基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的振動監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的振動監(jiān)測系統(tǒng)，屬于工程結(jié)構(gòu)振動及安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測，是對工程結(jié)構(gòu)實(shí)施實(shí)時的監(jiān)測和診斷，借助無損傳感技術(shù)，分析布設(shè)在結(jié)構(gòu)上的傳感器的動態(tài)響應(yīng)，了解結(jié)構(gòu)的動力特性，達(dá)到損傷檢測的目的。及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷并對其安全性進(jìn)行評估，預(yù)測結(jié)構(gòu)的性能變化為結(jié)構(gòu)的后期維護(hù)提供支撐。因此，結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測是保證結(jié)構(gòu)安全服役的有效手段。而獲得可靠的測試數(shù)據(jù)則是健康監(jiān)測分析的重要基礎(chǔ)。
[0003]傳感系統(tǒng)能夠拾取結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)，采集測試數(shù)據(jù)，是健康監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。目前，工程領(lǐng)域常用的傳感器包括加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、力傳感器、傾角傳感器等等。其中，加速度可以直接測試，并應(yīng)用于動態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程及反問題進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)識別、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測及狀態(tài)評估。加速度測量信號在工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測、評估的直接使用可避免信號積分運(yùn)算造成的誤差。因此，加速度傳感器一直是工程界應(yīng)用最為廣泛的傳感器。
[0004]加速度傳感器按數(shù)據(jù)的傳輸方式分為有線和無線兩種類型。傳統(tǒng)的有線傳感器，安裝、拆卸較為繁瑣，大量的導(dǎo)線連接耗時耗力耗材，連接線的振動甚至松動，都會造成數(shù)據(jù)污染，此外，有線傳感器需要與信號放大器相連接，測試成本較高，同時，傳感器的布設(shè)數(shù)量受信號放大器的通道數(shù)量所限制。隨著智能軟件及硬件的快速發(fā)展，無線加速度傳感器逐漸開始應(yīng)用，目前市場上使用的無線傳感器，大都是基于ZigBee模塊，相比目前廣泛應(yīng)用的W1-Fi模塊而言，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的帶寬嚴(yán)重不足，導(dǎo)致傳輸速率不高，一般低于250kbps，且ZigBee中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)故障會影響后面所有節(jié)點(diǎn)的正常工作。因此，亟需研發(fā)一種基于W1-Fi模塊的無線傳感系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有工程結(jié)構(gòu)振動監(jiān)測中使用的無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用有線方式傳遞數(shù)據(jù)信號，測試誤差大并且數(shù)據(jù)傳輸速率受限的問題，提供了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的振動監(jiān)測系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所述基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的振動監(jiān)測系統(tǒng)，它包括無線傳感器節(jié)點(diǎn)、無線路由器和計(jì)算機(jī)，
[0007]無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括加速度傳感器芯片、數(shù)據(jù)處理器、無線信號收發(fā)器以及電源模塊，
[0008]加速度傳感器芯片用于采集監(jiān)測點(diǎn)三個軸向的加速度數(shù)據(jù)，并將該加速度數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器;所述三個軸向?yàn)楸O(jiān)測點(diǎn)所在位置，加速度傳感器芯片自身在空間坐標(biāo)系中的三個坐標(biāo)軸方向；
[0009]數(shù)據(jù)處理器用于存儲接收的加速度數(shù)據(jù)，并將加速度數(shù)據(jù)傳輸給無線信號收發(fā)器；
[0010]無線信號收發(fā)器用于將加速度數(shù)據(jù)以無線形式發(fā)送給無線路由器；
[0011]電源模塊用于為加速度傳感器芯片、數(shù)據(jù)處理器和無線信號收發(fā)器提供工作電源；
[0012]無線路由器用于實(shí)現(xiàn)無線傳感器節(jié)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)之間的無線通信連接；
[0013]計(jì)算機(jī)具有數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊用于存儲已經(jīng)接收的加速度數(shù)據(jù)，將加速度數(shù)據(jù)以圖形界面進(jìn)行顯示，并控制加速度傳感器芯片的工作模式。
[0014]所述數(shù)據(jù)處理器包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、命令字接收模塊和初始化模塊；
