一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，包括信号采集模块，由多个传感器组成，适于采集桥梁的振动信号；多个普通传感器节点，每个普通传感器节点都与一个传感器连接，用于信号的初步处理；多个转发传感器节点，每个转发节点将多个普通传感器节点发送的数据包进行融合后转发；和汇聚节点，适于对传感器内网数据处理后转发至外网。所述的桥梁安全监测系统还包括信息传送模块，将监测结果以短信形式发送至手机用户；和监测平台，通过GPRS远程监测桥梁健康状况。本实用新型采用了低功耗的传感器节点和灵活的数据传送方式，有效延长网络的生命周期，同时通过信息传送模块将预警信息及时发送至用户端，达到很好的预警效果。
【专利说明】
一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及桥梁安全监测领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统。
【背景技术】
[0002]近年来，我国经济和社会的高速发展推动了桥梁工程的建设，桥梁工程的数目不断增加，广泛应用于社会生活中。但桥梁坍塌事故时有发生，直接关系到人们的生命财产安全，引起了社会的高度重视。因此，对桥梁健康安全状况的监测和维护具有重要意义。
[0003]由于桥梁的建筑结构敏感，前端的测量点部署如果采用有线方式，容易损害建筑结构受力。伴随着无线技术的发展，将体积小巧，容易安装的无线传感器节点应用于桥梁安全监测可以解决这一问题。实际应用中，仍有一些不足之处需要改进:1、节点的能量受到制约，需要进一步降低节点能耗，延长网络寿命;2、对信号采集的选择和处理需要加强;3、当出现事故预警时，必须及时有效地传达信息。
[0004]在桥梁安全监测中，需要一种低功耗、预警及时的无线传感器网络监测系统。【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
[0006]—种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，包括:信号采集模块、多个普通传感器节点、多个转发传感器节点、汇聚节点、信息发送模块组成，所述信号采集模块由多个传感器组成，它的输出端与所述多个普通传感器节点相连接，用于采集桥梁的振动信号；
[0007]多个普通传感器节点，每个普通传感器节点都连接一个传感器，它的输出端与所述多个转发传感器节点相连接，用于对信号初步处理；
[0008]多个转发传感器节点，每个转发传感器节点与多个普通传感器节点通信，它的输出端与所述汇聚节点相连接，将多个普通节点发送的数据包进行融合和转发；
[0009]汇聚节点，它通过GPRS与监测平台相连，对传感器内网数据处理后转发至外网；
[0010]信息发送模块，它与所述汇聚节点相连，用于发送预警信息。
[0011]根据本实用新型的一个具体实施例，一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统还包括:
[0012]监测平台，通过GPRS远程监测桥梁健康状况，以便对桥梁有针对性地维修。
[0013]所述的信号采集模块采用芯片1，芯片I的型号为FBA-31，FBA-31为中国地震局工程力学研究所研发的力平衡加速度传感器，测试范围为O-SOHz，性能稳定可靠，具有零漂小、精度和动态范围高、低功耗、体积小等特点，可用于桥梁健康诊断、监测。
[0014]所述的普通传感器节点和转发传感器节点设置有节点控制器，所述节点控制机器以芯片2为控制核心，芯片2的型号为CC2430，CC2430具有低功耗、低费用的优势，可用于要求超低功耗的无线传感器网络。
[0015]所述的信息发送模块采用芯片3，芯片3的型号为SIM300，SIM300是一款三频段GSM/GPRS模块，SM300的外形尺寸为40mm*33mm*2.85mm，睡眠模式下的电流消耗为2.5mA，具有体积小、低功耗的优势。
[0016]所述的普通传感器节点和转发传感器节点具有相同的物理结构，转发传感器节点从普通传感器节点中选出，是在局部区域内转发综合因素最优的节点，具有距离汇聚节点较近、剩余能量较大的特点。
[0017]优选的，所述的节点控制器可以由多路供电，包括自然能电池和电源的方式。
[0018]优选的，所述的汇聚节点是以ARM为主处理器的网关。
[0019]优选的，所述的监测平台为工控机，位于监控室。
[0020]本实用新型的一个实施例中，提供了一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，传感器将采集的振动信号传送给普通传感器节点进行初处理，初处理后位于网络各个局部区域的普通传感器节点将数据包都转发至区域内的一个转发传感器节点，由转发节点进行数据融合并转发至汇聚节点，最后由汇聚节点实现内网与外网的通信。桥梁安全参数信息可以通过GPRS在监测平台远程监测，当出现灾害预警时通过信息发送模块以短信形式发送至手机用户端，提醒用户采取安全防护。
[0021]本实用新型的优点在于:1、传感器节点采用了低功耗的控制器，并且在数据传输中采用转发方式，避免了网络能耗不均，减小了系统开销，有效延长了网络的生命周期；2、采用专用的高精度传感器检测桥梁的振动参数，通过网络节点的协同运作，可以有效检测出桥梁的安全健康状况;3、通过信息传送模块将预警信息及时发送至手机用户端，可以达到很好的防灾预警效果。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统的结构图；
[0023]图2为本实用新型一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统普通传感器节点的结构图；
[0024]图3为本实用新型一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统传感器模块应用电路图。
【具体实施方式】
[0025]为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，
[0026]下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0027]根据本实用新型一个实施例，如图1所示，提供一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统:信号采集模块、多个普通传感器节点、多个转发传感器节点、汇聚节点、信息发送模块组成。
[0028]信号采集模块，由多个传感器组成，采集桥梁的振动信号；
