专利名称：基于WSN及移动agent的混凝土施工信息监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于WSN及移动agent的混凝土施工信息监测系统，属于建筑施工技术领域。
背景技术：
各类大型工程的安全施工及监控是建筑设计及施工单位长期关注的问题。大体积混凝土的浇灌有比较成熟的理论，但在大体积混凝土浇灌过程中，存在很多因素，包括混凝土结构的几何形状、约束条件以及混凝土硬化过程中的弹性模量、水化热、热膨胀系数等参数的变化，将导致浇灌完的大体积混凝土产生一些温度裂缝，这在一定程度上影响工程的质量。大体积混凝土产生裂缝的主要原因是由于混凝土在硬化期间，水泥放出大量水化热， 内部温度不断上升，在当其内外温差较大时会引起温度应力的变化，当这种由于温差引起的温度应力超过混凝土的抗拉强度时就产生了裂缝。为了提高大体积混凝土浇灌的施工质量，必须要实时监测并控制混凝土的温度， 将由于温差引起的温度应力降低到混凝土的抗拉强度范围，避免或减小裂缝的产生。现有的测量系统大多采用传统的测量方法，用温度计或在各监测点位布置温度、 应力测试探头，由专人每天定时采集各点的温度、应力数据，每天输入计算机生成温度、应力的变化曲线和报告，这样的测量需要监测人员频繁来往于施工现场，劳动强度大，数据采集和传输不方便。本发明针对传统的温度和应力监测方法的不足，提出一种新型的基于无线传感网络的分布式远程温度和应力监测系统。无线传感网络由大量体积小、成本低，且具有传感、数据处理和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式自组成监测网络，通过各传感器的相互协作，实时监测各分布区域的各种环境信息，并对这些信息进行处理和传送。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于WSN及移动 agent的混凝土施工信息监测系统。一种基于WSN及移动agent的混凝土施工信息监测系统，包括若干温度传感器和若干应变传感器、若干无线传感节点、若干基站和远程监测中心；所述温度传感器、应变传感器预埋在混凝土内部，以测量混凝土温度、应变的变化，所述无线传感节点采集、处理各测量点的数据，通过无线网络发送给基站，所述基站收集各区域无线传感节点的数据，并进行进一步的加工处理，在远程监测中心即上位机显示相关结果，所述基站和所述无线传感节点之间基于移动agent技术进行数据处理和信息传输。所述的信息监测系统，所述温度传感器为钼电阻PtlOO。所述的信息监测系统，所述应变传感器为电阻应变片传感器，将电阻应变片埋入混凝土中。所述的信息监测系统，所述无线传感节点包括多路开关、AD转换模块、微处理器、 无线收发芯片和存储器。
所述的信息监测系统，所述无线收发芯片采用CCM20。所述的信息监测系统，所述微处理器包括(1)温度数据处理模块，对采集的温度数据进行5点滑动平均；(2)应变数据处理模块，对采集应变数据进行数字滤波；(3)取平均模块，将经过上述温度数据处理模块和应变数据处理模块处理过的数据，取平均将结果作为某一时刻的测量值传输给上位机；(4)休眠处理模块按照设计的休眠算法，每隔5分钟进行一次测量与数据处理、数据传送，其余时间进入休眠状态；( 最佳路径确定模块， 选择距离最短的一条路径进行数据传输；(6)移动agent模块采用移动agent技术用于节点的数据处理与信息的传输。所述的信息监测系统，所述若干温度传感器和若干应变传感器，采用基于有限元仿真技术和生物进化的原理相结合的应变传感器优化配置准则，初步利用有限元分析软件给出一小组传感器位置，然后采用改进遗传算法对剩余的传感器的位置进行组合优化。本发明使用的无线传感节点可方便地安装于监测对象比较复杂或不便于引线的部位，大大减少器件引线数量；无线传感网络节点具有局部信号处理的功能，很多信号处理工作可在传感节点完成，因而可以显著减少所需传输的信息量，并将原来传统的串行处理、 集中决策的系统，变为一种并行的分布式信息处理系统，从而在很大程度上提高了监测系统的运行速度及决策的可靠性和灵活性；另外无线传感网络在设计时所着重考虑的低功耗特点也可减少能源供给装置的重量并可实现对监测对象的长期在线监测。
