基于應(yīng)變測(cè)量的無(wú)線(xiàn)同步采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)因其配置簡(jiǎn)單靈活、維護(hù)便利、可遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集等優(yōu)勢(shì)，成為大型工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。但在現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)方案中，節(jié)點(diǎn)能耗、節(jié)點(diǎn)間時(shí)間偏差等問(wèn)題極大地阻礙了其自身的發(fā)展。同時(shí)，恒定的采集速率會(huì)使系統(tǒng)在正常情況下消耗過(guò)多的能量，而在突發(fā)事故狀態(tài)下又因?yàn)閼?yīng)變采集速率偏低，使系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。
　　針對(duì)目前遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)應(yīng)變采集系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，本文在總結(jié)、分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果基礎(chǔ)上

2、，設(shè)計(jì)出一套具有高時(shí)間同步精度的無(wú)線(xiàn)應(yīng)變采集系統(tǒng)。該無(wú)線(xiàn)應(yīng)變采集系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)使用低速采集降低能耗，而在突發(fā)事故狀態(tài)時(shí)能夠自動(dòng)提高采集速率，并實(shí)現(xiàn)μs級(jí)精度時(shí)間同步。此低能耗系統(tǒng)為無(wú)線(xiàn)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和可靠性提供了保障。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　1.設(shè)計(jì)無(wú)線(xiàn)應(yīng)變采集系統(tǒng)
　　在硬件上，設(shè)計(jì)了一套以CC2530為主控的無(wú)線(xiàn)應(yīng)變采集系統(tǒng)。應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)包含應(yīng)變采樣電路、信號(hào)調(diào)理電路；同時(shí)搭載 SD卡存儲(chǔ)模

3、塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回溯，克服因掉電引起的數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題；使用CC2530模塊完成數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸。在協(xié)調(diào)器中，3G模塊能將協(xié)調(diào)器收集的數(shù)據(jù)上傳至云端，并可由云端控制系統(tǒng)；GPS模塊作為時(shí)間同步的基礎(chǔ)。
　　2.設(shè)計(jì)變頻的同步采集方案
　　系統(tǒng)以GPS的秒脈沖為基準(zhǔn)，在節(jié)點(diǎn)收集了協(xié)調(diào)器的時(shí)鐘信息后，各個(gè)節(jié)點(diǎn)就能評(píng)估和修改自身的晶振漂移，完成時(shí)間同步。在正常情況下，系統(tǒng)采用自適應(yīng)時(shí)間窗兩級(jí)加權(quán)同步算法，并進(jìn)行低速采集來(lái)降低系統(tǒng)能耗；當(dāng)系統(tǒng)采集

4、的應(yīng)變值突破閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換至高速突擊采集模式，此時(shí)系統(tǒng)使用最小二乘法完成時(shí)間同步，這樣不僅能夠保證節(jié)點(diǎn)的資源主要用于應(yīng)變測(cè)量，并且能在保證時(shí)間同步精度的前提下完成高速結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。此設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具備較好的自適應(yīng)功能，為結(jié)構(gòu)損傷診斷提供遠(yuǎn)程信息支持。
　　3.無(wú)線(xiàn)應(yīng)變采集系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
　　通過(guò)實(shí)際監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了此無(wú)線(xiàn)應(yīng)變采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。實(shí)驗(yàn)證明，該時(shí)間同步方案能夠?qū)⑾到y(tǒng)節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步精度控制在30μs以?xún)?nèi)，相比