一种基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统，该系统包括：设置在桥梁关键位置表面的钢弦传感器、WIFI振弦采集器、WIFI路由器、上位机采集软件；WIFI振弦采集器包括控制器、供电模块、高压升压电路、信号调理电路、高压开关、以及WIFI无线模块；所述WIFI振弦采集器通过导线连接在钢弦传感器两端，钢弦传感器在高压激励下进行振荡，并将频率信号输出到WIFI振弦采集器；所述WIFI振弦采集器与所述上位机采集软件通过WIFI路由器提供的无线网络进行通信，并通过WIFI无线模块建立TCP连接，实时自动采集桥梁结构应变数据。本实用新型专利技术的桥梁应变监测系统利用WIFI成熟的协议，可避免自行设计组网协议，并且采用TCP/IP确保通信过程可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统
本技术涉及无线传感器
，尤其涉及一种基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统。
技术介绍
目前在桥梁施工监控过程中测量混凝土的应变、应力大多采用有线传感器，即在监控之前布设有线传感器，通过有线电缆方式传输测量数据。对于大跨度桥梁结构监控，其测点多、测点间距远，采用有线电缆方式显然存在布线费用高、布线困难等问题。因此，在不允许永久性布线的情况下，采用基于WIFI的无线振弦应变传感器进行监控测量更加方便快捷，可提高工作效率，节约监控工作所需各项资源。与本技术最相近似的实现方案分别是基于ZigBee和Bluetooth技术组网。ZigBee技术是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网，安全和应用软件方面的通信技术。ZigBee具有星型、网格状和簇状等三种拓扑结构，从而实现一对一以及一对多的联结关系。ZigBee的分层构架是在OSI七层模型的基础上根据应用的实际需要定义的。其中主要分为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)和应用层(API)，而应用层又由应用支持子层(APS)、设备对象(ZDO)和应用程序框架(AF)所组成。Bluetooth技术采用高速跳频扩展技术FHSS(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)，跳频速率为每秒1600次，每次传送一个封包，封包的大小从126bit-287bit皆可。Bluetooth的功能模块分为：无线射频单元、链路控制单元和链路管理单元。ZigBee技术具有近距离、低数据速率的缺点，ZigBee由于不支持时分复用的通道接入方式，偶有延时现象产生。Bluetooth技术的传输距离具有极大的局限性，高速跳频限制了数据传输的速率，可供连接的最大节点数量不多。采用普通无线模块组网需要自行设计通讯协议，无线组网协议的难点在于处理网络冲突，组网协议开发周期长，BUG多，通信效率低下，功耗优化空间小等缺点。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统，采用WIFI技术，应用成熟的TCP/IP通信协议，并设计WIFI振弦采集器，能够有效采集桥梁结构应变数据。为实现以上目的，本技术采取如下技术方案：一种基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统，包括：多个设置在桥梁关键位置表面的钢弦传感器、多个WIFI振弦采集器、WIFI路由器、以及上位机采集软件；所述多个WIFI振弦采集器通过导线与多个钢弦传感器一一对应连接，所述多个WIFI振弦采集器与所述上位机采集软件通过WIFI路由器提供的无线传感器网络进行通信，并建立TCP连接，实时自动采集桥梁结构应变数据；所述钢弦传感器用于测量桥梁结构应变的频率数据；所述WIFI振弦采集器通过导线连接在钢弦传感器两端，用于采集钢弦传感器的频率数据；所述WIFI路由器用于多个WIFI振弦采集器和上位机采集软件之间进行无线通信；所述上位机采集软件用于发出采集频率的指令，并接收和显示频率信号数据。作为优选的技术方案，所述WIFI振弦采集器包括控制器、供电模块、高压升压电路、高压开关、信号调理电路、以及WIFI无线模块，所述控制器分别与供电模块、高压开关、信号调理电路、高压放电电路、以及WIFI无线模块连接；所述钢弦传感器连接高压开关和信号调理电路；所述上位机采集软件通过WIFI路由器将采集频率指令传输到WIFI振弦采集器的WIFI无线模块，WIFI振弦采集器通过WIFI无线模块将所述采集频率指令传输至控制器,所述控制器连接高压升压电路，控制器通过输出PWM信号控制高压升压电路产生高压，所述高压升压电路将电压升高到130～180V高压，然后经过高压开关以脉冲高压激励的方式将高压加载到钢弦传感器，加载30s钢弦传感器在高压激励下进行振荡,并输出电压信号，所述信号调理电路对电压信号进行调整，所述信号调理电路连接控制器，所述控制器采集调整后的信号并计算频率，然后通过WITI无线模块将频率值传输至上位机采集软件显示；所述供电模块为控制器、信号调理电路、高压升压电路、以及WIFI无线模块提供电源。