基于无线传感网络的基坑钢支撑应力实时监测系统

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1、基于无线传感网络的基坑钢支撑应力实时监测系统本文提出了一种基于无线传感X络的建筑工地基坑钢支撑应力实时监测系统，该系统以ZIGBEE无线传感X络为基础，在钢梁上安装监测节点，采集支撑钢梁实时监测数据，并将数据通过采集节点、路由器汇集至主控器，通过3GX络发送至后台服务器处理后，在X页终端显示并分析，准确掌握支撑钢梁的实时应力情况，为支撑钢梁的应力安全性提供了可靠的判断依据。关键词：钢支撑；应力；实时监测；平台1.概述：　　无线传感X技术作为一种有效的监测手段，通过终端节点采集数据，可以帮助人们了解建筑工地中钢支撑结构的实时应力状态，从而保证了建筑钢支撑结构的安

2、全性。　　建筑工地钢支撑应力监测系统以ZIGBEE无线X络为基础，通过终端采集结点、路由器以及主控器组成无线传感X络，采集钢支撑结构的实时数据并汇集至主控器后，通过3GX络或者Inter有线X络传输至服务器，通过服务器进行数据分析之后，以X页的形式将实时数据及分析结果展现给用户。2.方案设计：　　一个典型的无线传感X络监测平台由信息存储与处理层、广域通信X、无线传感X络以及信息采集层等四个部分组成。系统平台架构如图1所示：　　信息采集层主要由各类传感器构成，在该系统中，主要是指钢支撑应力监测传感器、温湿度传感器及其它各类传感器。这些传感器通过终端节点下发的命令

3、，采集钢架的实时应力数据及环境数据，并将数据回发至终端节点。　　无线传感X络以ZIGBEE无线传感X络为基础。ZigBee是基于IEEE802．15．4无线标准研制开发的一种短距离、低功耗、低成本的无线组X技术。ZigBee所使用的频段是免费开放的，分别为2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)，传输范围依赖于输出功率和信道环境，一般介于10米到100米之间，并支持无限扩展。　　一个典型的ZIGBEE无线传感X络由三个部分组成：主控器、路由器和采集器。　　主控器负责其管理范围内的无线传感X路由器以及采集器的组织和维护，负责应力传感器数据

4、汇总，并提供以太或者移动接入（GPRS、CDMA、A）接口，将采集器采集到的监测点应力数据上传到监控中心服务器。路由器负责无线数据帧路由转发，并根据实际X络状况，组件无线传感X的基干X，使主控器和采集器进行数据交互。由路由器组建的无线传感X基干X络覆盖所有的采集器，将采集器采集到的监测点数据上传至协调器中。　　广域通信X是指2G、3G、CI3192/3芯片等。考虑到功耗、系统稳定性以及传输频率的要求，本系统采用CC1110芯片的解决方案。　　CC1110延用了以往TI公司ZigBee无线(定位)芯片CC2430/CC2431架构，它使用1个8位MCU（8051

5、），具有32KB可编程闪存和4KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、定时器（Timer）、AES128协同处理器、看门狗定时器（er）、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(PoA；速率为1.2kBaud，CC1110在接收和发射模式下，电流损耗分别低于16.2mA或16mA；速率为2.4kBaud。　　CC1110的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。4.传感器节点布置　　方案一：　　将传感器安装在钢支撑管一端的端面上，检测其轴力。信号线与电源线通过一根电缆线引到基坑外面。ZIGBEE采集器采用标准

6、接口与传感器相连。采集器有序地安装在基坑外面，并采用太阳能供电方式，以确保长期供电。　　　　方案二：　　将传感器安装在支撑管一端的端面上，检测其轴力。信号线与电源线，通过一根电缆线引到支撑管表面。ZIGBEE采集器采用标准接口与传感器相连。同时，将采集器安装在支撑管表面，采用电池供电。　　方案三：　　将传感器安装在支撑管表面，检测其变形应力。ZIGBEE采集器采用标准接口与传感器相连。采集器也安装在支撑管表面，靠近传感器的地方。同时，采集器采用电池供电。　　另外，在上述方案中，根据现场需要，可安装若干路由器，保证远距离信号传输。根据无线X络协议和路由器的特性，

7、路由器需要市电供电。　　三种方案对比如下：　　　　5.管理平台架构。　　管理平台采用B/S模式的多层应用体系结构（J2EE），该应用体系结构包括客户层（即WEB客户层）、中间应用层（包括数据通信层、业务处理层、数据访问层）、数据管理层（包括数据存储和日志文件管理）。系统管理模块贯穿各个层面，通过监督和干预各层的作业过程及资源分配，提供系统管理的功能，实现系统管理和维护目的。该系统架构可通过负载平衡、容错处理、连接共享、对象共享、线程池等技术手段,将极大的提高系统运行效率。　　管理平台初始化公用资源并加载中间应用层和数据管理层，加载完成后则在指定端口启动监听请求

8、并做出响应，通过中间应用层访问数据管理