CN103175573A - 一种低功耗桥梁结构健康监测节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗桥梁结构健康监测节点，包括电源模块、用于连接桥梁结构健康检测传感器组的传感器接口电路模块、与传感器接口电路模块相接的A/D转换电路模块、与A/D转换电路模块相接的微处理器模块，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，所述桥梁结构健康检测传感器组包括应力传感器、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。本发明结构简单，设计合理，功耗低，工作的稳定性和可靠性高，可以无论何时何地都能向人们提供需要的信息，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

一种低功耗桥梁结构健康监测节点

技术领域

本发明涉及桥梁结构健康监测技术领域，尤其是涉及一种低功耗桥梁结构健康监测节点。

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，减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一个重要领域。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参数。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参数提供了可能。在环境参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。每一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一控制。因此，传感器节点就是整个监测网络的基本单元，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、功能强大、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、传感器节点功能单一、寿命短、不便于维护等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低功耗桥梁结构健康监测节点，其结构简单，设计合理，功耗低，工作的稳定性和可靠性高，可以无论何时何地都能向人们提供需要的信息，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低功耗桥梁结构健康监测节点，其特征在于：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口电路模块、与传感器接口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，所述桥梁结构健康检测传感器组包括应力传感器、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。

上述的一种低功耗桥梁结构健康监测节点，其特征在于：所述微处理器模块为MSP430系列超低功耗单片机。

上述的一种低功耗桥梁结构健康监测节点，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。

上述的一种低功耗桥梁结构健康监测节点，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。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用集成化、模块化的设计，结构简单，设计合理。

2、本发明采用低功耗的设计，采用短距离的无线低功率通信技术，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。

3、本发明中的微处理器模块为MSP430系列超低功耗单片机，具有一定的判断能力，可同时执行多种不同的任务，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。

4、本发明能够实时监测、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。

5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明结构简单，设计合理，功耗低，工作的稳定性和可靠性高，可以无论何时何地都能向人们提供需要的信息，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

附图标记说明：

1-电源模块；         2-传感器接口电路模块；

3-A/D转换电路模块；  4-微处理器模块；     5-数据存储电路模块；

6-ZIGBEE无线通信模块；             7-RS-485通信电路模块；

8-桥梁结构健康检测传感器组；             8-1-应力传感器；

8-2-挠度传感器；    8-3-裂缝检测传感器； 8-4-倾角传感器；

8-5-温度传感器；    8-6-风速传感器；     8-7-位移传感器。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括给各用电模块供电的电源模块1、用于连接桥梁结构健康检测传感器组8的传感器接口电路模块2、与传感器接口电路模块2相接并用于将桥梁结构健康检测传感器组8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3、与A/D转换电路模块3相接并用于对A/D转换电路模块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4，以及与微处理器模块4相接的数据存储电路模块5、用于实现组网的ZIGBEE无线通信模块6和用于实现数据导出的RS-485通信电路模块7，所述桥梁结构健康检测传感器组8包括应力传感器8-1、挠度传感器8-2、裂缝检测传感器8-3、倾角传感器8-4、温度传感器8-5、风速传感器8-6和位移传感器8-7。

如图1所示，本实施例中，所述微处理器模块4为MSP430系列超低功耗单片机。所述数据存储电路模块5为Flash存储器、SD卡或CF卡。所述电源模块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。

使用时，将应力传感器8-1、挠度传感器8-2、裂缝检测传感器8-3、倾角传感器8-4、温度传感器8-5、风速传感器8-6和位移传感器8-7均与传感器接口电路模块2相接，各传感器所检测到的数据通过A/D转换电路模块3进行模数转换后输出给微处理器模块4，微处理器模块4对A/D转换电路模块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5中，同时还可以通过ZIGBEE无线通信模块6实现组网，可以通过RS-485通信电路模块7将数据导出到计算机中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明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，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种低功耗桥梁结构健康监测节点，其特征在于：包括给各用电模块供电的电源模块(1)、用于连接桥梁结构健康检测传感器组(8)的传感器接口电路模块(2)、与传感器接口电路模块(2)相接并用于将桥梁结构健康检测传感器组(8)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(3)、与A/D转换电路模块(3)相接并用于对A/D转换电路模块(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(4)，以及与微处理器模块(4)相接的数据存储电路模块(5)、用于实现组网的ZIGBEE无线通信模块(6)和用于实现数据导出的RS-485通信电路模块(7)，所述桥梁结构健康检测传感器组(8)包括应力传感器(8-1)、挠度传感器(8-2)、裂缝检测传感器(8-3)、倾角传感器(8-4)、温度传感器(8-5)、风速传感器(8-6)和位移传感器(8-7)。

2.按照权利要求1所述的一种低功耗桥梁结构健康监测节点，其特征在于：所述微处理器模块(4)为MSP430系列超低功耗单片机。

3.按照权利要求1或2所述的一种低功耗桥梁结构健康监测节点，其特征在于：所述数据存储电路模块(5)为Flash存储器、SD卡或CF卡。

4.按照权利要求1或2所述的一种低功耗桥梁结构健康监测节点，其特征在于：所述电源模块(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。

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