮塌，已经成为当今工程界的热 点问题，长大跨径桥梁的健康监测技术也因此成为桥梁工程学科研究和发展的ー个重要领域。桥梁的健康监测是保证桥梁安全运营的重要手段。桥梁健康监测通过时桥梁结构状态的监测与评佑，为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号。为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。随着半导体技术、计算机技术、通信技术等信息技术的发展，和现在高科技在各类设备仪器上的应用，使得人们对桥梁监测更加准确化，而第一步就是全面获取和了解桥梁质量监测參数。以往的做法是采集原始数据后再进行实验室分析，需要投入大量的人力物力，收效甚微。基于无线互联网络的价格低廉高效的远程检测系统为人们及时掌握瞬息万变的空气质量參数提供了可能。在环境參数检测系统中最重要的是信息采集终端，即传感器节点，传感器节点主要负责数据的采集、传送。每ー个远程检测系统都需要在监测区域布置大量的传感器节点。无线传感器网络内的节点大多采用射频收发模块将数据上传至主节点，再与监控中心通信，网络内通信时序由监控中心统ー控制。因此，传感器节点就是整个监测网络的基本単元，节点的稳定运行是整个网络可靠性的基本保证，所以在设计时力求简单可靠、功能強大、价格低廉。在传感器节点设计和制造方面国内和国外还有较大的差距，比如传感器节点信息采集和传送不准确，时断时续、传感器节点之间通信能力差、传感器节点功能単一、寿命短、不便于维护等。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，其设计合理，智能化程度高，运行的稳定性和可靠性高，能够全面地监测桥梁的健康状况，可以无论何时何地都能向人们提供需要的信息，桥梁结构健康监测节点功能強大、寿命长、便于维护，实用性强，推广应用价值高。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，其特征在干包括多个桥梁结构健康检测传感器组、多个桥梁结构健康监测节点、与多个所述桥梁结构健康监测节点均相接的桥梁结构健康监测汇聚节点、与桥梁结构健康监测汇聚节点相接的网关和与网关通过GPRS网络无线连接的通信服务器，多个所述桥梁结构健康检测传感器组和多个所述桥梁结构健康监测节点一一对应相接后均匀分布在桥梁上；所述桥梁结构健康检测传感器组包括应カ传感器、挠度传感器、裂缝检测传感器、倾角传感器、温度传感器、风速传感器和位移传感器，所述桥梁结构健康监测节点包括给各用电模块供电的电源模块、用于连接桥梁结构健康检测传感器组的传感器接ロ电路模块、与传感器接ロ电路模块相接并用于将桥梁结构健康检测传感器组中各传感器所输出的模拟信号转换成数字信号的A/D转换电路模块、与A/D转换电路模块相接并用于对A/D转换电路模块所输出的信号进行分析处理得出监测点处桥梁结构健康状况的微处理器模块，以及与微处理器模块相接的数据存储电路模块、用于实现组网的第一 ZIGBEE无线通信模块和用于实现数据导出的RS-485通信电路模块；所述桥梁结构健康监测汇聚节点包括监控计算机和与监控计算机相接的第二 ZIGBEE无线通信模块，所述监控计算机与网关相接，所述第二 ZIGBEE无线通信模块与多个所述第一 ZIGBEE无线通信模块无线连接并通ィ目。上述的一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，其特征在于所述微处理器模块为MSP430系列超低功耗单片机。上述的一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，其特征在于所述数据存储电路模块为Flash存储器、SD卡或CF卡。上述的一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，其特征在于所述电源模块为普通干电池、锂离子充电电池、镍氢充电电池或太阳能电池。本实用新型与现有技术相比具有以下优点I、本实用新型采用低功耗的设计，节点间采用短距离的无线低功率通信技术，通过多跳中继方式将监测数据传到网关节点，低功耗的多跳通信模式节省功耗，同时增加了通信的隐蔽性，也避免了长距离的无线通信易受外界噪声干扰的影响。