图1为本发明监测系统框图；图2分压电路原理；图3电阻应变传感器信号调理电路；图4移动agent移动过程；图5大体积混凝土应变监测传感器最优数量及最佳布置点计算方法框图。
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。实施例1如图1所示，为本发明基于WSN(wireless sensor network，无线传感器网络)及移动agent的混凝土施工信息监测系统的原理框图，包括若干温度传感器和若干应变传感器(传感器1-传感器η)、若干无线传感节点(下位机)、若干基站和远程监测中心(上位机)。所述温度传感器、应变传感器预埋在混凝土内部，以测量混凝土温度、应变的变化，所述无线传感节点采集、处理各测量点的数据，通过无线网络发送给基站，所述基站收集各区域无线传感节点的数据，并进行进一步的加工处理，在远程监测中心即上位机显示相关结
该测试系统使用的无线传感节点可方便地安装于监测对象比较复杂或不便于引线该测试系统使用的无线传感节点可方便地安装于监测对象比较复杂或不便于引线的部位，大大减少器件引线数量；无线传感网络节点具有局部信号处理的功能，很多信号处理工作可在传感节点完成，因而可以显著减少所需传输的信息量，并将原来传统的串行处理、集中决策的系统，变为一种并行的分布式信息处理系统，从而在很大程度上提高了监测系统的运行速度及决策的可靠性和灵活性；本系统设计的传感节点采用MSP430单片机，具有强大的运算能力，具体执行的功能如下(1)温度数据处理模块，对采集的温度数据进行5点滑动平均，以减少外界噪声的干扰；(2)应变数据处理模块，对采集应变数据进行数字滤波，以减少外界噪声的干扰；(3) 取平均模块，由于本系统的温度、应变等信息变化速度不快，为提高测量精度，可先经过上述内容(1)、(2)的处理，再将其处理结果取平均，从而将结果作为某一时刻的测量值传输给上位机，有效减少了冗余数据的传输；(4)各监测点都采用智能无线传感节点，在工作时序上是并行的，监测的最终结果送给上位机进行集中决策，既有效提高系统运行效率，又提高了决策的准确度；(5)休眠处理模块按照设计的休眠算法，每隔5分钟进行一次测量与数据处理、数据传送，其余时间进入休眠状态，以有效节约能量；(6)最佳路径确定模块，节点在进行无线传输时，路径选择直接关系到数据传送中继次数，也直接影响系统的能量消耗。为此设计时根据每个节点的具体位置，进行了路径优化，具体做法是选择距离最短的一条路径进行数据传输，以有效降低系统能耗；无线传感网络中的每个节点都知道自己的位置信息和剩余能量，并且可以通过查询机制获取邻居节点的位置信息和剩余能量。为提高网络寿命，某节点在将数据传送给目标节点时，需要根据各节点的剩余能量及目标节点的位置，采用基于剩余能量和最小路径相结合的路由算法，通过查询并登记各节点的剩余能量，结合目标节点的位置，在传输路径相差小于80%的情况下，在选择下一跳转的节点时尽可能选择能量高的节点以承担更多的通信任务，即用调节传输能耗的方法节约剩余能量低的节点能耗，从而达到提高网络寿命的目的。(7)移动agent模块节点在采集数据时会产生大量原始数据，如果将这些大量节点的数据处理与信息的传输。移动agent移动过程如图4所示。首先中央控制机根据需求向各传感器节点发送某种功能的移动agent ( 一段可执行的代码，也可携带数据)，各节点接收移动agent后，就会在该节点运行该移动agent，进行各种处理工作，如对采集的原始数据进行滤波、平均等， 也可和其他节点进行协作以完成各种任务。