基于ZigBee和GPRS的支架結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
文章來源：本站人氣：2191發(fā)表時(shí)間：2017-06-16【小中大】
常見的無線通信技術(shù)從通信距離上可劃分為遠(yuǎn)距離無線通信(如GPRS DTU，GSM，LTE，CDMA等)和近距離無線通信(如UWB，WiFi，ZigBee，IrDA，Bluetooth等)。其中，GPRS技術(shù)由于具有永久在線、遠(yuǎn)距離傳輸、數(shù)據(jù)傳輸速率高、按流量計(jì)費(fèi)等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于移動(dòng)商務(wù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等領(lǐng)域。ZigBee技術(shù)由于具有低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率以及較遠(yuǎn)的傳輸距離等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能家居、無線抄表、工業(yè)控制、手機(jī)終端、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域，在無線通信領(lǐng)域具有顯而易見的優(yōu)勢和潛在的應(yīng)用價(jià)值。在充分利用GPRS遠(yuǎn)距離通信技術(shù)以及ZigBee近距離無線組網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將二者的優(yōu)勢相互結(jié)合，開發(fā)了一種基于ZigBee和GPRS的支架結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)。
1、系統(tǒng)總體架構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)主要由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet組成。其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee技術(shù)在支架施工現(xiàn)場進(jìn)行無線組網(wǎng)，不同類型的設(shè)備分散布置于支架結(jié)構(gòu)的被測位置處。其中，智能無線傳感器設(shè)備負(fù)責(zé)采集支架自身監(jiān)測區(qū)域的數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過無線射頻模塊發(fā)送，路由設(shè)備接收采集到的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)至ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)備，協(xié)調(diào)器設(shè)備再將路由設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)通過RS 232串口傳輸至數(shù)據(jù)傳輸單元(Data Transmit Unit，GPRS DTU)，CPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)相連將數(shù)據(jù)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心(即指揮中心)PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)端口，并在LabVIEW人機(jī)交互軟件界面上顯示，最終實(shí)現(xiàn)支架結(jié)構(gòu)無線安全監(jiān)測。
2、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
智能無線傳感器
智能無線傳感器分散布置在支架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，根據(jù)對支架結(jié)構(gòu)倒塌原因的分析研究，總結(jié)出所需的被測物理量。常見的倒塌原因有：
(1)支架承載力不滿足要求，局部立桿被壓彎失穩(wěn)導(dǎo)致整體坍塌;
(2)立桿垂直高度誤差偏大，部分扣件未擰緊，水平桿連接未采用搭接方式;
(3)實(shí)際施工中產(chǎn)生局部地基不均勻下沉(整體均勻下沉另當(dāng)別論)，下沉的立桿所應(yīng)該分擔(dān)的荷載轉(zhuǎn)嫁到未下沉立桿上，造成未下沉立桿超載失穩(wěn);
(4)不均勻加載;
(5)混凝土澆筑過程中出現(xiàn)異常振動(dòng)，未引起重視。
因此，通過測量支架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移、應(yīng)變、振動(dòng)、傾角等物理量，能夠?qū)崿F(xiàn)支架結(jié)構(gòu)整體的測量。將上述物理量之間相互轉(zhuǎn)換，最終可歸納為測量支架結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和傾角。通過測量這兩個(gè)物理量，即可達(dá)到對支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面監(jiān)測的效果。智能無線傳感器由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線射頻模塊和電源管理模塊4部分組成。數(shù)據(jù)采集模塊采集支架監(jiān)測區(qū)域關(guān)鍵部位的應(yīng)變和傾角信息。應(yīng)變片主要負(fù)責(zé)采集支架立桿結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值，通過惠斯通電橋?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為微弱變化的電壓量。傾角傳感器則負(fù)責(zé)監(jiān)測支架結(jié)構(gòu)傾斜角度的變化，并通過角度變化的相對值來判斷支架整體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。
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