2、本实用新型的传感器节点为智能型，具有一定的判断能力，可同时执行多种不同的任务。例如，传感器节点在执行数据采集时可担任数据和命令传输媒介，即根据节点间默认通信协议收集近邻感知节点发来的数据，组成一定大小的数据包存储备份后通过无线网络及时上传至主节点，为建构自组织网络提供技术支持，大大提高了自组织网络运行的稳定性和可靠性。3、本实用新型传感器节点间协作的实时监测、感知、采集、处理和发布各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到主节点，可以无论何时何地都能向人们提供需要的信息。4、本实用新型的传感器节点信息采集和传送准确，时断时续、传感器节点之间通信能力好、传感器节点功能強大、寿命长、便于维护等。5、本实用新型的实用性强，推广应用价值高。综上所述，本实用新型设计合理，智能化程度高，运行的稳定性和可靠性高，能够全面地监测桥梁的健康状况，可以无论何时何地都能向人们提供需要的信息，桥梁结构健康监测节点功能強大、寿命长、便于维护，实用性强，推广应用价值高。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进ー步的详细描述。
图I为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型桥梁结构健康检测传感器组与桥梁结构健康监测节点的连接关系不意图。[0019]附图标记说明I-桥梁结构健康检测传感器组；1-1-应カ传感器；1-2-挠度传感器； 1-3-裂缝检测传感器； 1-4-倾角传感器；1-5-温度传感器； 1-6-风速传感器；1-7-位移传感器；2-桥梁结构健康监测节点；2-1-电源模块；2-2-传感器接ロ电路模块；2-3-A/D转换电路模块；2-4-微处理器模块；2-5-数据存储电路模块；2-6-第一 ZIGBEE无线通信模块；2-7-RS-485通信电路模块；3-桥梁结构健康监测汇聚节点；3-1-监控计算机；3-2-第二 ZIGBEE无线通信模块；4_网关；5-GPRS网络；6_通信服务器。
具体实施方式
如图I和图2所示，本实用新型包括多个桥梁结构健康检测传感器组I、多个桥梁结构健康监测节点2、与多个所述桥梁结构健康监测节点2均相接的桥梁结构健康监测汇聚节点3、与桥梁结构健康监测汇聚节点3相接的网关4和与网关4通过GPRS网络5无线连接的通信服务器6，多个所述桥梁结构健康检测传感器组I和多个所述桥梁结构健康监测节点2 —一对应相接后均匀分布在桥梁上；所述桥梁结构健康检测传感器组I包括应カ传感器1-1、挠度传感器1-2、裂缝检测传感器1-3、倾角传感器1-4、温度传感器1-5、风速传感器1-6和位移传感器1-7，所述桥梁结构健康监测节点2包括给各用电模块供电的电源模块2-1、用于连接桥梁结构健康检测传感器组I的传感器接ロ电路模块2-2、与传感器接ロ电路模块2-2相接并用于将桥梁结构健康检测传感器组I中各传感器所输出的模拟信号转换成数字信号的A/D转换电路模块2-3、与A/D转换电路模块2-3相接并用于对A/D转换电路模块2-3所输出的信号进行分析处理得出监测点处桥梁结构健康状况的微处理器模块
2-4，以及与微处理器模块2-4相接的数据存储电路模块2-5、用于实现组网的第一ZIGBEE无线通信模块2-6和用于实现数据导出的RS-485通信电路模块2-7 ;所述桥梁结构健康监测汇聚节点3包括监控计算机3-1和与监控计算机3-1相接的第二 ZIGBEE无线通信模块
3-2，所述监控计算机3-1与网关4相接，所述第二ZIGBEE无线通信模块3_2与多个所述第一 ZIGBEE无线通信模块2-6无线连接并通信。如图I和图2所示，本实施例中，所述微处理器模块2-4为MSP430系列超低功耗单片机。所述数据存储电路模块2-5为Flash存储器、SD卡或CF卡。所述电源模块2_1为普通干电池、锂离子充电电池、镍氢充电电池或太阳能电池。本实用新型的工作原理及工作过程是桥梁结构健康检测传感器组I采集数据并传输到桥梁结构健康监测节点2，桥梁结构健康监测节点2将其采集到的数据通过第二ZIGBEE无线通信模块3-2传输数据到监控计算机3_1，监控计算机3_1分析处理数据并通过GPRS网络5传输到通信服务器6。