[发明专利]一种基于无线传感网络接口的桥梁应变检测传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁荷载检测技术，特别涉及一种基于无线传感网络接口的桥梁应变检测传感器。

背景技术

桥梁应变检测在桥梁的科研、设计及施工、验收等方面都起着重要的作用。目前常用的桥梁应变检测方法是基于有线线缆传输的桥梁应变检测。

有线线缆传输的桥梁应变检测中，传输均采用有线电缆方式完成。首先，虽然此技术手段具有数据传输效率高和技术成熟的优点，但是在大跨度桥梁结构测试中，随着桥梁跨径的不断增大，从而传感器数量和有线电缆用量随之剧增，导致现场布置和撤离有线电缆工作量大、测试周期长、效率低，甚至可能导致几千米的有线电缆布线工作量难以实施。众多的有线电缆分布复杂凌乱，容易接错线位，为后期的数据处理带来难以补救的损失等。其次，传统有线线缆传输方式中采用模拟信号传输，使得线缆之间容易产生串扰。不仅如此，信号受温度、电磁波的干扰尤为明显。从而造成数据不能正确反应桥梁应变检测信息。最后，目前现有的桥梁应变检测传感器价格昂贵，从而不适合我国国民消费水平。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于无线传感网络接口的桥梁应变检测传感器。由于传感器与Sink节点之间数据传输采用数字信号，这就有效的提高了数据的抗干扰性。以及本发明将采集、处理、无线传输高度集成在一起，从而该节点的集成度大大提高。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于无线传感网络接口的桥梁应变检测传感器，包括数据采集模块、弱信号调理放大器模块、数据处理模块、无线传输模块、无线接收模块、5V供电模块与3.3V供电模块七部分组成，该传感器的数据采集模块与弱信号调理放大模块连接，这两部分由5V供电模块供电。弱信号调理放大模块与数据处理模块连接，数据处理模块与无线传输模块连接，无线传输模块与无线接收模块连接，最后无线接收模块通过SPI总线连接PC终端。无线传输模块和无线接收模块是由3.3V供电模块提供电压。

其中数据处理模块中的单片机芯片ATmega128L具有八通道的十位的ADC转换端口，据此该应变检测传感器可以检测八通道的应变信号，从而由无线传输模块的射频芯片CC2420进行无线发送。

数据采集模块是由一个平衡电桥组成，电桥中包含两个1K的应变片从Q1和Q2分别接入，两个精密微调的电位器R1和R2，电桥的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，当应变片因受力产生形变时，电桥失去平衡，从而产生差分信号，此差分信号与弱信号调理放大器模块相连接，接入弱信号调理放大器模块的仪表放大器AD620AN的2，3脚。

偏置电压实质上是一个分压器，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。引脚6输出放大后电压。将此电压信号与数据处理模块相连的单片机芯片ATMega128L的模数转化(ADC)端口。电压信号经过A/D转换成为数字信号，将此数字信号与无线传输模块的射频芯片CC2420相连。

数据处理模块和无线传输模块的数据通信是基于SPI总线的，无线传输模块中的射频芯片CC2420对应端口SI、SO、CSN、SCLK分别和数据处理模块中的单片机芯片ATMega128L的MOSI、MISO、SS、SCK端口相连以实现数据通信。此无线传输的信号是数字信号，CC2420传输频率在2.4G～2.4835GHz，共有16个传输信道，传输的路径由路由仿真平台生成的路由信息而确定，从而实现数据的多跳无线传输。

数据处理模块与无线传输模块的组合实现了数据的处理与无线发送。他们的组合与无线接收模块结构是一样的，其区别在于：数据处理模块是与弱信号调理放大器模块相连接，实现数据的AD转换，然后由射频芯片将数据进行无线发送；而无线接收模块是整个无线传感网络总的汇节点。是用于与上位机连接，实现接收了来自于传输模块所发送的数据。