多测点协作感知的无线自组织加速度传感器网络制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多测点协作感知的无线自组织加速度传感器网络，包括至少两个节点和处于各个节点的、基于MEMS技术的、用于检测各个节点振动激励信号的加速度传感器系统，所述相邻两个节点上的加速度传感器系统之间无线连接，处于主节点的加速度传感器系统无线连接远程监控中心。本实用新型专利技术完全采用无线缆的连接，现场应用方便，降低了故障率和检测故障的工作量，同时降低了成本。本实用新型专利技术适用于对土木结构等领域内的大跨度结构进行多点加速度信号的检测。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于检测领域，具体地说是一种多测点协作感知的无线自组织加速度传感器网络。
技术介绍
目前，由于有线加速度传感器发展历史悠久，其各项技术比较成熟，已形成了系列化产品，占有了绝大部分市场份额，因此在土木结构振动监测领域中，通常使用以有线网络为主的加速度传感器进行数据的采集和传输。但是，随着结构面积、跨度的逐步增大，有线加速度传感器在完成监测任务时，需要布置大量的线缆来传输信号，这在无形中增加了线缆、材料及人工方面的费用；同时对于大跨度结构来说，监测线缆越多，产生故障的可能性越大，检测和排除故障线缆的困难也越大；并且线缆越多，日常维护工作也比较繁重；还 有，现在在一些大跨度复杂结构上，也不允许大规模地布设线缆。随着传感器技术、嵌入式技术以及低功耗无线通信技术的发展，研制出具备自感应、无线通信以及信息处理能力的无线传感器已成为可能，专利号为200410013659. 7的中国专利技术专利就公开了一种用数字信号为接口的无线加速度传感器，但该传感器只能实现单个测点的监测，而不能实现对多测点参数进行协作感知。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题，是提供一种多测点协作感知的无线自组织加速度传感器网络，能够对结构多点振动和加速度信息进行自动获取，并经过数字处理后实现无线自组织远程传输。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是一种多测点协作感知的无线自组织加速度传感器网络，它包括至少两个节点和处于各个节点的、基于MEMS技术的、用于检测各个节点振动激励信号的加速度传感器系统，相邻两个节点上的加速度传感器系统之间无线连接，处于主节点的加速度传感器系统无线连接远程监控中心。作为对本技术的限定所述处于各个节点的加速度传感器系统结构相同，均包括加速度信号检测模块、微控制器模块、存储模块、无线收发模块和电源模块，所述加速度信号检测模块的信号输入端用于接收外部结构振动激励信号，信号输出端连接微控制器模块的信号输入端；微控制器模块分别与存储模块、无线收发模块相连接，存储模块与无线收发模块也相连接；所述电源模块分别为加速度信号检测模块、微控制器模块、存储模块和无线收发模块提供电能。作为对本技术的进一步限定所述加速度信号检测模块包括基于MEMS技术的加速度芯片；所述微控制器模块包括混合信号处理器；所述加速度芯片的第一管脚、第二管脚、第三管脚连接后通过第一电容器、第一电阻与第一电感构成的串联电路连接电源；第四管脚通过第二电容器连接第三管脚，同时第四管脚还通过第一电阻与第一电感构成的串联电路连接电源；第五管脚、第六管脚、第七管脚与第八管脚分别作为SPI接口连接混合信号处理器的SPI接口 ；第十管脚通过第一电阻与第一电感构成的串联电路连接电源，同时还通过第三电容器接地；第十一管脚与第十二管脚分别接地。所述存储模块包括安全数码卡，所述安全数码卡的SPI接口分别与微控制器模块的SPI接口相连接，同时微控制器模块的SPI接口与存储芯片的SPI接口还通过同一上拉电阻连接电源。作为更进一步限定所述无线收发模块包括CC2430芯片，所述CC2430芯片的SPI接口连接微控制器模块的SPI接口，所述CC2430芯片分别与其他节点加速度传感器中的CC2430芯片相连接，主节点的加速度传感器系统的CC2430芯片与监控中心无线连接。