其中，桥梁结构健康监测节点2的工作原理及工作过程是桥梁结构健康检测传感器组I中各传感器所检测到的数据通过A/D转换电路模块2-3进行模数转换后输出给微处理器模块2-4，微处理器模块2-4对A/D转换电路模块2-3所输出的信号进行分析处理得出监测点处桥梁结构健康状况，将数据存储在数据存储电路模块2-5中，同时通过第一ZIGBEE无线通信模块2-6传输给第二 ZIGBEE无线通信模块3_2并通过第二 ZIGBEE无线通信模块3-2传输数据到监控计算机3-1中。 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，其特征在于包括多个桥梁结构健康检测传感器组(I)、多个桥梁结构健康监测节点(2)、与多个所述桥梁结构健康监测节点(2)均相接的桥梁结构健康监测汇聚节点(3)、与桥梁结构健康监测汇聚节点(3)相接的网关(4)和与网关(4)通过GPRS网络(5)无线连接的通信服务器￠)，多个所述桥梁结构健康检测传感器组(I)和多个所述桥梁结构健康监测节点(2) —一对应相接后均匀分布在桥梁上；所述桥梁结构健康检测传感器组(I)包括应力传感器(1-1)、挠度传感器(1-2)、裂缝检测传感器(1-3)、倾角传感器(1-4)、温度传感器(1-5)、风速传感器(1-6)和位移传感器(1-7)，所述桥梁结构健康监测节点(2)包括给各用电模块供电的电源模块(2-1)、用于连接桥梁结构健康检测传感器组(I)的传感器接口电路模块(2-2)、与传感器接口电路模块(2-2)相接并用于将桥梁结构健康检测传感器组(I)中各传感器所输出的模拟信号转换成数字信号的A/D转换电路模块(2-3)、与A/D转换电路模块(2-3)相接并用于对A/D转换电路模块(2-3)所输出的信号进行分析处理得出监测点处桥梁结构健康状况的微处理器模块(2-4)，以及与微处理器模块(2-4)相接的数据存储电路模块(2-5)、用于实现组网的第一 ZIGBEE无线通信模块(2-6)和用于实现数据导出的RS-485通信电路模块(2_7);所述桥梁结构健康监测汇聚节点(3)包括监控计算机(3-1)和与监控计算机(3-1)相接的第二ZIGBEE无线通信模块(3-2)，所述监控计算机(3-1)与网关(4)相接，所述第二 ZIGBEE无线通信模块(3-2)与多个所述第一 ZIGBEE无线通信模块(2-6)无线连接并通信。
2.按照权利要求I所述的一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，其特征在于所述微处理器模块(2-4)为MSP430系列超低功耗单片机。
3.按照权利要求I所述的一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，其特征在于所述数据存储电路模块(2-5)为Flash存储器、SD卡或CF卡。
4.按照权利要求I所述的一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，其特征在于所述电源模块(2-1)为普通干电池、锂离子充电电池、镍氢充电电池或太阳能电池。
专利摘要本实用新型公开了一种基于ZIGBEE网络的桥梁结构健康监测系统，包括多个桥梁结构健康检测传感器组、多个桥梁结构健康监测节点、与多个桥梁结构健康监测节点均相接的桥梁结构健康监测汇聚节点、与桥梁结构健康监测汇聚节点相接的网关和与网关通过GPRS网络无线连接的通信服务器；桥梁结构健康监测节点包括电源模块、传感器接口电路模块、A/D转换电路模块、微处理器模块、数据存储电路模块、第一ZIGBEE无线通信模块和RS-485通信电路模块；桥梁结构健康监测汇聚节点包括监控计算机和第二ZIGBEE无线通信模块。本实用新型设计合理，智能化程度高，运行的稳定性和可靠性高，能够全面地监测桥梁的健康状况，实用性强，推广应用价值高。
文档编号G01D21/02GK202403736SQ201120565079
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者冯永宁 申请人:西安迅腾科技有限责任公司