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　　【摘要】： 橋梁健康監測系統對于保證橋梁結構的安全性、適用性和耐久性具有重要意義。橋梁健康監測系統主要包含橋梁現場監測系統和遠程評估系統兩個部分。其中,橋梁現場監測系統主要功能是實現對橋梁的多種結構狀態參數的采集與存儲,并能夠和遠程上位機通信。目前,現場監測系統存在著功耗大、穩定性差、開發周期長、成本高、推廣性差等問題,因此,開發具有一定通用性的小型化橋梁現場監測系統具有重要的經濟意義和社會意義。 本文首先闡述了橋梁現場監測系統的發展現狀和存在的問題,深入探討了嵌入式以太網技術應用到橋梁遠程監測中的重要性和必要性。在此基礎上提出了基于嵌入式以太網技術的具有一定通用性的小型化橋梁現場監測系統方案,分析了其功能需求和通用性的具體涵義,并就其具體實現展開了討論。 硬件環境是以C8051F120為核心,外圍集成了時鐘系統、數據存儲系統、網絡通信硬件等。整個系統尺寸小、功耗低、便于安裝和調試,能很好的適應橋梁現場監測環境。 軟件系統采用以實時操作系統μC/OS-Ⅱ為核心的多任務設計,既能滿足一定的通用性需求,也能提高系統的實時性和穩定性。由于μC/OS-Ⅱ內核沒有集成網絡通信功能,因此還實現了嵌入式TCP/IP協議棧μIP與μC/OS-Ⅱ平臺的結合。文中重點闡述了μC/OS-Ⅱ的移植、網絡通信的實現、系統的多任務設計與調度等。另外,利用模塊化的開發思想,對系統應用功能進行了設計和開發,實現了橋梁監測中常用的一些監測功能,主要包括現場通信控制、時鐘控制、存儲空間管理、數據上傳、定時采集、傳感器自診斷等。其中,現場通信控制模塊實現對現場485網絡的控制,負責對各個通道的配置和數據采集;時鐘控制模塊主要實現系統的實時時鐘;存儲空間管理模塊實現數據的存儲、讀取和存儲系統復位;傳感器自診斷模塊運用時間序列分析方法實現了一種可靠的簡便易行的傳感器故障診斷方法,為系統維護和分析提供了方便。 為了驗證系統的有效性和穩定性,在實驗室模擬橋梁現場環境對現場監測系統進行了長時間的調試運行,并對實驗數據進行了簡單分析。實驗證明,系統設計合理有效,達到預期目的和要求。 【關鍵詞】：橋梁 現場監測系統 嵌入式以太網 實時操作系統 軟件
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TP311.52
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2009.050230
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究現狀10-16
• 1.2.1 橋梁現場監測系統研究現狀10-15
• 1.2.2 通用測控系統研究現狀15-16
• 1.3 本文的研究目的、意義和內容16-17
• 1.3.1 研究目的及意義16
• 1.3.2 研究內容16-17
• 1.4 本章小結17-18
• 2 嵌入式以太網技術在橋梁監測中的應用18-28
• 2.1 嵌入式以太網技術簡介18-21
• 2.1.1 嵌入式系統及其發展18-19
• 2.1.2 以太網技術及其發展19-20
• 2.1.3 嵌入式以太網技術的概念20-21
• 2.2 嵌入式以太網技術應用于橋梁監測的必要性和重要性21-23
• 2.2.1 應用嵌入式以太網技術的必要性21-22
• 2.2.2 應用嵌入式以太網技術的重要性22-23
• 2.3 基于嵌入式以太網的橋梁監測系統23-27
• 2.3.1 實現方案23-25
• 2.3.2 關鍵技術分析25-26
• 2.3.3 現場監測系統性能要求26-27
• 2.4 本章小結27-28
• 3 現場監測系統總體設計及硬件集成28-37
• 3.1 現場監測系統實現方案討論28-29
• 3.2 現場監測系統總體設計29-33
• 3.2.1 系統結構29-30
• 3.2.2 引入嵌入式實時操作系統的重要意義30-31
• 3.2.3 系統功能設計31-33
• 3.3 現場監測系統硬件集成33-36
• 3.3.1 核心模塊33-35
• 3.3.2 現場監測網絡35
• 3.3.3 主要外圍設備35-36
• 3.4 本章小結36-37
• 4 現場監測系統軟件實現37-79
• 4.1 嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ37-41
• 4.1.1 μC/OS-Ⅱ的特點37
• 4.1.2 μC/OS-Ⅱ的運行原理37-40
• 4.1.3 開發工具和運行環境40
• 4.1.4 移植條件40-41
• 4.2 μC/OS-Ⅱ內核的移植41-47
• 4.2.1 移植μC/OS-Ⅱ到C8051F120 上41-45
• 4.2.2 驗證移植的正確性45-46
• 4.2.3 系統移植中應注意的問題46-47
• 4.3 μC/OS-Ⅱ上TCP/IP 協議棧的實現47-55
• 4.3.1 嵌入式TCP/IP 協議棧47-49
• 4.3.2 μIP 協議棧49-51
• 4.3.3 μC/OS-Ⅱ與μIP 協議棧的結合51-53
• 4.3.4 網絡設備驅動53-55
• 4.4 μC/OS-Ⅱ上Web Server 的實現55-60
• 4.4.1 HTTP 協議55-56
• 4.4.2 公共網關接口CGI56-58
• 4.4.3 Web Server 實現58-60
• 4.5 系統應用程序任務設計60-64
• 4.5.1 系統應用程序任務劃分60-62
• 4.5.2 系統應用程序任務調度62-63
• 4.5.3 任務設計與調試中應注意的問題63-64
• 4.6 主要功能模塊的實現64-76
• 4.6.1 現場通信控制模塊64-66
• 4.6.2 時鐘模塊66-68
• 4.6.3 存儲空間管理模塊68-71
• 4.6.4 數據上傳模塊71
• 4.6.5 定時采集模塊71
• 4.6.6 傳感器自診斷模塊71-76
• 4.6.7 其他應用模塊76
• 4.7 現場監測系統遠程控制接口設計76
• 4.8 本章小結76-79
• 5 實驗79-83
• 5.1 實驗系統搭建79-80
• 5.2 系統功能及穩定性測試80-82
• 5.3 本章總結82-83
• 6 全文總結83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-88
• 附錄88-90