本文關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的全功能無線傳感系統(tǒng)設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大型橋梁在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和國民經(jīng)濟發(fā)展中起著重要作用,橋梁的安全狀況也受到了人們的廣泛關(guān)注。由于長期承受荷載的作用及飽受自然環(huán)境的影響,橋梁容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷、局部應(yīng)力過大等狀況。這些狀況最終會影響橋梁的安全。因此監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)并及時評估橋梁的安全狀況在保證人們生命財產(chǎn)安全方面具有重要意義。在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測中,通常需要監(jiān)測橋梁的多種信息如橋面的振動、局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力、斜拉索或懸索的索力、橋梁的傾角變化及橋梁工作的環(huán)境因素等,才能綜合地監(jiān)測和評估橋梁的安全狀況�；诖�,本文研制了能夠同時監(jiān)測橋梁多種關(guān)鍵信息的全功能無線傳感系統(tǒng)。首先,分析了現(xiàn)有無線橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)所存在的問題,介紹了無線橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的原理,并在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,設(shè)計了整個系統(tǒng)的架構(gòu)。其次,詳細闡述了傳感器節(jié)點的模塊化設(shè)計,包括傳感單元、信號調(diào)理單元、微處理單元、存儲單元、無線通信單元及電源管理單元；實現(xiàn)了節(jié)點的嵌入式軟件設(shè)計,包括通信協(xié)議和主程序軟件流程圖：并給出了數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的設(shè)計。再次,闡明了時間同步對于保證橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測中數(shù)據(jù)分析的有效性具有非常重要的作用,時間同步的研究是本課題的重點研究內(nèi)容之一；分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)典的時間同步算法TPSN,提出了一種改進型的時間同步算法LP-TPSN,并完成了仿真驗證,仿真結(jié)果表明改進的算法顯著減少了時間同步過程中的能量開銷。最后,進行了傳感器標定實驗和實際橋梁工程測試實驗。研究表明,基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研制的全功能無線傳感系統(tǒng)能夠時實、快速、方便的監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的多種關(guān)鍵信息,可以為評估橋梁的安全狀況提供全面可靠的依據(jù),在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景和實用價值。
【關(guān)鍵詞】：大型橋梁 結(jié)構(gòu)監(jiān)測 全功能 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 時間同步
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U446;TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 背景9-12
• 1.1.1 橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的重要性9-11
• 1.1.2 橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用12-13
• 1.3 現(xiàn)有無線橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題分析13-14
• 1.3.1 傳感器節(jié)點監(jiān)測信息的單一性13
• 1.3.2 傳感器節(jié)點能源的有限性13
• 1.3.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步性13-14
• 1.4 橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的全功能無線傳感系統(tǒng)設(shè)計意義14
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容14-16
• 2 橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的全功能無線傳感系統(tǒng)整體設(shè)計16-22
• 2.1 無線橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的原理16-17
• 2.1.1 無線橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的組成16
• 2.1.2 無線橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)16-17
• 2.2 橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的全功能無線傳感系統(tǒng)的架構(gòu)17-21
• 2.2.1 基本的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)17-19
• 2.2.2 全功能無線傳感系統(tǒng)的組網(wǎng)19-20
• 2.2.3 無線橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)20-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 3 系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計22-44
• 3.1 全功能無線傳感器節(jié)點硬件設(shè)計22-37
• 3.1.1 傳感器單元及接口電路22-30
• 3.1.2 微處理單元及時鐘電路30-32
• 3.1.3 存儲單元32-33
• 3.1.4 無線通信單元33-35
• 3.1.5 能源管理單元35-36
• 3.1.6 無線節(jié)點的性能指標及封裝36-37
• 3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計37-43
• 3.2.1 嵌入式軟件設(shè)計37-38
• 3.2.2 數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)38-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 4 時間同步算法LP-TPSN44-57
• 4.1 時間同步簡介44
• 4.2 TPSN算法的介紹44-47
• 4.2.1 TPSN算法的原理44-46
• 4.2.2 TPSN算法的改進及研究現(xiàn)狀46-47
• 4.3 LP-TPSN算法47-50
• 4.3.1 LP-TPSN算法提出的依據(jù)47-48
• 4.3.2 LP-TPSN算法的原理48-50
• 4.4 算法的建模及仿真50-52
• 4.5 仿真結(jié)果及分析52-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 5 無線監(jiān)測系統(tǒng)的實驗驗證及分析57-73
• 5.1 MEMS傳感器及應(yīng)變計的標定實驗57-63
• 5.1.1 MEMS加速度傳感器的標定實驗57-60
• 5.1.2 應(yīng)變傳感器單元的等強度梁應(yīng)變測試60-63
• 5.2 實際橋梁測試實驗63-72
• 5.2.1 大連金州灣大橋的橋面及斜拉索測試63-66
• 5.2.2 舟山金塘大橋的斜拉索測試66-69
• 5.2.3 廈門海滄大橋的橋面測試69-72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻74-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況77-78
• 致謝78-79

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本文編號：499323