作为优选的技术方案，所述钢弦传感器包括：受力弹性形变外壳或膜片、钢弦、紧固夹头、激振线圈和接收线圈，所述受力弹性形变外壳或膜片设置在桥梁监测位置，所述钢弦通过紧固夹头安装在受力弹性形变外壳或膜片上，所述激振线圈和接收线圈安装在受力弹性形变外壳或膜片表面，所述接收线圈分别连接激振线圈和放大器；通过激振线圈带电激励所述钢弦振动，钢弦振动后在磁场中切割磁力线，所产生的感应电势由接收线圈送入信号放大器放大，所述信号放大器将输出的电压信号反馈到激励线圈，保持钢弦的振动，同时信号放大器将关于钢弦张力的频率信号输出到WIFI振弦采集器的信号调理电路。作为优选的技术方案，所述WIFI无线模块采用CSR-C322芯片及其外围电路构成；所述控制器采用STM32F103ARM7处理器，并设置用于量产时进行功能测试的USART1串口，以及用于连接WIFI无线模块的USART2串口。作为优选的技术方案，所述高压升压电路包括场效应管Q1、第一二极管D1、第一电感L1、第二电容C2、第三电容C3、第二电阻R2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二十九电阻R29、第一比较器、以及驱动芯片；所述场效应管Q1采用IRF7450场效应管；所述驱动芯片采用UCC27324芯片；所述第一比较器采用LM2903D比较器；第一二极管D1必须采用肖特基二极管FR107；所述第二电容C2必须采用耐压值250V以上的电容；所述驱动芯片的第二引脚通过第六电阻R6接收控制器输出的PWM信号，驱动芯片的第一引脚、第三引脚、第四引脚、以及第八引脚均接地，驱动芯片的第五引脚悬空不使用，第六引脚连VCC电源电压，第七引脚通过第二十九电阻R29连接到场效应管Q1的栅极；所述场效应管Q1的源极接地；所述场效应管Q1的漏极分别连接第一电感L1的一端和第一二极管D1的阳极；所述第一电感L1的另一端连接3.3V电源；所述第二电容C2的正极分别连接第一二极管D1的阴极和第二电阻R2的一端，构成接入高压开关的VCC电压端；所述第二电容C2的负极和场效应管Q1的源极以及第七电阻R7的一端均接地；所述第七电阻R7的另一端分别连接第二电阻R2的另一端和第一比较器的第二引脚，所述第一比较器的第三引脚分别连接第三电容C3的一端和第八电阻R8的一端，所述第三电容C3的另一端接地，所述第八电阻R8的另一端接3.3V电源；所述比较器的第一引脚构成高压激励电路的输出端并连接控制器的第十五引脚，第四引脚接地，第八引脚连接3.3V电源。作为优选的技术方案，所述高压开关采用高压放电电路，该电路包括第四三极管T4、第五三极管T5、第二二极管D2、第三二极管D3、第五二极管D5、第十一电阻R11、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十八电阻R18、以及第二十电阻R20；所述第四三极管T4采用MPSA92三极管；所述第五三极管T5采用MPSA42三极管；所述第二二极管D2必须采用肖特基二极管FR107；所述第二十电阻R20一端连接控制器的第十九引脚，另一端连接第五三极管T5的基极；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统，其特征在于，包括：多个设置在桥梁关键位置表面的钢弦传感器、多个WIFI振弦采集器、WIFI路由器、以及上位机采集软件；所述多个WIFI振弦采集器通过导线与多个钢弦传感器一一对应连接，所述多个WIFI振弦采集器与所述上位机采集软件通过WIFI路由器提供的无线传感器网络进行通信，并建立TCP连接，实时自动采集桥梁结构应变数据；所述钢弦传感器用于测量桥梁结构应变的频率数据；所述WIFI振弦采集器通过导线连接在钢弦传感器两端，用于采集钢弦传感器的频率数据；所述WIFI路由器用于多个WIFI振弦采集器和上位机采集软件之间进行无线通信；所述上位机采集软件用于发出采集频率的指令，并接收和显示频率信号数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统，其特征在于，包括：多个设置在桥梁关键位置表面的钢弦传感器、多个WIFI振弦采集器、WIFI路由器、以及上位机采集软件；所述多个WIFI振弦采集器通过导线与多个钢弦传感器一一对应连接，所述多个WIFI振弦采集器与所述上位机采集软件通过WIFI路由器提供的无线传感器网络进行通信，并建立TCP连接，实时自动采集桥梁结构应变数据；所述钢弦传感器用于测量桥梁结构应变的频率数据；所述WIFI振弦采集器通过导线连接在钢弦传感器两端，用于采集钢弦传感器的频率数据；所述WIFI路由器用于多个WIFI振弦采集器和上位机采集软件之间进行无线通信；所述上位机采集软件用于发出采集频率的指令，并接收和显示频率信号数据。