多参量光纤传感远程监测系统软件平台设计与实现

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大型土木工程的建设,如桥梁、隧道、高层建筑等,不仅推动着国民经济的发展,也与人民的生活息息相关。一旦发生突发性的安全事故,必将产生难以预估的生命财产损失,大型土木工程的健康监测就显得尤为重要。相较于传统的监测手段,光纤光栅传感器凭借其优良的性能,被广泛应用于大型土木工程的结构健康监测。本课题在现有光纤传感硬件的基础上,搭建了系统的硬件平台,并开发了一套适用于大型土木工程健康监测的上位机软件平台,实现了对应变、应力、位移、温度、渗压等多参量的远程实时监测。本文根据大型土木工程健康监测的实际应用需求对系统进行了需求分析,明确了系统的设计目标,并据此给出了系统的整体设计方案,将整个系统划分为本地监测系统、数据远传模块和远程监测系统三部分。本地监测系统通过使用MOI公司的光纤光栅解调仪采集布设在现场的传感器的波长数据,并由上位机软件进行波长解析,获取测量数据。本地监测系统将获取到的测量数据转发至数据远传模块,并由数据远传模块通过GPRS网络发送至远程监测系统,最终实现大型土木工程结构健康的远程实时监测。本课题的主要工作是多参量光纤传感远程监测系统上位机软件平台设计与实现。使用Visual Studio 2010作为软件的开发工具,C++作为开发语言,根据面向对象的编程思想进行模块化编程。使用单例模式、观察者模式等设计模式优化软件性能架构,还综合了多线程技术、数据库技术、GPRS通信技术等共同实现了数据的采集、显示、远传和存储等多项功能。系统上位机软件平台分为本地监测系统上位机软件和远程监测系统上位机软件两部分。本地监测系统软件平台兼容了动态解调仪和静态解调仪两种工作模式,分别设计了适用于不同工作模式下的参数配置模块,对解调仪运行参数进行配置。数据采集模块通过网口与解调仪通信,采集传感器的全光谱数据和波长数据,并交由数据解析模块计算出实际测量数据,进行数据显示和数据存储。这种模块化的方法进行编程,使软件各功能模块之间既彼此既相对独立又相互协作共同完成系统工作。远程监测系统上位机软件通过GPRS网络通信技术接收来自本地监测系统的配置信息和实时数据信息帧,并由数据解析模块按照既定的通信规约进行数据解析,得到的数据信息进行界面显示的同时通过数据连接池技术存储至Access数据库。使用Access数据库,对数据库中的数据表进行合理的表关系设计,消除了大量的数据冗余,实现了系统信息的集中管理。最终,本课题完成了对系统软件平台的设计与实现,并搭建了系统的硬件平台。系统在实验测试阶段性能稳定、运行状态良好,可以满足监测需求。
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