專(zhuān)利名稱(chēng)：用于鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于組建面向鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土橋梁是線路的咽喉要道和交通樞紐，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著舉足重輕的作用。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)在橋梁工程建設(shè)中，偏重考慮結(jié)構(gòu)的安全性和使用性能，對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境作用造成的材料和結(jié)構(gòu)耐久性損傷認(rèn)識(shí)不足，造成許多橋梁結(jié)構(gòu)性能提前劣化以及使用功能和承載能力下降，盡管在設(shè)計(jì)和建造階段采用了各種措施保證工程質(zhì)量，但隨著時(shí)間推移，橋梁結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境作用(大氣腐蝕、溫度、濕度變化)和使用環(huán)境作用(荷載作用大小和頻率的增加，材料與結(jié)構(gòu)的疲勞)下，逐漸發(fā)生損傷和缺陷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性的降低。忽視鋼筋混凝土的耐久性問(wèn)題，造成在老化階段的維修加固中付出超出人們想象的高昂費(fèi)用。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局1998年調(diào)查表明，美國(guó)全年鋼筋混凝土橋梁修復(fù)費(fèi)用為1550億美元，占全年各種腐蝕損失費(fèi)用的62%。我國(guó)地域遼闊，氣候環(huán)境復(fù)雜，各地區(qū)都存在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有腐蝕作用的因素，鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性破環(huán)已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)。如果能較早地對(duì)鋼筋混凝土橋梁進(jìn)行耐久性監(jiān)測(cè)評(píng)估，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施，不僅會(huì)大大地減少安全事故的發(fā)生，以及挽救經(jīng)濟(jì)損失，而且還能降低正常使用的維護(hù)費(fèi)用。傳統(tǒng)的橋梁健康檢測(cè)采用人工巡視分析橋梁整體狀況，采用相應(yīng)設(shè)備對(duì)橋梁關(guān)鍵部位檢測(cè)的方法，耗費(fèi)了大量人力物力且往往帶有強(qiáng)烈的主觀性，監(jiān)測(cè)精度不高，監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性差，對(duì)橋梁運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)十分粗略，無(wú)法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)的、切實(shí)可行的處理措施。隨后產(chǎn)生的有線布網(wǎng)方式橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則存在著成本高，對(duì)已建成橋梁改造困難等諸多問(wèn)題。而且監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是考 慮荷載作用下結(jié)構(gòu)承載力安全性與使用性的要求，對(duì)反映結(jié)構(gòu)變化的參數(shù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，較少考慮結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期使用過(guò)程中由于環(huán)境作用引起材料性能劣化對(duì)橋梁安全性與耐久性的影響。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)新型的技術(shù)，是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息并發(fā)送給觀察者。它的出現(xiàn)產(chǎn)生了一種全新的信息獲取和處理模式，結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器，憑借低功耗、自組織多跳、實(shí)時(shí)性、耗資小、安裝方便、維護(hù)和更新費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工、有線檢測(cè)，廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)傳統(tǒng)橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)手段落后、實(shí)時(shí)性較差、成本過(guò)高、監(jiān)測(cè)范圍有限、評(píng)價(jià)粗略，主要針對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，未考慮耐久性逐漸下降對(duì)橋梁安全性的影響這一情況，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種用于組建面向鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。