[发明专利]一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道结构远程监测系统，尤其是涉及一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统。

背景技术

随着地铁隧道的快速发展，地铁隧道的安全监测已经刻不容缓。然而，地铁隧道不同于其他监测对象，具体表现在：监测内容和体量庞大，隧道内部环境复杂，隧道隐患部位隐蔽性强等特点。因此，在地铁隧道背景下，应用传统的监测方式，费时费力，且极易受到时间等因素的限制，难以满足全自动、全天候的实时监测需求。

近年来，随着科学技术水平的不断提升，无线传感器网络技术也不断成熟，在不同工作环境实现了应用，并发挥着举足轻重的作用。无线传感器网络是利用大量的传感器对特定区域实现协同式感知，并以无线通信的方式将监测信息传输给监控者。

现有的隧道结构监测系统以传统有线监测为主，导致隧道内线缆过于复杂。少部分隧道结构远程监测系统虽然很大程度上克服了传统监测方法的缺点，但是监测方式依然单一。为了克服前述并且其它缺陷，需要一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统及方法。无线传感器网络具有长生命周期、高可扩展性、高安全性等特点，特别是其传感器节点具有其他监测手段所不具有的优点：低能耗、高集成度、小体积等。因此，应用无线传感器网络技术实现对地下环境的监测是一种非常有效的监测手段。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，所述系统包括无线传感器、无线网关和远程服务器，所述的无线网关通过ZigBee方式连接无线传感器模块，通过3G/4G方式连接远程服务器，所述的无线传感器包括无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点、无线接缝张开传感器节点，无线网关通过ZigBee方式连接各传感器节点，无线倾角传感器节点周期性发送倾角数据至无线网关，无线渗漏水传感器节点周期性发送渗漏水数据至无线网关，无线接缝张开传感器节点周期性发送接缝张开数据至无线网关。

所述的无线网关安装于隧道里的电箱中，同时配备了备用电池。

所述的无线倾角传感器节点安装于盾构隧道管片上，所述的无线渗漏水传感器节点安装于盾构隧道管片已发生或易发生渗漏水处，所述的无线接缝张开传感器节点安装于盾构隧道管片衔接处。

所述的无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点和无线接缝张开传感器节点设有传感器采集单元、电源单元、微处理器单元和无线通信单元，不同的无线传感器节点内传感器采集单元不同，不同的无线传感器节点的电源单元、微处理器单元和无线通信单元相同。

所述的无线倾角传感器节点中的传感器采集单元采用双轴倾角罗盘系列，选择数字信号输出；所述的无线渗漏水传感器节点中的传感器采集单元采用线状渗漏水传感器，均匀布置了6个铜片；所述的无线接缝张开传感器节点中的传感器采集单元采用差动变压器式位移传感器，其采样精度是0.01毫米，测量范围是5米。

所述的电源单元采用锂电池供电，所述的电源单元包括对锂电池的直流电压降压的第一降压芯片，和对锂电池的直流电压进一步降压的第二降压芯片，其中第一降压芯片输出端连接传感器采集单元和微处理器单元，第二降压芯片输出端接无线通信单元。

所述的微处理器单元中设有配以晶振的单片机，包括至少一个由I/O端口驱动的LED灯、一个与ZigBee无线通信模块进行串口通信接口、一个与倾角传感器芯片进行数字数据通信的接口、一个用来进行工作模式切换的中断、一个实现调试器对芯片进行程序烧写的烧录接口、一个用来对微处理器系统进行复位的复位按钮。

所述的微处理器单元内设有3个I/O端口分别驱动的3个颜色不同的LED灯。

所述的无线通信单元内芯片与微处理器单元内的单片机进行数据传输，通过内置的RF模块进行数据的无线电传输。

所述的无线网关还包括汇聚模块，该系统的网络组网流程如下：

S1、无线网关中的汇聚模块进行初始化；

S2、各个传感器节点收到来自汇聚模块的初始化信息后，向汇聚模块发送“申请入网”的信息；

S3、汇聚模块收到数据后会进行回传数据判断，如果是“申请入网”信息，则给予允许入网，并分配地址，之后传感器节点开始进行数据采集与传输；