基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的巖土工程應(yīng)力監(jiān)測解決方案

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的騰飛，公路、大跨度橋梁、大壩等大型巖土建筑數(shù)量越來越多。而地質(zhì)因素、施工質(zhì)量、建筑老化等問題使巖土建筑的健康狀況的監(jiān)控變得日益迫切，當(dāng)今主流的檢測應(yīng)力方法多為人工定時(shí)持應(yīng)力監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行實(shí)地測量，這就難免導(dǎo)致數(shù)據(jù)監(jiān)測的不及時(shí)，并產(chǎn)生人為誤差。

　　本系統(tǒng)主要利用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)便捷、成本低和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合GPRS（General Packet Radio Service）網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)巖土建筑應(yīng)力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。在成本方面，大大節(jié)約了以往采用人力監(jiān)測的資源消耗；同時(shí)，GPRS網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN（Wireless Sensor Networks）技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用，使監(jiān)測方式變得簡單易行，并更具可操作性[1]。

　　系統(tǒng)主要利用了無線收發(fā)芯片、低功耗單片機(jī)以及GPRS模塊，通過數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)將從巖土建筑采集得到的應(yīng)力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的監(jiān)測人員手中，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)組成，通過寫入?yún)f(xié)議棧，設(shè)置協(xié)調(diào)器、路由器和數(shù)據(jù)終端，組建基于ZigBee協(xié)議的傳感器網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)采集范圍可隨采集節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的增加而擴(kuò)大[2]。網(wǎng)絡(luò)先通過“多跳的方式”將多點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)以短消息方式發(fā)送到遠(yuǎn)端的接收端。另外，通過使用GPRS模塊的TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，應(yīng)力數(shù)據(jù)可以同步傳輸?shù)絇C終端，從而實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

　　1、硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

　　1.1 整體平臺(tái)

　　本文系統(tǒng)主要通過單片機(jī)分別控制無線發(fā)射模塊和GPRS模塊，通過從傳感器采集數(shù)據(jù)，再經(jīng)2。4 GHz頻段信道傳送到終端發(fā)送節(jié)點(diǎn)，最后通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)以短信模式發(fā)送出去。硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

　　1.1.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

　　微控制器MCU（Micro Control Unit）選用了MSP430F1611，它是具有超低功耗的16位單片機(jī)。在活動(dòng)模式下，MSP430的功耗可以達(dá)到280 滋A。其次，12位帶采樣保持的A/D轉(zhuǎn)換模塊可以為傳感器數(shù)據(jù)采集提供模數(shù)轉(zhuǎn)換。兩路串行通信口USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）可以滿足通過SPI口對(duì)射頻模塊進(jìn)行控制的同時(shí)，還可以對(duì)GPRS模塊實(shí)現(xiàn)操作。