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　　【摘要】： 橋梁的建設和維護是國家基礎設施建設的重要組成部分,橋梁健康監(jiān)測技術能有效的保證橋梁的安全運營,保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)通過對橋梁結構狀態(tài)的監(jiān)測與分析,為橋梁在特殊氣候、復雜交通環(huán)境下和橋梁結構狀況異常時發(fā)布預警信號,為橋梁的管理、養(yǎng)護與維修提供科學的依據(jù)。目前國內外橋梁監(jiān)測系統(tǒng)大多為有線網(wǎng)絡系統(tǒng),存在著網(wǎng)絡安裝布線成本高昂、設備移動和網(wǎng)絡結構靈活性差、節(jié)點智能化程度低等問題。為此,本文提出并設計實現(xiàn)了基于Zigbee協(xié)議的無線傳感器橋梁健康監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)相比該系統(tǒng)具有成本低、可靠性高、安裝方便、維護更新費用低等優(yōu)勢。 論文針對橋梁健康監(jiān)測技術的發(fā)展現(xiàn)狀和無線傳感器網(wǎng)絡技術的應用,闡述了無線傳感器網(wǎng)絡的結構、分層模型和關鍵技術,將Zigbee技術應用于橋梁健康監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡。對TI的基于Zigbee2006標準的協(xié)議棧Z-Stack進行了剖析。設計了適用于橋梁健康監(jiān)測的網(wǎng)絡拓撲結構,結合系統(tǒng)監(jiān)測指標,給出基于Zigbee橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)總體方案。 論文根據(jù)系統(tǒng)的總體結構,給出了系統(tǒng)的詳細硬件設計方案,結合橋梁健康結構監(jiān)測的需求及無線傳感器網(wǎng)絡特點,搭建了以ATmega128L微處理器模塊和CC2420無線收發(fā)模塊為核心的模塊化獨立分層設計系統(tǒng)架構。 論文設計了基于Z-Stack協(xié)議棧的Zigbee橋梁健康監(jiān)測節(jié)點軟件,給出終端節(jié)點和協(xié)調器的組網(wǎng)流程,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和與監(jiān)控主機通信。在監(jiān)控主機服務器端,編寫串口驅動程序、對數(shù)據(jù)庫的訪問,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時顯示和對歷史數(shù)據(jù)的查詢。 為驗證本文所設計的無線傳感器橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的有效性與可靠性,在某橋上進行實際測試實驗。實驗結果表明,基于無線傳感器網(wǎng)絡的智能橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的在線采集,能夠對橋梁的健康狀況實時監(jiān)測。 論文最后提出系統(tǒng)設計中存在的不足和需要改進的問題。 【關鍵詞】：橋梁健康監(jiān)測 無線傳感器網(wǎng)絡 Zigbee Z-Stack協(xié)議棧 CC2420
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP274.4
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2009.224788
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景、意義9-13
• 1.1.1 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)概述9-10
• 1.1.2 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)構成10-11
• 1.1.3 橋梁健康監(jiān)測發(fā)展概況11-12
• 1.1.4 傳統(tǒng)監(jiān)測方法及缺陷12-13
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡研究綜述13-16
• 1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡概述13-15
• 1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡在健康監(jiān)測中的研究現(xiàn)狀15
• 1.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡應用于橋梁監(jiān)測中的優(yōu)勢15-16
• 1.3 Zigbee 協(xié)議概述16-18
• 1.3.1 Zigbee 技術的特點16-18
• 1.3.2 Zigbee 與其他幾種無線通信協(xié)議的比較18
• 1.4 論文的主要內容18-20
• 2 Zigbee/IEEE802.15.4 標準20-28
• 2.1 Zigbee/IEEE802.15.4 標準介紹20-23
• 2.1.1 Zigbee 協(xié)議架構20-21
• 2.1.2 Zigbee 的網(wǎng)絡配置21-23
• 2.2 Z-Stack 協(xié)議棧介紹23-27
• 2.2.1 OSAL 任務25-26
• 2.2.2 地址分配26
• 2.2.3 Z-Stack 中的綁定26-27
• 2.2.4 確認幀27
• 2.3 本章小結27-28
• 3 基于 Zigbee 的無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)總體設計28-39
• 3.1 橋梁健康監(jiān)測要求28-29
• 3.2 系統(tǒng)構成29
• 3.3 系統(tǒng)總體設計29-31
• 3.4 系統(tǒng)硬件設計31-38
• 3.4.1 傳感器模塊設計32-34
• 3.4.2 WSN 節(jié)點MicaZ 分析34-38
• 3.5 本章小結38-39
• 4 基于 Zigbee 無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件設計39-55
• 4.1 系統(tǒng)軟件總體設計39-40
• 4.2 協(xié)調器的軟件設計40-42
• 4.2.1 協(xié)調器組網(wǎng)設計41-42
• 4.2.2 協(xié)調器接收數(shù)據(jù)設計42
• 4.3 網(wǎng)絡終端節(jié)點的軟件設計42-45
• 4.3.1 終端節(jié)點入網(wǎng)設計43-44
• 4.3.2 終端節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送設計44-45
• 4.4 無線通信模塊程序設計45-48
• 4.4.1 數(shù)據(jù)幀格式45-46
• 4.4.2 初始化46
• 4.4.3 發(fā)送/接收子程序46-48
• 4.5 軟件低功耗設計48-50
• 4.6 監(jiān)控主機軟件設計50-54
• 4.6.1 串口通信實現(xiàn)50-51
• 4.6.2 數(shù)據(jù)實時顯示51-53
• 4.6.3 數(shù)據(jù)存儲和歷史數(shù)據(jù)查看53-54
• 4.7 本章小結54-55
• 5 系統(tǒng)運行實驗及分析55-62
• 5.1 系統(tǒng)運行實驗環(huán)境55-57
• 5.1.1 實驗環(huán)境55
• 5.1.2 實驗平臺搭建及監(jiān)測內容55
• 5.1.3 傳感器測點布置55-56
• 5.1.4 監(jiān)測中的問題及解決方法56-57
• 5.2 監(jiān)測采集數(shù)據(jù)57-61
• 5.3 本章小結61-62
• 6 結論與展望62-64
• 6.1 結論62
• 6.2 展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻65-68
• 附錄 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文目錄68