任务完成后该移动agent将处理结果按最佳路径发送给基站，由基站收集各节点数据并传送给中央控制机，由其做综合决策。这样的测试系统可实现对大型施工现场混凝土试件的温度及应力进行监控，实时了解温度及应力的变化，进而采取相关措施以预防混凝土裂缝的产生。整个测量系统采用下位机实现温度和应力参数的测量和存储，用上位机实现温度和应力数据的转换和智能化管理，并通过网络接口完成温度和应力数据的远程监测。实施例2 ①传感器及信号调理电路 系统包括两类传感器温度传感器和应变传感器。温度传感器选用钼电阻PtlOO， 由于节点输出的温度是用二进制电压值表示的，所以要将电压值转换为相应的温度值。对于无线传感器节点，温度监测值的变化是通过传感节点I/O端口的分压电路来实现的，分压电路原理如图2所示，Rb为钼热敏电阻(PtlJ，其温度与电阻存在如下关系
0. 385t+100 = Rbt为摄氏温度值，零度时热敏电阻对应的温度为100欧姆。而Vcc与Vadc之间满足
权利要求
1.一种基于WSN及移动agent的混凝土施工信息监测系统，其特征在于，包括若干温度传感器和若干应变传感器、若干无线传感节点、若干基站和远程监测中心；所述温度传感器、应变传感器预埋在混凝土内部，以测量混凝土温度、应变的变化，所述无线传感节点采集、处理各测量点的数据，通过无线网络发送给基站，所述基站收集各区域无线传感节点的数据，并进行进一步的加工处理，在远程监测中心即上位机显示相关结果，所述基站和所述无线传感节点之间基于移动agent技术进行数据处理和信息传输。
2.根据权利要求1所述的信息监测系统，其特征在于，所述温度传感器为钼电阻 PtlOO。
3.根据权利要求1所述的信息监测系统，其特征在于，所述应变传感器为电阻应变片传感器，将电阻应变片埋入混凝土中。
4.根据权利要求1所述的信息监测系统，其特征在于，所述无线传感节点包括多路开关、AD转换模块、微处理器、无线收发芯片和存储器。
5.根据权利要求1所述的信息监测系统，其特征在于，所述无线收发芯片采用CC2420。
6.根据权利要求1所述的信息监测系统，其特征在于，所述微处理器包括(1)温度数据处理模块，对采集的温度数据进行5点滑动平均；(2)应变数据处理模块，对采集应变数据进行数字滤波；C3)取平均模块，将经过上述温度数据处理模块和应变数据处理模块处理过的数据，取平均将结果作为某一时刻的测量值传输给上位机；(4)休眠处理模块按照设计的休眠算法，每隔5分钟进行一次测量与数据处理、数据传送，其余时间进入休眠状态；(5)最佳路径确定模块，选择距离最短的一条路径进行数据传输；(6)移动agent模块 采用移动agent技术用于节点的数据处理与信息的传输。
7.根据权利要求1所述的信息监测系统，其特征在于，所述若干温度传感器和若干应变传感器，采用基于有限元仿真技术和生物进化的原理相结合的应变传感器优化配置准则，初步利用有限元分析软件给出一小组传感器位置，然后采用改进遗传算法对剩余的传感器的位置进行组合优化。
全文摘要
本发明公开了一种基于WSN及移动agent的混凝土施工信息监测系统，包括若干温度传感器和若干应变传感器、若干无线传感节点、若干基站和远程监测中心；所述温度传感器、应变传感器预埋在混凝土内部，以测量混凝土温度、应变的变化，所述无线传感节点采集、处理各测量点的数据，通过无线网络发送给基站，所述基站收集各区域无线传感节点的数据，并进行进一步的加工处理，在远程监测中心即上位机显示相关结果，所述基站和所述无线传感节点之间基于移动agent技术进行数据处理和信息传输。可实现对监测对象的长期在线监测。
文档编号G08C17/02GK102255959SQ20111017604
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者俞阿龙, 孙红兵, 李正, 李磊, 陈勇 申请人:淮阴师范学院