擴(kuò)展不同類(lèi)型的耐久性傳感器接口，提高系統(tǒng)的通用性；在較大的區(qū)域內(nèi)對(duì)分散的多個(gè)耐久性目標(biāo)同時(shí)監(jiān)測(cè)；采用嵌入式TinyOS操作系統(tǒng)并通過(guò)休眠機(jī)制實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制；節(jié)點(diǎn)頂部的太陽(yáng)能電池板可對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的鋰電池充電，解決了野外部署的供電問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種用于組建面向鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，包括在橋體各關(guān)鍵部位裝設(shè)的傳感器，無(wú)線處理器和太陽(yáng)能供電模塊；其中所述傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、中性化深度傳感器、離子滲透?jìng)鞲衅?、PH值傳感器和凍融損傷深度傳感器，并在上述各傳感器上配置有與無(wú)線處理器進(jìn)行通訊的無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)；所述的無(wú)線處理器由內(nèi)嵌的8051微處理器和2. 4GHz直接序列擴(kuò)頻射頻收發(fā)器的CC2430芯片和天線組成，無(wú)線處理器模塊上連接有信號(hào)調(diào)理模塊、時(shí)鐘模塊，并由太陽(yáng)能供電模塊供電，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制、任務(wù)調(diào)度和管理，同時(shí)運(yùn)行傳感器和MESH網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。本實(shí)用新型的其它特點(diǎn)是所述各傳感器的輸出信號(hào)通過(guò)由LMV328組成的放大濾波單元連接到由ADC0832組成的A/D轉(zhuǎn)換模塊。
所述太陽(yáng)能供電模塊由太陽(yáng)能電池板、充電控制電路、鋰電池、節(jié)點(diǎn)電壓檢測(cè)電路、供電管理電路、開(kāi)關(guān)電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、節(jié)點(diǎn)負(fù)載組成。所述無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)采用嵌入式TinyOS操作系統(tǒng)調(diào)用休眠機(jī)制實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。本實(shí)用新型的用于鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，帶來(lái)的技術(shù)效果體現(xiàn)在K TinyOS嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)能量管理通過(guò)采用定時(shí)器服務(wù)的休眠機(jī)制控制監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗，大型混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)區(qū)域較大，并不需要所有節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)刻都處于工作狀態(tài)，TinyOS嵌入式操作系統(tǒng)通過(guò)關(guān)閉沒(méi)有傳感任務(wù)不需要轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)傳感數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算模塊達(dá)到節(jié)能目的。當(dāng)一個(gè)傳感任務(wù)發(fā)生時(shí)，TinyOS操作系統(tǒng)激活與之相鄰領(lǐng)域內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)工作，這些節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)活動(dòng)區(qū)域，隨著數(shù)據(jù)向匯聚節(jié)點(diǎn)的流動(dòng)，系統(tǒng)的活動(dòng)區(qū)域也不停地向匯聚節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，離開(kāi)活動(dòng)區(qū)域的節(jié)點(diǎn)依次進(jìn)入休眠模式，以此達(dá)到節(jié)能的目的。2、適應(yīng)野外監(jiān)測(cè)作業(yè)能力強(qiáng)各器件均符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在特外惡劣的環(huán)境下具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。應(yīng)用太陽(yáng)能供電模塊、TinyOS嵌入式系統(tǒng)休眠機(jī)制、低功耗傳輸模式(基于ZigBee的MESH網(wǎng)絡(luò))，提高節(jié)點(diǎn)野外生存能力。3、采用模塊化設(shè)計(jì)，便于升級(jí)維護(hù)采用模塊化設(shè)計(jì)，由無(wú)線處理器板和太陽(yáng)能供電板組成小型無(wú)線測(cè)量節(jié)點(diǎn)。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，便于產(chǎn)品的維護(hù)升級(jí)。4、易于架設(shè)維護(hù)最大程度上避免了傳統(tǒng)有線布設(shè)方式安裝成本高、設(shè)備成本高、維護(hù)成本高的問(wèn)題，有效降低了成本，使系統(tǒng)易于架設(shè)與維護(hù)，特別適用于對(duì)新建鋼筋混凝土橋梁耐久性的監(jiān)測(cè)管理和對(duì)現(xiàn)有鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)改造。[0023]5、具有高可擴(kuò)展性采用具有自組織、自愈合能力的ZigBee無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)及基于其他拓?fù)湫蜔o(wú)線網(wǎng)絡(luò)相t匕，系統(tǒng)的擴(kuò)展性和安裝隨意性得到了增強(qiáng)。高可擴(kuò)展能力和安裝的隨意性能夠充分滿(mǎn)足橋梁戶(hù)外環(huán)境復(fù)雜多變的需求，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。

