一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，所述系统包括无线传感器、无线网关和远程服务器，所述的无线网关通过ZigBee方式连接无线传感器模块，通过3G/4G方式连接远程服务器，所述的无线传感器包括无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点、无线接缝张开传感器节点，无线网关通过ZigBee方式连接各传感器节点，无线倾角传感器节点周期性发送倾角数据至无线网关，无线渗漏水传感器节点周期性发送渗漏水数据至无线网关，无线接缝张开传感器节点周期性发送接缝张开数据至无线网关。与现有技术相比，本发明专利技术具有兼容多种传感器节点，传感器节点低能耗、高集成度、小体积，无线传感器网络生命周期长、可扩展性高、安全性高等优点。

Tunnel structure remote monitoring system based on various wireless sensor nodes

The invention relates to a tunnel structure of the remote monitoring system of wireless sensor nodes based on the system, including wireless sensor, wireless gateway and remote server, wireless gateway connected with the wireless sensor module through the ZigBee, connected to the remote server through 3G/4G, wireless sensor comprises a wireless sensor node, wireless penetration angle Water Leakage wireless sensor nodes, joint open sensor nodes, wireless gateway connecting each sensor node through ZigBee, wireless tilt sensor nodes send periodic angle data to the wireless gateway, wireless sensor nodes send periodic infiltration Water Leakage infiltration Water Leakage data to the wireless gateway, wireless sensor nodes send periodic joint open joint open data to the wireless gateway. Compared with the prior art, the invention is compatible with a variety of sensor nodes, sensor nodes with low energy consumption, high integration, small volume, long life cycle of wireless sensor networks, high scalability and high security advantages.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统
本专利技术涉及一种隧道结构远程监测系统，尤其是涉及一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统。
技术介绍
随着地铁隧道的快速发展，地铁隧道的安全监测已经刻不容缓。然而，地铁隧道不同于其他监测对象，具体表现在：监测内容和体量庞大，隧道内部环境复杂，隧道隐患部位隐蔽性强等特点。因此，在地铁隧道背景下，应用传统的监测方式，费时费力，且极易受到时间等因素的限制，难以满足全自动、全天候的实时监测需求。近年来，随着科学技术水平的不断提升，无线传感器网络技术也不断成熟，在不同工作环境实现了应用，并发挥着举足轻重的作用。无线传感器网络是利用大量的传感器对特定区域实现协同式感知，并以无线通信的方式将监测信息传输给监控者。现有的隧道结构监测系统以传统有线监测为主，导致隧道内线缆过于复杂。少部分隧道结构远程监测系统虽然很大程度上克服了传统监测方法的缺点，但是监测方式依然单一。为了克服前述并且其它缺陷，需要一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统及方法。无线传感器网络具有长生命周期、高可扩展性、高安全性等特点，特别是其传感器节点具有其他监测手段所不具有的优点：低能耗、高集成度、小体积等。因此，应用无线传感器网络技术实现对地下环境的监测是一种非常有效的监测手段。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，所述系统包括无线传感器、无线网关和远程服务器，所述的无线网关通过ZigBee方式连接无线传感器模块，通过3G/4G方式连接远程服务器，所述的无线传感器包括无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点、无线接缝张开传感器节点，无线网关通过ZigBee方式连接各传感器节点，无线倾角传感器节点周期性发送倾角数据至无线网关，无线渗漏水传感器节点周期性发送渗漏水数据至无线网关，无线接缝张开传感器节点周期性发送接缝张开数据至无线网关。所述的无线网关安装于隧道里的电箱中，同时配备了备用电池。所述的无线倾角传感器节点安装于盾构隧道管片上，所述的无线渗漏水传感器节点安装于盾构隧道管片已发生或易发生渗漏水处，所述的无线接缝张开传感器节点安装于盾构隧道管片衔接处。所述的无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点和无线接缝张开传感器节点设有传感器采集单元、电源单元、微处理器单元和无线通信单元，不同的无线传感器节点内传感器采集单元不同，不同的无线传感器节点的电源单元、微处理器单元和无线通信单元相同。所述的无线倾角传感器节点中的传感器采集单元采用双轴倾角罗盘系列，选择数字信号输出；所述的无线渗漏水传感器节点中的传感器采集单元采用线状渗漏水传感器，均匀布置了6个铜片；所述的无线接缝张开传感器节点中的传感器采集单元采用差动变压器式位移传感器，其采样精度是0.01毫米，测量范围是5米。所述的电源单元采用锂电池供电，所述的电源单元包括对锂电池的直流电压降压的第一降压芯片，和对锂电池的直流电压进一步降压的第二降压芯片，其中第一降压芯片输出端连接传感器采集单元和微处理器单元，第二降压芯片输出端接无线通信单元。所述的微处理器单元中设有配以晶振的单片机，包括至少一个由I/O端口驱动的LED灯、一个与ZigBee无线通信模块进行串口通信接口、一个与倾角传感器芯片进行数字数据通信的接口、一个用来进行工作模式切换的中断、一个实现调试器对芯片进行程序烧写的烧录接口、一个用来对微处理器系统进行复位的复位按钮。所述的微处理器单元内设有3个I/O端口分别驱动的3个颜色不同的LED灯。所述的无线通信单元内芯片与微处理器单元内的单片机进行数据传输，通过内置的RF模块进行数据的无线电传输。所述的无线网关还包括汇聚模块，该系统的网络组网流程如下：S1、无线网关中的汇聚模块进行初始化；S2、各个传感器节点收到来自汇聚模块的初始化信息后，向汇聚模块发送“申请入网”的信息；S3、汇聚模块收到数据后会进行回传数据判断，如果是“申请入网”信息，则给予允许入网，并分配地址，之后传感器节点开始进行数据采集与传输；S4、汇聚模块收到数据后会进行回传数据判断，如果是“监测数据”，则汇聚单元接收数据，通过串口发给3G/4G模块，再通过3G/4G模块传输至服务器，如果是其他信息则返回步骤S4。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本系统兼容多种传感器节点，包括倾角传感器节点、渗漏水传感器节点、接缝张开传感器节点等，全系统采用无线传输方式收集各类传感器数据，实时发送至远端服务器，实现远程监控功能；根据两种倾角传感器位置实现两种不同倾角方向测量，测量隧道轴向和径向的管片倾斜度；2)本系统适用于隧道结构健康监测，利用多种传感器和多种无线通信方式，实现隧道结构远程监控；3)传感器节点具有低能耗、高集成度、小体积等优点，无线传感器网络具有长生命周期、高可扩展性、高安全性等特点。附图说明图1为本专利技术一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统框架图；图2为本专利技术的节点硬件框图；图3为本专利技术的节点初始化程序流程图；图4为本专利技术的节点唤醒程序流程图；图5为本专利技术一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测网络组网流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，所述系统包括无线传感器模块、无线网关和远程服务器，所述无线传感器模块包括无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点和无线接缝张开传感器节点。所述的无线倾角传感器节点安装于盾构隧道管片上，周期性发送倾角数据至无线网关。所述的无线渗漏水传感器节点安装于盾构隧道管片已发生或易发生渗漏水处，周期性发送渗漏水数据至无线网关。所述的无线接缝张开传感器节点安装于盾构隧道管片衔接处，周期性发送接缝张开数据至无线网关。所述的无线网关通过ZigBee方式连接无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点和无线接缝张开传感器节点，通过3G方式连接远程服务器。所述的无线网关安装于隧道里的电箱中，由220V交流电供电，同时配备了可充电备用锂电池防止断电。如图2所示，无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点和无线接缝张开传感器节点具有相同的硬件架构，包括传感器单元、处理器单元、无线通信单元和能源供应单元。传感器单元主要负责采集传感器数据。传感器单元主要由传感器和ADC模拟数字转换器/DAC数字模拟转换器电路组成，每个节点具有相应的传感器。所述的无线倾角传感器节点中的传感器采集单元采用VTI科技双轴倾角罗盘系列SCA100T，选择数字信号输出。所述的无线渗漏水传感器节点中的传感器采集单元采用线状渗漏水传感器，均匀布置了6个铜片。所述的无线接缝张开传感器节点中的传感器采集单元采用差动变压器式位移传感器，其采样精度是0.01毫米，测量范围是5米。处理器单元主要由处理器和存储器组成，分别负责处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，所述系统包括无线传感器、无线网关和远程服务器，所述的无线网关通过ZigBee方式连接无线传感器模块，通过3G/4G方式连接远程服务器，其特征在于，所述的无线传感器包括无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点、无线接缝张开传感器节点，无线网关通过ZigBee方式连接各传感器节点，无线倾角传感器节点周期性发送倾角数据至无线网关，无线渗漏水传感器节点周期性发送渗漏水数据至无线网关，无线接缝张开传感器节点周期性发送接缝张开数据至无线网关。

