[发明专利]一种基于无线传感网络的桥梁荷载检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁荷载检测系统，特别涉及一种基于无线传感网络的 桥梁荷载检测系统。

背景技术

在目前的桥梁荷载检测中，对于检测数据的传输均是采用有线的方式完 成。由于桥梁结构具有自身结构复杂、跨度较大、所处地理环境恶劣等诸多 特点，这就给桥梁荷载检测带来了许多不可避免的弊端：如接线工作量大、 容易引入干扰信号、各种线缆不易区分、不便于携带和运输、成本较高等。

随着交通事业的迅猛发展，桥梁荷载检测数据有线传输的弊端变得更加 尖锐，而一种基于无线传感网络的检测系统渐渐地走进了人们的视线。美国、 意大利等发达国家先后对信息的无线传输方式做出了很多的研究并且日趋成 熟。但是国外的检测设备的价格往往比较昂贵，例如美国桥梁诊断公司推出 的一款无线传感器节点的报价高达6万元人民币，整套设备的价格更是不菲， 这明显不适合我国的国情与国民的消费水平。对于国内的一些大学喝研究机 构也在从事这方面的研究工作。但是，迄今为止，国内还没有出现一款完整 的、成型的由无线传感网络实现的桥梁荷载检测设备。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于无线传感网 络的桥梁荷载检测系统，能够实现桥梁静载动载检测数据的采集、自动处理、 无线传输和分析评价等功能。

本发明的技术方案是这样实现的：由应变采集模块、挠度采集模块、加 速度采集模块、数据处理模块、无线收发模块、应变采集模块的供电模块和 数据处理及无线收发模块的供电模块七个模块组成，应变采集模块、挠度采 集模块和加速度采集模块分别与数据处理模块的模数转化端口相连；数据处 理模块与无线收发模块通过SPI总线进行通信；数据处理模块与辅助存储器 模块也是基于SPI总线通信的；无线收发模块汇节点SINK它与上位机的数 据传输通过串行通信，应变采集模块的供电模块分别给应变采集模块和加速 采集模块的偏置加法模块供电，数据处理及无线收发模块的供电模块给数据 处理模块ATMega128L和无线收发模块CC2420供电。

采集到的数据通过无线的方式进行传输。

应变采集模块的供电模块为+5V供电模块，数据处理收发模块的供电模 块为+3.3V供电模块。

应变采集模块由1K的应变片、精密微调电位器、仪表放大器AD620AN、 偏置模块和应变采集供电模块等组成，两个1K的应变片和两个精密微调的 电位器构成一个测量电桥，电桥的每半个桥臂由一个应变片和一个精密微调 电位器串联构成，在两个电位器的非接地端，引出两根信号线作为放大模块 的差分输入信号。

所述的偏置模块是一个分压器，由一个1K的电阻和一个2K的精密微 调电位器串联组成，并在其两端加入+5V的电压，然后从电阻和电位器的连 接点引出一条信号线接入仪表放大器AD620AN的5管脚，用以将负电压变 为正电压。

挠度采集模块由仪表电池9V和LVDT位移传感器组成，将仪表电池的 正负极分别接到LVDT位移传感器的两根电源线上，将位移传感器的两根信 号线分别接入数据处理模块的模数转化端口，其中任意一个和GND接地管 脚上。

加速度采集模块由+5V供电模块、加速度传感器YE5932A、偏置加法模 块组成，该模块的偏置加法模块由芯片LM324、1个10K的电阻、1个20K 的精密微调电位器和一个4.7uF的电解电容构成，将加速度传感器采集到的 信号送入4.7uF电解电容的负极性端，将10K的电阻和20K的精密微调电位 器串联，并在其两端加入+3V的电压，将电解电容的正极性端与电阻和电位 器的连接点相连，并从此点引出信号线至LM324的3端口，同时将LM324 的4端口接入+5V电压，11端口接地，1和2端口相互连接，将经过加法后 的信号LM324的1端口送入模数转化ADC端口，其中任意一个，以便数据 处理模块进行数据的处理。

数据处理及无线收发模块的供电模块即+3.3V供电模块，由两节干电池 和芯片MAX1678构成，将两节干电池的正极输入与它的1、4、7端口连接， 5、6端口跟电池的负极相连，8端口输出3.3V的电压，在1和7端口之间 连入一个47uH的电感，8端口与地之间接一个10uF的电解电容。