基于應變測量的無線同步采集系統(tǒng)的實現(xiàn).pdf

1、隨著無線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)因其配置簡單靈活、維護便利、可遠程數(shù)據(jù)采集等優(yōu)勢，成為大型工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測中應變測量系統(tǒng)的研究重點。但在現(xiàn)有的無線方案中，節(jié)點能耗、節(jié)點間時間偏差等問題極大地阻礙了其自身的發(fā)展。同時，恒定的采集速率會使系統(tǒng)在正常情況下消耗過多的能量，而在突發(fā)事故狀態(tài)下又因為應變采集速率偏低，使系統(tǒng)無法準確地反映結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。
　　針對目前遠程監(jiān)測應變采集系統(tǒng)存在的缺點，本文在總結(jié)、分析國內(nèi)外相關研究成果基礎上

2、，設計出一套具有高時間同步精度的無線應變采集系統(tǒng)。該無線應變采集系統(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)時能夠自動提高采集速率，并實現(xiàn)μs級精度時間同步。此低能耗系統(tǒng)為無線結(jié)構(gòu)監(jiān)測的實時性和可靠性提供了保障。
　　本文的主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　1.設計無線應變采集系統(tǒng)
　　在硬件上，設計了一套以CC2530為主控的無線應變采集系統(tǒng)。應變采集節(jié)點包含應變采樣電路、信號調(diào)理電路；同時搭載 SD卡存儲模

3、塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)回溯，克服因掉電引起的數(shù)據(jù)丟失問題；使用CC2530模塊完成數(shù)據(jù)無線傳輸。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模塊作為時間同步的基礎。
　　2.設計變頻的同步采集方案
　　系統(tǒng)以GPS的秒脈沖為基準，在節(jié)點收集了協(xié)調(diào)器的時鐘信息后，各個節(jié)點就能評估和修改自身的晶振漂移，完成時間同步。在正常情況下，系統(tǒng)采用自適應時間窗兩級加權(quán)同步算法，并進行低速采集來降低系統(tǒng)能耗；當系統(tǒng)采集

4、的應變值突破閾值時，系統(tǒng)自動切換至高速突擊采集模式，此時系統(tǒng)使用最小二乘法完成時間同步，這樣不僅能夠保證節(jié)點的資源主要用于應變測量，并且能在保證時間同步精度的前提下完成高速結(jié)構(gòu)監(jiān)測。此設計使系統(tǒng)具備較好的自適應功能，為結(jié)構(gòu)損傷診斷提供遠程信息支持。
　　3.無線應變采集系統(tǒng)的實驗驗證
　　通過實際監(jiān)測實驗，驗證了此無線應變采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。實驗證明，該時間同步方案能夠?qū)⑾到y(tǒng)節(jié)點間的時間同步精度控制在30μs以內(nèi)，相比