圖1為本實(shí)用新型的用于組建面向鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2為太陽(yáng)能電池板供電示意圖；圖3為整體電路設(shè)計(jì)以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例給出一種用于鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)整體結(jié)構(gòu)圖，圖3為其電路設(shè)計(jì)圖，包括橋體各關(guān)鍵部位布設(shè)的各種傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、時(shí)鐘模塊、無(wú)線處理器模塊、太陽(yáng)能供電模塊。其中，各種傳感器包括用于耐久性監(jiān)測(cè)的溫度傳感器、濕度傳感器、中性化深度傳感器、PH值傳感器、離子滲透?jìng)鞲衅骱蛢鋈趽p傷深度傳感器。并在上述各傳感器上配置有與無(wú)線處理器進(jìn)行通訊的無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)；信號(hào)調(diào)理模塊由LMV328為核心搭建而成的放大濾波電路組成。耐久性模擬傳感器輸出毫伏級(jí)微弱電壓信號(hào)，通過(guò)由放大濾波電路送入無(wú)線處理器CC2430自帶的A/D轉(zhuǎn)換I/O 口，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后由無(wú)線處理器CC2430進(jìn)一步對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終完成耐久性信息的采集；耐久性數(shù)字傳感器的輸出信號(hào)則直接連接到無(wú)線處理器CC2430自帶的A/D轉(zhuǎn)換I/O 口。時(shí)鐘模塊采用DS1302時(shí)鐘芯片向MCU和其他功能芯片發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，使這些芯片在時(shí)鐘信號(hào)的控制下協(xié)調(diào)工作。DS1302芯片是美國(guó)DALLA公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓在為2. 5^5. 5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行通信，并可以采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。無(wú)線處理器模塊主要由CC2430芯片、 晶振電路、巴倫電路和復(fù)位電路組成。CC2430是Texas Instrument (德州儀器)旗下的Chipcon公司生產(chǎn)的首款符合ZigBee技術(shù)的2. 4GHz射頻系統(tǒng)單芯片。適用于各種ZigBee或類(lèi)似ZigBee的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括調(diào)諧器路由器和終端設(shè)備。它延用了 CC2420芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了 ZigBee射頻(RF)前端內(nèi)存和微控制器。它使用I個(gè)具有128kB可編程閃存和8kB RAM的8位(MCU)，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個(gè)定時(shí)器、AES128協(xié)同處理器、看門(mén)狗定時(shí)器、32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、掉電檢測(cè)電路，以及21個(gè)可編程引腳。芯片采用O.1Sum工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27mA;在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。而CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，也特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。芯片本振信號(hào)既可由外部有源晶體提供，也可由內(nèi)部電路提供。這里由內(nèi)部電路提供，需外加晶體振蕩器和2個(gè)負(fù)載電容，電容的大小取決于晶體的頻率及輸入容抗等參數(shù)。R3和R4為偏置電阻，電阻R4主要用來(lái)為32MHz的晶振提供合適的工作電流。用I個(gè)32MHz的石英諧振器(XTAL2)和2只電容(C6和C7)構(gòu)成I個(gè)32MHz的晶振電路。用I個(gè)32. 768MHz的石英諧振器(XTAL2)和2個(gè)電容(C1和C2)構(gòu)成I個(gè)32. 768MHz的晶振電路。CC2430射頻信號(hào)的收發(fā)采用差分方式傳送，其最佳差分負(fù)載是115+jl80u，阻抗匹配電路應(yīng)根據(jù)該數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)采用采用巴倫電路(平衡非平衡轉(zhuǎn)換電路)完成CC2430差分射頻雙端口到50u單極子天線單端口的轉(zhuǎn)換。巴倫電路由電感(U、L2, L3)、電容(C4)和電阻(RpR2)組成。C3、C5等為去耦電容主要用于電源濾波以提高器件的工作穩(wěn)定性。無(wú)線處理器芯片CC2430能夠以較低功耗執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)，并通過(guò)休眠機(jī)制實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，為了有效延長(zhǎng)整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的壽命，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)采用嵌入式TinyOS操作系統(tǒng)。