无线传感结构监测系统的改进及低功耗研究

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建筑结构在长期使用过程中,由于受到外在环境以及建筑水平等不利因素的影响,不可避免存在安全隐患,严重威胁人们生命财产安全。因此,如何对建筑结构的健康进行实时监测并进行反馈成为土木工程的热门研究方向之一,所以建筑健康监测(SHM)在土木工程中显得意义重大。SHM是指利用现场的无损传感技术,通过对包括响应在内的结构系统特性分析,达到检测结构损伤或退化、制定延长结构寿命策略的目的。   Zigbee技术是基于IEEE802.15.4标准基础上建立起来的无线传感网技术,具有低复杂度、低功耗、低速率以及低成本等优点,在智能家居、医疗辅助和无线监测等领域得到广泛的应用。本文基于Zigbee技术基础上搭建无线传感网络,在实验室搭建了8层2级树型拓扑网络结构,并对该建筑结构进行损伤监测实验,实验证明了系统的可行性和正确性。本论文主要内容如下:   1,硬件改进   对旧版簇首硬件板进行改进:外扩了一块容量64M的外扩存储器,并把旧版DSP5509A与CC2430之间的SPI口改为UART口;重新布板,改进了走线不合理和电源发热等问题。   2,损伤监测系统改进原来系统的整个流程都是由PC端在控制,我们对系统流程做了改进简化:把系统由PC端控制转移由簇首和节点完成,使得整个系统具有更高效率。   3,休眠机制   在原来的系统中,由2节5号电池供电的节点一般的工作周期只有短短的1星期左右。为了节省系统的能耗,延长系统的寿命,我们在节点的空闲状态加入了休眠机制,在适当时候进行唤醒保证任务的正常执行。   4,数据融合   在多传感的无线传感网中,单个节点数据量较大。我们首先在簇首上完成卡尔曼滤波数据融合算法后进行数据传输,从而大大减少数据的发送量,节省能耗。  
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