[发明专利]自修复无线应变传感网络系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线自修复传感网络系统及其实现方法，尤其涉及一种自修复无线应变传感网络系统及其实现方法。

背景技术

对许多大型结构(如建筑桥梁、飞行器等)来说，实时监测其健康状况是必要的，而其中应变是一个重要的参数。采用传统有线的方式对结构健康进行监测，不仅接线繁琐，而且大量布线会增加监测对象的负重，而无线传感器网络为实现大型结构的状态监测是供了很好的手段，可以大大降低由引线带来的结构重量的增加。无线传感器网络是一种智能化分布式监测网络，由大量自由分布的、具有计算和通信功能的传感器节点通过自组织方式协同通信以完成特定功能的智能网络系统，具有高可靠、易部署和可扩展等优点，是当前研究的重点方向之一。

目前，无线应变传感器网络被广泛应用于大型结构(如桥梁、大坝、飞行器)的应变监控和地震等地理环境的监测等，以掌握结构的运行情况和环境状况。由于工作环境通常较为复杂，不确定性因素很多，应变传感器节点容易受到外界干扰而可能造成通信中断、硬件故障、能量耗尽而使节点失效，影响正常监测，严重的还会引发事故。另外，由于应变传感节点分布较为分散且工作环境的限制，对应变传感网络系统的维护十分困难甚至不可维护，因此研究无线应变传感器网络的鲁棒性是其研究的一个重要方向。

当前，已有的无线应变传感器网络节点的硬件都是固定的，应变传感网络在布置完毕后就再也不能改变其硬件配置。在应变传感网络节点因故障、能量耗尽等原因引起的失效情况下，现有的应变传感节点无法继续工作，应变传感网络只能舍弃该失效节点，从而导致监测密度的降低，甚至可能出现监测盲点，影响到监测精度。因此应变传感网络能自主地检测和修复故障至关重要。

目前，电子系统的结构越来越复杂，若系统出现故障，传统的容错与系统功能恢复方法难以实现。而仿生硬件能实现电路局部故障的自我修复，可编程阵列由于其动态重构特性，为实现系统自修复提供了新的手段和平台。从1992年瑞士联邦工学院提出仿生硬件的概念以来，仿生自修复已经成为国内外的研究热点之一，美国、英国等科研机构在理论与应用基础方面取得了不少进展，国内也有不少科研机构开展了相关研究，但将仿生自修复用于无线应变传感网络系统的研究还是空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种自修复无线应变传感网络系统及其实现方法。

本发明自修复无线应变传感网络系统，其特征在于包括冗余模块、故障检测诊断模块、冗余动态重构模块、故障检测信号线、故障诊断信号线、应变桥路、前置放大模块、低通滤波模块、通讯模块和电源管理模块，其中冗余模块包括前置放大冗余模块、低通滤波冗余模块、通讯冗余模块和电源管理冗余模块，故障检测诊断模块由故障诊断电路串接微处理器组成，冗余动态重构模块由控制模块和可编程阵列组成，可编程阵列包括四个I/O模块、四个冗余I/O模块、四个开关S和前置放大功能单元；应变桥路的输出端接前置放大模块的输入端，前置放大模块的输出端、低通滤波模块的输出端、通讯模块的输出端和电源管理模块的输出端分别通过故障检测信号线接故障诊断电路的输入端，故障诊断电路的输出端通过故障诊断信号线分别与前置放大模块、低通滤波模块、通讯模块和电源管理模块电连接，微处理器的输出端接控制模块的输入端，控制模块的输出端接可编程阵列的输入端，前置放大采集模块依次串接第一I/O模块、第一开关S1、第一冗余I/O模块和前置放大采集冗余模块，前置放大采集功能单元与第一I/O模块电连接，低通滤波模块依次串接第二I/O模块、第二开关S2、第二冗余I/O模块和低通滤波冗余模块，通讯模块依次串接第三I/O模块、第三开关S3、第三冗余I/O模块和通讯冗余模块，电源管理模块依次串接第四I/O模块、第四开关S1、第四冗余I/O模块和通讯冗余模块。

所述的自修复无线应变传感网络系统的实现方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将微处理器发出的测试信号依次经过故障诊断电路、故障诊断信号线分别输出至前置放大模块、低通滤波模块、通讯模块和电源管理模块；

(2)采用故障诊断电路通过故障检测信号线接收前置放大模块输出的前置放大信号、低通滤波模块输出的低通滤波信号、通讯模块输出的通讯信号和电源管理模块输出的电源信号，将前置放大信号、低通滤波信号、通讯讯号和电源信号经过故障诊断电路得到检测信号；