[0029]多个普通传感器节点，每个普通传感器节点都连接一个传感器，对信号初步处理；
[0030]多个转发传感器节点，每个转发传感器节点与多个普通传感器节点通信，将多个普通节点发送的数据包进行融合和转发；
[0031 ]汇聚节点，对传感器内网数据处理后转发至外网；
[0032]信息发送模块，当监测到的预警信号时以短信形式将预警信息发送至手机用户端。
[0033]监测平台，通过GPRS远程监测桥梁健康状况，以便对桥梁有针对性地维修。
[0034]所述的信号采集模块采用芯片1，芯片I的型号为FBA-31，FBA-31为中国地震局工程力学研究所研发的力平衡加速度传感器，测试范围为O-SOHz，性能稳定可靠，具有零漂小、精度和动态范围高、低功耗、体积小等特点，适合桥梁健康诊断、监测。
[0035]所述的普通传感器节点和转发传感器节点设置有节点控制器，所述节点控制器以芯片2为控制核心，芯片2的型号为CC2430，CC2430具有低功耗、低费用的优势，适于要求超低功耗的无线传感器网络。
[0036]所述的信息发送模块采用芯片3，芯片3的型号为S頂300oSIM300是一款三频段GSM/GPRS模块，工作频率为EGSM 900MHZ、DCS 1800MHZ和PCS 1900MHZ三种，SIM 3的外形尺寸为40mm*33mm*2.85mm，睡眠模式下的电流消耗为2.5mA，具有体积小、低功耗的优势。
[0037]另外，如图2所示，传感器节点通过传感器接口电路模块与传感器连接，通过滤波放大模块和A/D模块实现对采集信号的预处理。CC2430控制器采用8050内核，对输入的数字信号进行初处理，并将处理结果通过射频收发器和天线以电信号向外传播。
[0038]根据本实用新型一个实施例，所述的普通传感器节点和转发传感器节点具有相同的物理结构，转发传感器节点从普通传感器节点中选出，是在局部区域内转发综合因素最优的节点，具有距离汇聚节点较近、剩余能量较大的特点。所述的节点控制器CC2430可以由多路供电，包括自然能电池和电源的方式。
[0039]另外，如图3所示，使用一个非平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C15和电感L1、L2、L3以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入/输出匹配电阻(50Ω)的要求。内部T/R交换电路完成LNA和PA之问的交换。RI和R2为偏置电阻，电阻Rl主要用来为32MHz的晶振提供一个合适的工作电流。用I个32MHz的石英谐振器(Yl)和2个电容(C14和Cll)构成一个32MHz的晶振电路。用I个32.768kHz的石英谐振器(Y2)和2个电容(Cl和C2)构成一个32.768kHz的晶振电路。电压调节器为所有要求1.8V电压的引脚和内部电源供电，C4和C6电容是去耦合电容，用来电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。
[0040]本实用新型的一个实施例中，提供了一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，传感器将采集的振动信号传送给普通传感器节点进行初处理，初处理后位于各个局部区域的普通传感器节点将数据包都转发至区域内的一个转发传感器节点，由转发节点进行数据融合并转发至汇聚节点，最后由汇聚节点实现内网与外网的通信。桥梁安全参数信息可以通过GPRS在监测平台远程监测，当出现灾害预警时通过信息发送模块以短信形式发送至手机用户端，提醒用户采取安全防护。
[0041]由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含O
【主权项】
1.一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，其特征在于，包括: 信号采集模块、多个普通传感器节点、多个转发传感器节点、汇聚节点、信息发送模块组成，所述信号采集模块由多个传感器组成，它的输出端与所述多个普通传感器节点相连接，用于采集桥梁的振动信号； 多个普通传感器节点，每个普通传感器节点都连接一个传感器，它的输出端与所述多个转发传感器节点相连接，用于对信号初步处理； 多个转发传感器节点，每个转发传感器节点与多个普通传感器节点通信，它的输出端与所述汇聚节点相连接，将多个普通节点发送的数据包进行融合和转发； 汇聚节点，它通过GPRS与监测平台相连，对传感器内网数据处理后转发至外网； 信息发送模块，它与所述汇聚节点相连，用于发送预警信息。2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，其特征在于: 所述的信号采集模块采用芯片1，芯片I的型号为FBA-31，FBA-31为中国地震局工程力学研究所新研发的力平衡加速度传感器，测试范围为O-SOHz，性能稳定可靠，具有零漂小、精度和动态范围高、低功耗、体积小等特点，可用于桥梁健康诊断、监测。3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，其特征在于: 所述的普通传感器节点和转发传感器节点设置有节点控制器，所述节点控制器以芯片2为控制核心，芯片2的型号为CC2430，CC2430具有低功耗、低费用的优势，可用于要求超低功耗的无线传感器网络。4.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，其特征在于: 所述的节点控制器，可以由多路供电，包括自然能电池和电源的方式。5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，其特征在于: 所述的信息发送模块采用芯片3，芯片3的型号为SIM300，SIM300是一款三频段GSM/GPRS模块，SM300的外形尺寸为40mm*33mm*2.85mm，睡眠模式下的电流消耗为2.5mA，具有体积小、低功耗的优势。6.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的桥梁安全监测系统，其特征在于: 所述的普通传感器节点和转发传感器节点具有相同的物理结构，网络中转发节点的数目小于普通节点，转发传感器节点从普通传感器节点中选出，是在局部区域内转发综合因素最优的节点，具有距离汇聚节点较近、剩余能量较大的特点。
【文档编号】H04W84/18GK205545964SQ201620250807
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】郎朗, 李朕阳, 张 成, 陶功皓, 王青梅
【申请人】安徽工程大学