基于Super-ZigBee技術(shù)的高大建筑物臺風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、現(xiàn)代建筑物的高度、跨度及迎風(fēng)面面積都在不斷增長中,因而從安全性、耐用性及防災(zāi)減災(zāi)角度出發(fā),需要對建筑物尤其是高大建筑物進(jìn)行全方位實(shí)時臺風(fēng)監(jiān)測。傳統(tǒng)的臺風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)往往是通過有線方式連接大量的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,但是高大建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜,往往遇到布線困難的問題。本文針對傳統(tǒng)臺風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的布線困難,利用當(dāng)前高速發(fā)展的MEMS技術(shù)、智能傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù),設(shè)計(jì)了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高大建筑物臺風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)。首先,針對臺風(fēng)監(jiān)測環(huán)境和應(yīng)用要求,對

2、不同通信技術(shù)的性能進(jìn)行分析比較,確定采用ZigBee技術(shù)為核心的總體設(shè)計(jì)方案。然后,根據(jù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和實(shí)時采集要求,選取了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　 系統(tǒng)的硬件方面,無線收發(fā)模塊采用了由ZigBee技術(shù)發(fā)展而來的Super-ZigBee技術(shù),其在常規(guī)ZigBee的無線通信收發(fā)端無縫連接低噪聲前端放大器,適當(dāng)增加功耗的情況下,大幅改善了節(jié)點(diǎn)通信距離不足的問題；傳感器采集模塊采用了以智能信號調(diào)理芯片ZMD31050為核心的信號調(diào)理電路,

3、并配合基于MEMS制造工藝的硅壓阻式壓力傳感器,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)荷載壓力傳感器低功耗和高精度的設(shè)計(jì)。
　　 系統(tǒng)的軟件方面,針對ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)延時較長、實(shí)時性較差的缺陷,通過采用數(shù)據(jù)打包發(fā)送、數(shù)據(jù)幀添加時間戳和優(yōu)化無線通信數(shù)據(jù)量的方法,解決了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的延時和吞吐量不足的問題,滿足了系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測要求；終端節(jié)點(diǎn)的休眠模式程序設(shè)計(jì)使節(jié)點(diǎn)無任務(wù)時進(jìn)入節(jié)能模式,實(shí)現(xiàn)了終端節(jié)點(diǎn)的低功耗設(shè)計(jì),增加了監(jiān)測系統(tǒng)的工作時間。
　　

4、系統(tǒng)的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)分為無線收發(fā)模塊的通信實(shí)驗(yàn)、傳感器模塊的校準(zhǔn)和標(biāo)定及穩(wěn)定性測試實(shí)驗(yàn)和樣機(jī)的聯(lián)機(jī)調(diào)試實(shí)驗(yàn)。無線收發(fā)模塊的通信實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Super-ZigBee技術(shù)的通信距離完全能夠滿足監(jiān)測應(yīng)用的要求。對風(fēng)荷載壓力傳感器模塊校準(zhǔn)和標(biāo)定后,對其進(jìn)行測試,結(jié)果表明該模塊精度高,時漂量小,性能穩(wěn)定,能夠適用于高大建筑物臺風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)長時間監(jiān)測的要求。最后的聯(lián)機(jī)調(diào)試,體現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的臺風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)突出的實(shí)時性和穩(wěn)定性特點(diǎn),能夠很好地替代傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng),滿