[0015]數(shù)據(jù)采集模塊用于按照指定頻率采集加速度傳感器芯片發(fā)送的加速度數(shù)據(jù)，并將該加速度數(shù)據(jù)存入既定的數(shù)據(jù)隊(duì)列，當(dāng)既定的數(shù)據(jù)隊(duì)列寫滿后，啟動數(shù)據(jù)發(fā)送模塊;數(shù)據(jù)采集模塊采集加速度數(shù)據(jù)的順序?yàn)閄軸、Y軸和Z軸；
[0016]數(shù)據(jù)發(fā)送模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊的啟動指令啟動一次數(shù)據(jù)發(fā)送，將既定的數(shù)據(jù)隊(duì)列中加速度數(shù)據(jù)發(fā)送給無線信號收發(fā)器后，清空數(shù)據(jù)采集模塊中既定的數(shù)據(jù)隊(duì)列；
[0017]命令字接收模塊用于接收計(jì)算機(jī)對加速度傳感器芯片工作模式的啟動、停止指令，調(diào)控加速度傳感器芯片的數(shù)據(jù)采集方向，數(shù)據(jù)采樣頻率及采樣量程，并控制加速度傳感器芯片及時響應(yīng)；
[0018]初始化模塊用于實(shí)現(xiàn)加速度傳感器芯片以及無線信號收發(fā)器的初始化工作。
[0019]無線信號收發(fā)器與無線路由器之間通過W1-Fi協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信;無線信號收發(fā)器與計(jì)算機(jī)均被設(shè)置在無線路由器所設(shè)定的固定網(wǎng)段內(nèi)。
[0020]無線傳感器節(jié)點(diǎn)為多個。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所述監(jiān)測系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)控制啟動或停止，當(dāng)計(jì)算機(jī)啟動監(jiān)測系統(tǒng)時，無線傳感器節(jié)點(diǎn)接收指令并開始采集加速度信息，通過W1-Fi通信協(xié)議在線實(shí)時傳輸給無線路由器，無線路由器將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過采集軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與輸出，采集軟件支持?jǐn)?shù)據(jù)的圖形顯示。
[0022]所述無線監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器與計(jì)算機(jī)之間使用自定義的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有效保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。無線連接避免測試過程中的導(dǎo)線觸碰振動或?qū)Ь€連接松動等導(dǎo)致的數(shù)據(jù)的污染，無線傳感系統(tǒng)無需傳統(tǒng)的電荷放大器和信號采集儀，降低了測試的成本，同時，無線傳感器節(jié)點(diǎn)本身體積小，功耗低，易于拆裝，非常適用于工程結(jié)構(gòu)以及環(huán)境的振動測試。
[0023]本發(fā)明能夠有效避免測試數(shù)據(jù)污染造成的測試誤差。其無線傳輸數(shù)據(jù)的方式，簡化了測試過程，傳感器節(jié)點(diǎn)安裝方便，使得測試操作更為簡單。時取消導(dǎo)線布設(shè)，也降低了物力成本。本發(fā)明所采用的無線傳輸方式為W1-Fi模塊，相比基于ZigBee模塊的無線傳感系統(tǒng)而言，傳輸速率大幅提高，避免ZigBee中存在的前面節(jié)點(diǎn)故障對后面所有節(jié)點(diǎn)的影響。同時，隨著W1-Fi無線網(wǎng)絡(luò)的大幅覆蓋，基于W1-Fi通信模塊的無線傳感系統(tǒng)的適用范圍將更為廣泛。此外，本發(fā)明所提供的監(jiān)測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作由路由器完成，計(jì)算機(jī)任務(wù)少，計(jì)算效率高，采集軟件支持多通道同時工作，無線傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)置時鐘，解決了不同傳感器之間的時差問題。同時，無線傳感器節(jié)點(diǎn)預(yù)留有多路對外接口，支持傳感器的功能拓展，如拓展為溫度傳感器、濕度傳感器、傾角傳感器等。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明所述基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的振動監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖；
[0025]圖2是無線傳感器節(jié)點(diǎn)的原理框圖；
[0026]圖3是無線傳感器節(jié)點(diǎn)的工作流程圖；
[0027]圖4是無線傳感器節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)處理器的原理框圖；
[0028]圖5是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)采集模塊的功能示意圖；
[0029]圖6是加速度傳感器的電路圖；
[0030]圖7是無線信號收發(fā)器的串口電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的振動監(jiān)測系統(tǒng)，它包括無線傳感器節(jié)點(diǎn)1、無線路由器2和計(jì)算機(jī)3，
[0032]無線傳感器節(jié)點(diǎn)1包括加速度傳感器芯片1-1、數(shù)據(jù)處理器1-2、無線信號收發(fā)器1-3以及電源模塊1-4，
[0033]加速度傳感器芯片1-1用于采集監(jiān)測點(diǎn)三個軸向的加速度數(shù)據(jù)，并將該加速度數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器1-2;所述三個軸向?yàn)楸O(jiān)測點(diǎn)所在位置，加速度傳感器芯片1-1自身在空間坐標(biāo)系中的三個坐標(biāo)軸方向；
[0034]數(shù)據(jù)處理器1-2用于存儲接收的加速度數(shù)據(jù)，并將加速度數(shù)據(jù)傳輸給無線信號收發(fā)器1-3;
[0035]無線信號收發(fā)器1-3用于將加速度數(shù)據(jù)以無線形