2.根据权利要求1所述的基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统，其特征在于，所述WIFI振弦采集器包括控制器、供电模块、高压升压电路、高压开关、信号调理电路、以及WIFI无线模块，所述控制器分别与供电模块、高压开关、信号调理电路、高压放电电路、以及WIFI无线模块连接；所述钢弦传感器连接高压开关和信号调理电路；所述上位机采集软件通过WIFI路由器将采集频率指令传输到WIFI振弦采集器的WIFI无线模块，WIFI振弦采集器通过WIFI无线模块将所述采集频率指令传输至控制器,所述控制器连接高压升压电路，控制器通过输出PWM信号控制高压升压电路产生高压，所述高压升压电路将电压升高到130～180V高压，然后经过高压开关以脉冲高压激励的方式将高压加载到钢弦传感器，加载30s钢弦传感器在高压激励下进行振荡,并输出电压信号，所述信号调理电路对电压信号进行调整，所述信号调理电路连接控制器，所述控制器采集调整后的信号并计算频率，然后通过WITI无线模块将频率值传输至上位机采集软件显示；所述供电模块为控制器、信号调理电路、高压升压电路、以及WIFI无线模块提供电源。3.根据权利要求1所述的基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统，其特征在于，所述钢弦传感器包括：受力弹性形变外壳或膜片、钢弦、紧固夹头、激振线圈和接收线圈，所述受力弹性形变外壳或膜片设置在桥梁监测位置，所述钢弦通过紧固夹头安装在受力弹性形变外壳或膜片上，所述激振线圈和接收线圈安装在受力弹性形变外壳或膜片表面，所述接收线圈分别连接激振线圈和放大器；通过激振线圈带电激励所述钢弦振动，钢弦振动后在磁场中切割磁力线，所产生的感应电势由接收线圈送入信号放大器放大，所述信号放大器将输出的电压信号反馈到激励线圈，保持钢弦的振动，同时信号放大器将关于钢弦张力的频率信号输出到WIFI振弦采集器的信号调理电路。4.根据权利要求2所述的基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统，其特征在于，所述WIFI无线模块采用CSR-C322芯片及其外围电路构成；所述控制器采用STM32F103ARM7处理器，并设置用于量产时进行功能测试的USART1串口，以及用于连接WIFI无线模块的USART2串口。5.根据权利要求2所述的基于WIFI通信技术的桥梁应变监测系统，其特征在于，所述高压升压电路包括场效应管(Q1)、第一二极管(D1)、第一电感(L1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第二电阻(R2)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第二十九电阻(R29)、第一比较器、以及驱动芯片；所述场效应管(Q1)采用IRF7450场效应管；所述驱动芯片采用UCC27324芯片；所述第一比较器采用LM2903D比较器；第一二极管(D1)必须采用肖特基二极管FR107；所述第二电容(C2)必须采用耐压值250V以上的电容；所述驱动芯片的第二引脚通过第六电阻(R6)接收控制器输出的PWM信号，驱动芯片的第一引脚、第三引脚、第四引脚、以及第八引脚均接地，驱动芯片的第五引脚悬空不使用，第六引脚连VCC电源电压，第七引脚通过第二十九电阻(R29)连接到场效应管(Q1)的栅极；所述场效应管(Q1)的源极接地；所述场效应管(Q1)的漏极分别连接第一电感(L1)的一端和第一二极管(D1)的阳极；所述第一电感(L1)的另一端连接3.3V电源；所述第二电容(C2)的正极分别连接第一二极管(D1)的阴极和第二电阻(R2)的一端，构成接入高压开关的VCC电压端；所述第二电容(C2)的负极和场效应管(Q1)的源极以及第七电阻(R7)的一端均接地；所述第七电阻(R7)的另一端分别连接第二电阻(R2)的另一端和第一比较器的第二引脚，所述第一比较器的第三引脚...

【专利技术属性】
技术研发人员：余晓琳，贾布裕，颜全胜，陈双锐，许洁炜，杨铮，陈宇轩，辛锦炀，解兵林，罗宇蕃，赵盈皓，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44