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　　【摘要】： 橋梁的建設(shè)和維護(hù)是國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分,橋梁健康監(jiān)測技術(shù)能有效的保證橋梁的安全運(yùn)營,保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)測與分析,為橋梁在特殊氣候、復(fù)雜交通環(huán)境下和橋梁結(jié)構(gòu)狀況異常時發(fā)布預(yù)警信號,為橋梁的管理、養(yǎng)護(hù)與維修提供科學(xué)的依據(jù)。目前國內(nèi)外橋梁監(jiān)測系統(tǒng)大多為有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),存在著網(wǎng)絡(luò)安裝布線成本高昂、設(shè)備移動和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活性差、節(jié)點(diǎn)智能化程度低等問題。為此,本文提出并設(shè)計實現(xiàn)了基于Zigbee協(xié)議的無線傳感器橋梁健康監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)相比該系統(tǒng)具有成本低、可靠性高、安裝方便、維護(hù)更新費(fèi)用低等優(yōu)勢。 論文針對橋梁健康監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,闡述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、分層模型和關(guān)鍵技術(shù),將Zigbee技術(shù)應(yīng)用于橋梁健康監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。對TI的基于Zigbee2006標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧Z-Stack進(jìn)行了剖析。設(shè)計了適用于橋梁健康監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),結(jié)合系統(tǒng)監(jiān)測指標(biāo),給出基于Zigbee橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)總體方案。 論文根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),給出了系統(tǒng)的詳細(xì)硬件設(shè)計方案,結(jié)合橋梁健康結(jié)構(gòu)監(jiān)測的需求及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn),搭建了以ATmega128L微處理器模塊和CC2420無線收發(fā)模塊為核心的模塊化獨(dú)立分層設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)。 論文設(shè)計了基于Z-Stack協(xié)議棧的Zigbee橋梁健康監(jiān)測節(jié)點(diǎn)軟件,給出終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的組網(wǎng)流程,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和與監(jiān)控主機(jī)通信。在監(jiān)控主機(jī)服務(wù)器端,編寫串口驅(qū)動程序、對數(shù)據(jù)庫的訪問,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時顯示和對歷史數(shù)據(jù)的查詢。 為驗證本文所設(shè)計的無線傳感器橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的有效性與可靠性,在某橋上進(jìn)行實際測試實驗。實驗結(jié)果表明,基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的在線采集,能夠?qū)�橋梁的健康狀況實時監(jiān)測。 論文最后提出系統(tǒng)設(shè)計中存在的不足和需要改進(jìn)的問題。 【關(guān)鍵詞】：橋梁健康監(jiān)測 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) Zigbee Z-Stack協(xié)議棧 CC2420
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TP274.4
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2009.224788
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景、意義9-13
• 1.1.1 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)概述9-10
• 1.1.2 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成10-11
• 1.1.3 橋梁健康監(jiān)測發(fā)展概況11-12
• 1.1.4 傳統(tǒng)監(jiān)測方法及缺陷12-13
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究綜述13-16
• 1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述13-15
• 1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在健康監(jiān)測中的研究現(xiàn)狀15
• 1.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于橋梁監(jiān)測中的優(yōu)勢15-16
• 1.3 Zigbee 協(xié)議概述16-18
• 1.3.1 Zigbee 技術(shù)的特點(diǎn)16-18
• 1.3.2 Zigbee 與其他幾種無線通信協(xié)議的比較18
• 1.4 論文的主要內(nèi)容18-20
• 2 Zigbee/IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)20-28
• 2.1 Zigbee/IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)介紹20-23
• 2.1.1 Zigbee 協(xié)議架構(gòu)20-21
• 2.1.2 Zigbee 的網(wǎng)絡(luò)配置21-23
• 2.2 Z-Stack 協(xié)議棧介紹23-27
• 2.2.1 OSAL 任務(wù)25-26
• 2.2.2 地址分配26
• 2.2.3 Z-Stack 中的綁定26-27
• 2.2.4 確認(rèn)幀27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 3 基于 Zigbee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計28-39
• 3.1 橋梁健康監(jiān)測要求28-29
• 3.2 系統(tǒng)構(gòu)成29
• 3.3 系統(tǒng)總體設(shè)計29-31
• 3.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計31-38
• 3.4.1 傳感器模塊設(shè)計32-34
• 3.4.2 WSN 節(jié)點(diǎn)MicaZ 分析34-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 4 基于 Zigbee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件設(shè)計39-55
• 4.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計39-40
• 4.2 協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計40-42
• 4.2.1 協(xié)調(diào)器組網(wǎng)設(shè)計41-42
• 4.2.2 協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)設(shè)計42
• 4.3 網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計42-45
• 4.3.1 終端節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)設(shè)計43-44
• 4.3.2 終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)計44-45
• 4.4 無線通信模塊程序設(shè)計45-48
• 4.4.1 數(shù)據(jù)幀格式45-46
• 4.4.2 初始化46
• 4.4.3 發(fā)送/接收子程序46-48
• 4.5 軟件低功耗設(shè)計48-50
• 4.6 監(jiān)控主機(jī)軟件設(shè)計50-54
• 4.6.1 串口通信實現(xiàn)50-51
• 4.6.2 數(shù)據(jù)實時顯示51-53
• 4.6.3 數(shù)據(jù)存儲和歷史數(shù)據(jù)查看53-54
• 4.7 本章小結(jié)54-55
• 5 系統(tǒng)運(yùn)行實驗及分析55-62
• 5.1 系統(tǒng)運(yùn)行實驗環(huán)境55-57
• 5.1.1 實驗環(huán)境55
• 5.1.2 實驗平臺搭建及監(jiān)測內(nèi)容55
• 5.1.3 傳感器測點(diǎn)布置55-56
• 5.1.4 監(jiān)測中的問題及解決方法56-57
• 5.2 監(jiān)測采集數(shù)據(jù)57-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 6 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62
• 6.2 展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 附錄 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄68