一种基于Zigbee802.15.4的无线结构健康监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及混凝土结构监测技术领域，具体涉及一种基于Zigbee802.15.4的无线结构健康监测系统。
【背景技术】
[0002]近年来，为适应我国经济和社会发展的需求，全国各地筹建了大量的混凝土结构。由于混凝土结构服役期长，在其服役期内，将不可避免的遭受自然或人为灾害，致使结构老化，安全性能降低。因此，为了保护人民生命和财产，如何采取有效的健康检测手段，保证混凝土结构的安全性能，是一个特别值得关注和迫切需要解决的问题。
[0003]传统的结构监测技术虽然能够对待测结构起到一定的健康诊断功能，但是，其应用于实际工程还面临一定的问题。首先，缺乏高效的健康监测系统平台。传统的健康监测需要大量的硬件和软件支持，价格昂贵、效率低、可重构性较差，对于环境复杂的现场监测工作适应性差。其次，在完成大型结构的健康监测任务时，需要大量地布置线缆。这样不仅耗费大量的材料费和人工费，而且在出现故障时，对于健康监测系统的维护工作也比较繁重。同时，对于大型结构，许多位置不允许布置线缆，使得监测工作更加困难。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于Zigbee 802.15.4协议的无线结构健康监测系统，目的是对混凝土结构的应力、应变、加速度、挠度、倾角、位移、温度、风速、冲击荷载多物理量进行监测，同时对结构健康状态安全预警。
[0005]本实用新型的技术方案是:一种基于Zigbee802.15.4的无线结构健康监测系统，由传感器子系统、数据信号处理子系统、无线通信子系统、电源子系统以及上位机主控系统构成；传感器子系统将信号送到数据信号处理子系统，数据信号处理子系统将信号送到无线通信子系统，无线通信子系统通过Zigbee 802.15.4协议的形式，与监控中心的上位机主控系统进行通信，电源子系统进行供电。
[0006]所述的传感器子系统包含用于裂缝监测的挠度传感器，用于混凝土内部应力监测的应力压电智能骨料，用于应变监测的单通道静态电阻应变仪，用于加速度监测的压电式加速度传感器，用于倾角监测的矿用倾角传感器，用于位移监测和挠度监测的位移传感器，用于温度监测的热电偶，用于风速监测的风向风速传感器，挠度传感器将信号送到第一信号调理电路，应力压电智能骨料将信号送到第二信号调理电路，应变仪将信号送到第三信号调理电路，加速度传感器将信号送到第四信号调理电路，倾角传感器将信号送到第五信号调理电路，位移传感器将信号送到第六信号调理电路，热电偶器将信号送到第七信号调理电路，风向风速传感器将信号送到第八信号调理电路，第一至第八信号调理电路将信号送到数据信号处理子系统。
[0007]所述数据信号处理子系统由数模转换模块、微处理模块、数据存储模块构成；其中数模转换模块将电信号转化为二进制的数字信号传递给微处理模块，微处理模块将数模转换模块送来的数字信号打包，并分别传输到数据存储模块和无线射频模块。
[0008]所述无线通信子系统包括无线射频模块、网关和无线接收终端；无线射频模块采用Freescale平台，芯片采用MC13213型号，网关采用BS903 USB无线网关，无线射频模块将微处理模块输出的信号发送到网关，网关负责将各个无线射频模块的信号整合，并统一发送到无线接收终端，无线接收终端设置在监控中心，操作人员可以在监控中心实时查询各个监测节点的健康状况。
[0009]所述电源子系统包括电源模块、蓄电池、JYN310W型单晶硅大功率太阳能电池板；其中，太阳能电池板将太阳能转化为电能存储在蓄电池中，蓄电池对电源模块内部锂电池供电，电源模块内部的CPU采用MSP430F2系列芯片。
[0010]所述应力压电智能骨料包括压电陶瓷片、环氧树脂防水层、混凝土保护层、屏蔽导线、电荷放大器，所述的压电陶瓷片外部设置有环氧树脂防水层，环氧树脂防水层的外部设置有混凝土保护层；所述的压电陶瓷片输出端通过屏蔽导线连接电荷放大器的输入端，电荷放大器的输出端链接第一调理电路的输入端；混凝土外包层为圆柱体，圆柱体的高佐25mm，直径供38mm ;压电陶瓷片采用直径为20mm，厚为2mm的PZT-4型压电陶瓷片，所述的电荷放大器采用AFT-0967小型电荷放大器，转换率为0.lmv/pco
[0011]本实用新型的优点效果:
[0012]本实用新型采用超低功耗元器件，低功耗射频通信模块设计。节点内部完成数字信号处理，减小了发射流量。采用有效的传感器采集、处理、传输系统能量管理策略，使用独立定时电路唤醒低功耗策略。通过多跳中继方式将监测数据传到网关，增加了通信的隐蔽性，也避免了外界噪声对无线通信的影响。
[0013]本实用新型的传感器子系统，可同时执行多物理量的监测任务。可为用户较全面的提供结构的状态信息。
[0014]本实用新型利用太阳能对系统进行供电，无需外接电源，实现系统长期稳定的工作，节约了大量的能源，符合国家倡导的低碳环保的理念。
[0015]本实用新型信息采集和传送准确，通信能力强，系统寿命长，便于安装维护，实用性强，具有广泛地应用前景。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图。
[0017]图2是本实用新型的电源子系统原理图。
[0018]图3是本实用新型的传感器子系统结构图。
【具体实施方式】
[0019]如图所示本实用新型一种基于Zigbee802.15.4的无线结构健康监测系统，由传感器子系统、数据信号处理子系统、无线通信子系统、电源子系统以及上位机主控系统26构成；传感器子系统将信号送到数据信号处理子系统，数据信号处理子系统将信号送到无线通信子系统，无线通信子系统通过Zigbee 802.15.4协议的形式，与监控中心的上位机主控系统进行通信，电源子系统进行供电。
[0020]传感器子系统包含用于裂缝监测的挠度传感器1，用于混凝土内部应力监测的应力压电智能骨料2，用于应变监测的M320003型单通道静态电阻应变仪3，用于加速度监测的YD-3A型压电式加速度传感器4，用于倾角监测的⑶C360型矿用倾角传感器5，用于位移监测和挠度监测的YHD-20型位移传感器6，用于温度监测的HS-K型热电偶7，用于风速监测的R.M.Y0UNG05103V-45型风向风速传感器8，挠度传感器将信号送到第一信号调理电路9，应力压电智能骨料将信号送到第二信号调理电路10，应变仪将信号送到第三信号调理电路11，加速度传感器将信号送到第四信号调理电路12，倾角传感器将信号送到第五信号调理电路13，位移传感器将信号送到第六信号调理电路14，热电偶器将信号