【技术特征摘要】
1.一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，所述系统包括无线传感器、无线网关和远程服务器，所述的无线网关通过ZigBee方式连接无线传感器模块，通过3G/4G方式连接远程服务器，其特征在于，所述的无线传感器包括无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点、无线接缝张开传感器节点，无线网关通过ZigBee方式连接各传感器节点，无线倾角传感器节点周期性发送倾角数据至无线网关，无线渗漏水传感器节点周期性发送渗漏水数据至无线网关，无线接缝张开传感器节点周期性发送接缝张开数据至无线网关。2.根据权利要求1所述的一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，其特征在于，所述的无线网关安装于隧道里的电箱中，同时配备了备用电池。3.根据权利要求1所述的一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，其特征在于，所述的无线倾角传感器节点安装于盾构隧道管片上，所述的无线渗漏水传感器节点安装于盾构隧道管片已发生或易发生渗漏水处，所述的无线接缝张开传感器节点安装于盾构隧道管片衔接处。4.根据权利要求1所述的一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，其特征在于，所述的无线倾角传感器节点、无线渗漏水传感器节点和无线接缝张开传感器节点设有传感器采集单元、电源单元、微处理器单元和无线通信单元，不同的无线传感器节点内传感器采集单元不同，不同的无线传感器节点的电源单元、微处理器单元和无线通信单元相同。5.根据权利要求4所述的一种基于多种无线传感器节点的隧道结构远程监测系统，其特征在于，所述的无线倾角传感器节点中的传感器采集单元采用双轴倾角罗盘系列，选择数字信号输出；所述的无线渗漏水传感器节点中的传感器采集单元采用线状渗漏水传感器，均匀布置了6个铜片；所述的无线接缝张开传感器节点中的传感器采集单元采用差动变压器式位移传感器，其采样精度是0.01毫米，测量范围是5米。6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：何斌，李刚，黄宏伟，周艳敏，武尚卿，刘可，宁泽云，桂永辉，葛震，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31