TinyOS是一個(gè)開(kāi)源的專(zhuān)屬嵌入式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)，基于組件的架構(gòu)方式，結(jié)構(gòu)高度模塊化，具有良好的可擴(kuò)展性和足夠小的代碼尺寸，能夠突破傳感器節(jié)點(diǎn)的各種限制，非常適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和應(yīng)用需求，在無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中有重要作用。TinyOS設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是代碼量小、耗能少、并發(fā)性高、魯棒性好，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用。TinyOS的組件庫(kù)包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、分布式服務(wù)、傳感器驅(qū)動(dòng)以及數(shù)據(jù)獲取工具等，不用的組件不會(huì)引入進(jìn)來(lái)，從而達(dá)到減少內(nèi)存需求的目的。TinyOS采用了事件驅(qū)動(dòng)模型，這樣可以在很小的空間中處理高并發(fā)事件，并且能夠達(dá)到節(jié)能的目的。完整的TinyOS系統(tǒng)由一個(gè)調(diào)度器和若干組件組成，應(yīng)用程序與組件一起編譯成系統(tǒng)。組件由下到上可分為硬件抽象組件、綜合硬件組件和高層軟件組件，高層組件向底層組件發(fā)出命令，底層組件向高層組件報(bào)告事件。調(diào)度器具有兩層結(jié)構(gòu)，第一層維護(hù)著命令和事件，它主要是在硬件中斷發(fā)生時(shí)對(duì)組件的狀態(tài)進(jìn)行處理；第二層維護(hù)著任務(wù)，只有當(dāng)組件狀態(tài)維護(hù)工作完成后，任務(wù)才能被調(diào)度。TinyOS底層的組件負(fù)責(zé)接收和發(fā)送最原始的數(shù)據(jù)位，而高層的組件對(duì)這些位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、解碼，更高層的組件則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)打包、路由和傳輸數(shù)據(jù)。如圖2所示，太陽(yáng)能供電模塊由太陽(yáng)能電池板、充電控制電路、鋰電池、節(jié)點(diǎn)電壓檢測(cè)電路、供電管理電路、 開(kāi)關(guān)電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、節(jié)點(diǎn)負(fù)載組成。充電控制電路采用凌力爾特公司推出面向鋰離子電池得智能充電控制芯片LTC4071。LTC4071實(shí)現(xiàn)了從非常低電流、斷續(xù)或連續(xù)充電電源對(duì)鋰離子/鋰聚合物電池的簡(jiǎn)單充電。該器件擁有一種接近于零電流的低電池電量閉鎖斷接功能，甚至可避免容量極低的電池發(fā)生深度放電及遭受潛在無(wú)法修復(fù)的損壞。550nA至50mA的工作電流使得能夠采用以前不能用的電源來(lái)充電。憑借其低工作電流，LTC4071很適合于對(duì)能量收集應(yīng)用中的低容量鋰離子電池或薄膜電池進(jìn)行充電。LTC4071提供了一個(gè)可通過(guò)引腳來(lái)選擇的浮置電壓，該浮置電壓的準(zhǔn)確度達(dá)±1%。通過(guò)在NTC熱敏電阻溫度高于40° C時(shí)自動(dòng)降低電池浮置電壓，該器件的集成化電池?zé)崃坎轵?yàn)器延長(zhǎng)了電池的使用壽命并改善了可靠性。另外，LTC4071還提供了兩種可通過(guò)弓I腳來(lái)選擇的低電池電量斷接電平和一個(gè)高電池電量狀態(tài)輸出。供電管理電路是為避免鋰電池因過(guò)度充電、過(guò)度放電、電流過(guò)大導(dǎo)致電池壽命或電池而設(shè)計(jì)的。當(dāng)過(guò)放電檢測(cè)電壓大于工作電壓，并且CSI輸入管腳電壓小于過(guò)電流檢測(cè)電壓，那么Ml和M2都開(kāi)啟，此時(shí)充電和放電均可以正常進(jìn)行。當(dāng)從正常狀態(tài)進(jìn)入充電狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)工作電壓檢測(cè)到電池電壓。當(dāng)電池電壓進(jìn)入到這充電狀態(tài)時(shí)，遲延時(shí)間超過(guò)過(guò)充電檢測(cè)遲延時(shí)間，M2關(guān)閉。當(dāng)由正常狀態(tài)進(jìn)入放電狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)VDD檢測(cè)到電池電壓。當(dāng)電池電壓進(jìn)入過(guò)放電狀態(tài)時(shí)，VDD電壓小于過(guò)放電檢測(cè)電壓，遲延時(shí)間超過(guò)TOD，則Ml關(guān)閉。此時(shí)CSI管腳通過(guò)內(nèi)部電阻RCSID拉到VDD。如果CSI輸入管腳電壓大于短路電流檢測(cè)電壓，則電路進(jìn)入斷電模式(電流小于O. 3uA)。在正常模式下，當(dāng)放電電流太大時(shí)，由CSI管腳檢測(cè)到電壓大于過(guò)電流檢測(cè)電壓則代表過(guò)電流(短路)狀態(tài)，Ml關(guān)閉，CSI通過(guò)內(nèi)部電阻RCSIS拉到VSS。當(dāng)保護(hù)電路保持在過(guò)電流/短路電流狀態(tài)時(shí)，移去負(fù)載或介于VBAT+和VBAT-之間的阻抗大于500K Ω，并且CSI輸入管腳電壓〈過(guò)電流檢測(cè)電壓，那么Ml開(kāi)啟，并返回到正常條件。節(jié)點(diǎn)電壓檢測(cè)電路采用LM4041電壓基準(zhǔn)芯片，處理器采樣其端電壓并計(jì)算電池的實(shí)際電壓以供程序處理。LM4041無(wú)需濾波電容即可輸出高精度的參考電壓，而且可以方便的用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)任何容性負(fù)載。