本文關(guān)鍵詞：基于IPv6和低功耗的混凝土測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 混凝土 交流阻抗 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) IPv6 低功耗

【摘要】：鋼筋混凝土在各種環(huán)境中都會(huì)受到不同程度的腐蝕,尤其是在富含有害離子的海水中,存在大量氯鹽和硫酸鹽,會(huì)分別跟鋼筋和混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng),造成鋼筋腐蝕和混凝土脹裂。所以,對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕的檢測(cè)在土木工程中有重要意義,可以為混凝土腐蝕的檢測(cè)和防護(hù)提供參考。青島跨海大橋于建設(shè)初期,在受到海水侵蝕的混凝土橋墩中預(yù)埋了大量傳感器,可以測(cè)量其內(nèi)部電化學(xué)參數(shù)。但是,傳感器在橋墩上的位置及預(yù)埋的數(shù)量,給傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量帶來很大困難,故對(duì)于青島跨海大橋的這種復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景來說,需要利用其預(yù)埋的傳感器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單有效的自動(dòng)化測(cè)量,并通過無線的方式將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)。在研究和對(duì)比了多種腐蝕電化學(xué)測(cè)量方法后,本課題采用交流阻抗法來測(cè)量和分析混凝土的內(nèi)部特性,交流阻抗法是用小幅度正弦交流信號(hào)擾動(dòng)電極,進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試的方法,根據(jù)測(cè)得的交流阻抗數(shù)據(jù),來分析其電化學(xué)特性。為了能夠簡(jiǎn)便且準(zhǔn)確地測(cè)量混凝土的交流阻抗,本課題采用高精度的阻抗轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)解決方案AD5933,AD5933內(nèi)部的DDS產(chǎn)生信號(hào)激勵(lì)外部復(fù)阻抗,ADC采集響應(yīng)信號(hào),然后由片上DSP做DFT運(yùn)算得到每個(gè)頻率點(diǎn)上的復(fù)阻抗值。數(shù)據(jù)的上傳則通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)關(guān)、邊緣路由器、協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的末端節(jié)點(diǎn)采集傳感器數(shù)據(jù),以無線方式進(jìn)行通信,將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)關(guān),由網(wǎng)關(guān)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)。綜合考慮嵌入式硬件條件、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和系統(tǒng)環(huán)境后,本課題以Contiki操作系統(tǒng)和CC2538控制器為基礎(chǔ),圍繞低功耗和IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)兩大需求,將混凝土參數(shù)測(cè)量和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)適用于青島跨海大橋的混凝土檢測(cè)系統(tǒng)。邊緣路由其協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)運(yùn)行Contiki系統(tǒng),無線傳輸采用IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),通過6LoWPAN實(shí)現(xiàn)IIEEE802.15.4和IPv6之間的適配,以u(píng)IPv6協(xié)議棧為基礎(chǔ),作適當(dāng)?shù)牟眉艉捅匾男薷?形成一個(gè)更加輕量化的IPv6協(xié)議棧,并根據(jù)青島跨海大橋的節(jié)點(diǎn)分布方式,設(shè)計(jì)與之適用的路由協(xié)議。系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)采用運(yùn)行OpenWRT的MT7688開發(fā)板,通過有線方式連接路由器實(shí)現(xiàn)與IP網(wǎng)絡(luò)的連接,通過串口連接一個(gè)CC2538最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋接。在經(jīng)過調(diào)試和改進(jìn)后,本課題模擬青島跨海大橋的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,布置了四個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng),節(jié)點(diǎn)每隔6個(gè)小時(shí)采集一次數(shù)據(jù),并上傳到網(wǎng)關(guān),由網(wǎng)關(guān)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)。經(jīng)過一段時(shí)間的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)和分析后,發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存在少量丟失的情況,但是并不影響長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)分析。本方案除了對(duì)青島跨海大橋的腐蝕檢測(cè)和防護(hù)有重要意義外,對(duì)公路、樓宇等土木建筑的混凝土檢測(cè)也有一定的參考性。
[Abstract]:Reinforced concrete will be corroded in various environments, especially in the seawater rich in harmful ions, there are a lot of chloride and sulfate, which will react with reinforcement and concrete respectively. Therefore, the detection of corrosion of reinforced concrete is of great significance in civil engineering. Qingdao cross-sea bridge in the initial stage of construction in the sea erosion of concrete pier embedded in a large number of sensors can be measured its internal electrochemical parameters. The position of the sensor on the pier and the quantity of the preset bring great difficulties to the traditional field measurement, so it is very difficult for the complex application scene of Qingdao sea crossing bridge. It is necessary to use the embedded sensor to realize simple and effective automatic measurement, and to transmit the collected data to the network by wireless means. After studying and comparing many electrochemical corrosion measurement methods. In this paper, the AC impedance method is used to measure and analyze the internal characteristics of concrete. The AC impedance method is based on the measured AC impedance data. To analyze its electrochemical characteristics. In order to measure the AC impedance of concrete easily and accurately, a high precision impedance converter system solution, AD5933, is adopted in this paper. The internal DDS of AD5933 generates signals and excites external complex impedance to collect response signals. Then the complex impedance of each frequency point is obtained by the DFT operation of the on-chip DSP. The data is uploaded through the wireless sensor network, and the network is made up of the gateway and the edge router. The end node of wireless sensor network collects sensor data, communicates with wireless mode, uploads the data to the gateway, and publishes the data to the Internet by gateway. The embedded hardware condition is considered comprehensively. After the network protocol and system environment, this topic is based on the Contiki operating system and CC2538 controller, focusing on the two major requirements of low power consumption and IP network interconnection. Combining the measurement of concrete parameters with wireless sensor network, a concrete detection system suitable for Qingdao Bridge is designed and implemented. The Contiki system for edge routing and node running is designed and implemented. Wireless transmission adopts IEEE802.15.4 protocol standard, and adapts between IIEEE802.15.4 and IPv6 through 6LoWPAN. Based on the uIPv6 protocol stack, a lighter IPv6 protocol stack is formed with appropriate tailoring and necessary modifications, and the node distribution pattern of Qingdao Sea Crossing Bridge is adopted. The system gateway adopts the MT7688 development board running OpenWRT, and connects with IP network through wired router. A CC2538 minimum system is connected with the wireless sensor network through serial port. After debugging and improvement, this paper simulates the site environment of Qingdao sea crossing bridge. Four wireless sensor network subnets are arranged. The node collects data every six hours and uploads them to the gateway. After a period of time data acquisition, statistics and analysis are carried out by the gateway to the Internet. It is found that there is a little loss of node data, but it does not affect the long-term data analysis. This scheme has important significance for the corrosion detection and protection of Qingdao sea crossing bridge, as well as for highway. The concrete inspection of civil buildings such as buildings also has certain reference value.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5;U446

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本文編號(hào)：1408046