[发明专利]基于太阳能的无线加速度应变温度数据采集系统

说明书

(一)技术领域

本发明涉及土木建筑工程技术，具体说就是一种基于太阳能的无线加速度应变温度数据采集系统。

(二)背景技术

随着世界经济的迅速发展，土木建筑工程领域也取得了令人瞩目的成就，各种大型复杂结构不断出现。当今的土木工程结构正在向超大化、复杂化方向发展，如大型桥梁、超高层建筑、规模巨大的体育馆和剧院、大型水坝、核电站及近海结构等。然而这类重大工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年，在环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应等灾害因素的共同作用下将不可避免地导致结构系统的损伤积累和抗力衰减，极端情况下可能引发灾难性的突发事故。

随着对工程结构的安全性、耐久性及正常使用功能的日益关注，人们希望能够在结构的服役期，即使出现一些如地震、台风、爆炸等灾害性事故后，能充分了解结构的健康状况，以决定是否需要对结构进行维修和养护，以及何时进行维修和养护。因此，结构健康监测系统成为保障结构安全的重要途径，对现存的重要结构和设施进行健康监测，评价其安全状况，修复、控制损伤及在新建结构和设施中增设长期的健康监测系统已成为必须。

在结构健康系统中最基本的是传感器及其数据采集系统，目前广泛的使用的有线的数据采集法的具有数据采集稳定可靠，受噪声影响小等优点，但是其繁琐的布线工作需要花费较大的成本。因此目前国际上开始研究使用无线传感器及无线数据采集系统。无线传感器及其无线传感网络的优点是不仅可免去施工时间长、投资大且繁琐的布线工作，节省成本，而且无线传感器智能处理能力，可以嵌入信号处理算法。近年来对无线传感器及无线传感网络的研究很多，并有了一些产品问世。但现有的产品并没有完整解决无线传感器的多样采集数据、能量供给、接收数据、处理数据及长时期稳定工作的问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现加速度、温度、应变数据采集、节点通过太阳能电池与锂离子电池全自主供电、数据无线传输、多节点一个基站、带计算机控制和处理数据程序的一种基于太阳能的无线加速度应变温度数据采集系统。

本发明的目的是这样实现的：它是由传感器节点和基站组成的，传感器节点无线连接基站。

本发明还有以下技术特征：

(1)所述的传感器节点包括电源模块、应变传感器、应变信号放大电路、模/数转换器、节点微处理器、节点无线模块、加速度传感器和温度传感器，电源模块分别连接应变传感器、应变信号放大电路、模/数转换器、节点微处理器、节点无线模块、加速度传感器和温度传感器，应变传感器连接应变信号放大电路，应变信号放大电路连接模/数转换器，模/数转换器连接节点微处理器，节点微处理器连接节点无线模块，加速度传感器连接应变信号放大电路，温度传感器连接节点微处理器。

(2)所述的基站包括基站电源、基站无线模块、基站微处理器、基站串口通信模块和PC机控制处理终端，基站电源分别连接基站无线模块、基站微处理器、基站串口通信模块和PC机控制处理终端，基站无线模块连接基站微处理器，基站微处理器连接基站串口通信模块，基站串口通信模块连接PC机控制处理终端。

(3)所述的电源模块包括太阳能电池板、最大功率追踪电路、开关型降压器、电源管理单元、锂离子电池，低压差线路稳压电路，太阳能电池板连接最大功率追踪电路，最大功率追踪电路连接开关型降压器、开关型降压器连接电源管理单元，电源管理单元分别连接锂离子电池和低压差线性稳压电路。

本发明基于太阳能的无线加速度应变温度数据采集系统，实现了传感器节点的多种数据采集(温度、加速度、应变)、能量自给、节点与基站多对一的无线远距离传输、数据接收与处理的功能。提供了一套完整的解决方案。对加速度的采集实现了采样频率为100Hz，对加速度的响应频率为X、Y轴0.5Hz-1600Hz，Z轴0.5Hz-550Hz，分辨率为0.1mg，量程为±3g。对应变的测量分辨率为1微应变，量程为±10000微应变或0-20000微应变，灵敏度在1-4之间，提供用惠斯通电桥的接线方式连接电阻应变片。温度的测量分辨率为0.0625℃，精度为0.5℃，量程为-40℃-85℃。无线传输距离为空旷地带500m以上。系统通过半双工的无线模块进行数据传输，使基站与节点均可接收与发射数据。无线模块支持地址匹配、CRC效验、载波检测、就绪输出，支持软件写地址，保证数据输出的准确性。本发明提供计算机终端的控制和数据处理程序，操作简单，能够实时存储数据。节点在有太阳的环境下能够长期自主供电，稳定运行，不间断的采集数据并实时传输回到计算机终端。

(四)附图说明