DC-DC轉(zhuǎn)換電路滿(mǎn)足了各個(gè)器件工作電壓不一致的需求，為節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)上的負(fù)載提供穩(wěn)定的電壓。LTC3537把一個(gè)高效率、2. 2MHz升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器與一個(gè)獨(dú)立的IOOmA低壓差穩(wěn)壓器(LDO)組合在一起。升壓轉(zhuǎn)換器從一個(gè)低至O. 68V的輸入電壓起動(dòng)，并包含一個(gè)內(nèi)部0.4 Ω開(kāi)關(guān)和一個(gè)0.6 Ω同步整流器(當(dāng)在停機(jī)模式中被停用時(shí)，它將與輸出斷接)。2. 2MHz的開(kāi)關(guān)頻率允許使用纖巧、扁平的電感器和陶瓷電容器，因而最大限度地縮小了解決方案的占板面積。電流模式PWM設(shè)計(jì)在內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償，從而減少了外部組件的數(shù)目。在檢測(cè)到輕負(fù)載電流之前，該器件將保持固定頻率開(kāi)關(guān)操作，隨后即執(zhí)行突發(fā)模式操作以實(shí)現(xiàn)效率的最大化。如欲執(zhí)行低噪聲操作，則可停用突發(fā)模式操作?？拐疋忞娐吠ㄟ^(guò)在斷續(xù)操作模式中對(duì)電感器進(jìn)行阻尼來(lái)降低EMI。其他的特點(diǎn)包括低停機(jī)電流(低于ΙμΑ)和熱過(guò)載保護(hù)。
權(quán)利要求1.一種用于鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，包括在橋體各關(guān)鍵部位裝設(shè)的傳感器，無(wú)線處理器和太陽(yáng)能供電模塊；其中 所述傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、中性化深度傳感器、離子滲透?jìng)鞲衅?、PH值傳感器和凍融損傷深度傳感器，并在上述各傳感器上配置有與無(wú)線處理器進(jìn)行通訊的無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)； 所述的無(wú)線處理器由內(nèi)嵌的8051微處理器和2. 4GHz直接序列擴(kuò)頻射頻收發(fā)器的CC2430芯片和天線組成，無(wú)線處理器模塊上連接有信號(hào)調(diào)理模塊、時(shí)鐘模塊，并由太陽(yáng)能供電模塊供電，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制、任務(wù)調(diào)度和管理，同時(shí)運(yùn)行傳感器和MESH網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。
2.如權(quán)利要求1所述的用于鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述各傳感器的輸出信號(hào)通過(guò)由LMV328組成的放大濾波單元連接到由ADC0832組成的A/D轉(zhuǎn)換模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的用于鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述太陽(yáng)能供電模塊由太陽(yáng)能電池板、充電控制電路、鋰電池、節(jié)點(diǎn)電壓檢測(cè)電路、供電管理電路、開(kāi)關(guān)電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、節(jié)點(diǎn)負(fù)載組成。
4.如權(quán)利要求1所述的用于鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)采用嵌入式TinyOS操作系統(tǒng)調(diào)用休眠機(jī)制實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于鋼筋混凝土橋梁耐久性監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括在橋體各關(guān)鍵部位裝設(shè)的傳感器，無(wú)線處理器和太陽(yáng)能供電模塊；不同類(lèi)型的傳感器接口采集耐久性信息，進(jìn)而通過(guò)基于ZigBee的MESH網(wǎng)絡(luò)以無(wú)線通信的方式發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行上位機(jī)的顯示。而內(nèi)嵌的TinyOS操作系統(tǒng)通過(guò)休眠機(jī)制實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，節(jié)點(diǎn)頂部的太陽(yáng)能電池板對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的鋰電池充電，為整個(gè)節(jié)點(diǎn)及其他器件提供穩(wěn)定的能量供應(yīng)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)野外環(huán)境中的鋼筋混凝土橋梁大范圍、多目標(biāo)、多參數(shù)、遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)線監(jiān)測(cè)，對(duì)保障鋼筋混凝土橋梁安全正常運(yùn)營(yíng)和及時(shí)采取維護(hù)措施有著重要意義，符合經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展需求，具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
文檔編號(hào)H04W84/18GK202907207SQ201220542218
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者牛荻濤, 高攀祥, 于軍琪, 王瑜瑩, 董振平, 代聞多 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)