基于Zig Bee的大体积混凝土桥墩测温系统的设计

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1、第７期胡丹宁等．基于ＺｉｇＢｅｅ的大体积混凝土桥墩测温系统的设计７５１基于ＺｉｇＢｅｅ的大体积混凝土桥墩测温系统的设计胡丹宁王小平马月辉程璐璐（石家庄铁道大学电气与电子工程学院，石家庄０５００４３）摘要针对大体积混凝土传统测温方式存在的排线复杂、扩充性欠佳、人工读数易产生误差以及无法实时监测混凝土内部温度变化等问题，提出了一套基于ＺｉｇＢｅｅ技术的无线测温解决方案。此方案中下位机由单片机ＣＣ２５３０构成多点温度监测系统，数据传输利用主从方式的ＺｉｇＢｅｅ无线传感网络，上位机用ＬａｂＶＩＥＷ软件编制监控显示界面，实时监控混凝土的温度。该系统使得监测点温度

2、的实时性和可靠性得到了大幅提高，保证了施工后混凝土的安全可靠。关键词ＺｉｇＢｅｅＬａｂＶＩＥＷ大体积混凝土温度监测中图分类号ＴＨ８６５文献标识码Ａ文章编号１０００３９３２（２０１６）０７０７５１０３如今，大体积混凝土在各种建筑施工中得到二部分是温度数据传输层，以无线的方式将终端了普遍应用，如修建厂房、学校、大型商场及混凝节点和协调器之间通过ＺｉｇＢｅｅ协议栈进行数据土桥等。对于一些建筑的关键部位由于其结构复通信。协调器同样使用的是ＣＣ２５３０芯片。在协杂，混凝土需求量大，如果施工温度不能及时监测调器接收到所有终端节点发送来的信息后，将数和控制极易

3、产生温度应力而出现结构裂缝，不仅据集中在一起，通过ＤＴＵ模块，利用ＧＰＲＳ技术，影响混凝土的力学性能，还可能影响混凝土的持将所有信息通过无线网络发送到远方的控制主机久性。影响混凝土结构裂缝的因素很大一部分是上，实现远程输送。第三部分是温度信息显示层，［１］在浇筑后硬化过程中的温度控制不当。桥墩是主机在接收到数据集中器发送来的所有桥墩温度桥梁的主要支撑物，若桥墩由于温度应力而产生裂缝，不仅会影响建筑工程的质量，还将造成极大的安全隐患。因此需要对施工过程中的温度进行监测，提前预防。笔者在前人有线测温研究的基础上，提出了一种基于ＺｉｇＢｅｅ的无线测温系统。该

4、系统的无线传感网络以ＺｉｇＢｅｅ技术为核心，主要使用了智能温度数字传感器ＤＳ１８Ｂ２０。通过将无线传感器网络技术引入到桥墩的温度监测中，使得传感器不仅只是一个测温元件，而且是能够［２，３］完成信息相互传递的网络，实现系统的互联。１系统设计总方案基于ＺｉｇＢｅｅ的大体积混凝土桥墩测温系统（图１）主要由３部分组成。第一部分是现场温度监测层，主要由数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０（即图图１基于ＺｉｇＢｅｅ的大体积混凝土桥墩中黑点）和带有无线收发模块的ＣＣ２５３０芯片组测温系统结构示意图［４］成，它们构成了测温的终端节点。在测温结构上设计了５个桥墩（可扩展），以直

5、线型分别对其芯内温度、表层温度及外界温度等进行监测。第收稿日期：２０１６０１２３７５２化工自动化及仪表第４３卷信息后，利用ＬａｂＶＩＥＷ软件对温度数据进行记录ＧＰＲＳＤＴＵ模块提供的串行通信接口将接收到的［５］存储和显示。通过远程观察温度信息来做出下温度数据转换成ＴＣＰ／ＩＰ数据包并进行传送，通过一步的施工调整。互联网最终发送到远程监测主机上。协调器结构２系统硬件设计方案框图如图３所示。２．１传感器测温原理和测温节点的设计传感器测温使用的是一线总线智能数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０。传感器在与控制器进行连接时仅需要通过一条数据总线就可以完成双向通信。

6、使用寄生电源方式，数据线能够提供电能，在控制器将电平拉高期间，可以将电能储存在传感器内置的电容里。待总线为低电平期间，则消耗传感器内部电容里的能量。寄生工作方式拉高储能，拉低耗能，周而复始。由于长距离的多点测温，总线上接入的上拉电阻已无法将电平拉高至工作电图３协调器结构框图平，为了保证有足够高的上拉电平，在总线上接入了一个ＭＯＳ管来提供强上拉，传感器的接线部分３软件设计与实现只引出两条线，分别是数据线和接地线，如图２所系统的软件设计包括３方面，分别是检测温示。度传感器的软件设计、协调器无线收发的软件设计和监测主机显示温度界面的软件设计。在测温终端和协调

7、器方面主要使用了Ｃ语言编程，温度显示界面应用了ＬａｂＶＩＥＷ软件编程。３．１测温终端与协调器的软件设计软件程序流程如图４所示。测温终端与协调器程序在基于ＩＡＲ的软件开发环境中运行。测图２寄生电源工作方式温程序通过对传感器的指令进行读写，协调器程测温节点包含有几路可扩充的测温终端节点，每路终端节点采集桥墩内不同部位的混凝土温度。设计上选择了以５１为内核并带有无线收发功能的ＣＣ２５３０芯片，以此来扩展智能温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０，利用吸附在桥墩模板上的磁铁电池盒内的电池来提供终端节点的电源。测温系统采用主从工作模式，在不需要测温时终端节点处于睡眠状态，降低

8、了电池的使用速率。２．２数据传输协调器的设计应用ＺｉｇＢｅｅ协议栈来组建传感器网络。ＺｉｇＢ