作为对本技术的另一种限定所述主节点的加速度传感器系统与监控中心通过GPRS网络无线连接。由于采用了上述的技术方案，本技术与现有技术相比，所取得的技术进步在于(I)本技术各个节点设置有基于MEMS技术的加速度传感器系统，并且相邻两个节点的加速度传感器系统无线相连接，最终通过主节点的加速度传感器系统与监控中心无线连接，无需大量布线，降低了线缆、材料和人工方面的费用，同时，体积小、重量轻、安装快捷方便；(2)各个节点的加速度传感器系统均包括加速度信号检测模块、微控制器模块、存储模块和无线收发模块，所述微控制器模块为每个加速度传感器系统的核心，均通过串行外围接口分别与加速度信号检测模块、存储模块、无线收发模块相连接，数据传输速度快，能够实现对外部结构进行实时振动加速信号的检测和传输；(3)加速度检测模块采用加速度传感器芯片SCA830，所述芯片精度高、能耗低、成本低，同时内部集成了高精度微机械传感元，工作电压和工作温度范围广；(4)微处理模块采用混合信号处理器MSP430F2498，该处理器能够在低电压下以超低功耗状态工作，具有强大的处理能力和丰富的外围接口，方便连接多种设备；(5)所述存储模块采用安全数码卡，具有记忆容量高、数据传输率快、移动灵活以及安全的优点；(6)所述无线收发模块采用CC2430芯片，具有高集成度、高性能、低功耗、高接收灵敏度以及强大的抗干扰能力的优点。综上可见，本技术降低了设备的故障率，降低了检测故障的工作量，节省设备的安装成本。本技术适用于对土木结构等领域内的大跨度结构进行多点加速度信号的检测。本技术下面将结合说明书附图与具体实施例作进一步详细说明。附图说明图I是本技术实施例的网络拓扑图；图2是本技术实施例的加速度传感器系统的原理图；图3是本技术实施例的加速度传感器系统中加速度信号检测模块与微控制器模块连接的原理框图；图4是本技术实施例加速度传感器系统中微控制器模块与存储模块连接的原理框图；图5是本技术实施例加速度传感器系统中无线接收模块连接的原理框图。具体实施方式实施例多测点协作感知的无线自组织加速度传感器网络图I所示的为本实施例的结构示意图，包括多个节点，每个节点均设置有加速度传感器系统。所述加速度传感器系统基于MEMS技术,用于感知外部结构振动激励信号。 相邻两个节点上的加速度传感器系统无线相连接。选用离监控中心最近的节点作为主节点，主节点上的加速度传感器系统通过GPRS网络无线与监控中心相连接。图2为每个节点上设置的加速度传感器系统的原理框图，均包括加速度信号检测模块、微控制器模块、存储模块和无线收发模块。所述加速度信号检测模块用于感知外部结构的振动激励信号，微控制器模块作为整个系统的核心，通过SPI接口分别连接加速度信号检测模块、存储模块和无线收发模块。加速度传感器系统还包括电源模块，所述电源模块分别为加速度信号检测模块、微控制器模块、无线收发模块供电。图3为加速度传感器系统中加速度信号检测模块与微控制器模块的连接原理图。所述加速度信号检测模块采用基于MEMS技术的加速度芯片Ul (采用SCA830型号的芯片)，微控制器模块采用混合信号处理器U2 (采用MSP430F240型号的控制器)，所述加速度芯片Ul的第一管脚、第二管脚、第三管脚连接在一起后,通过第一电容器Cl、第一电阻Rl与第一电感LI构成的串联电路连接3. 3V电源；所述第四管脚串接第二电容器C2后，也通过第一电容器Cl、第一电阻Rl与第一电感LI构成的串联电路连接3. 3V电源，同时第四管脚还直接通过第一电阻Rl与第一电感LI构成的串联电路连接3. 3V电源；所述第五管脚、第六管脚、第七管脚、第八管脚作为SPI接口分别与混合信号处理器U2的SPI输入口(P3. O管脚、P3. I管脚、P3. 3管脚、P3. 2管脚)相连接；所述第十管脚通过第三电容器C3接地，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多测点协作感知的无线自组织加速度传感器网络，其特征在于：它包括至少两个节点和处于各个节点的、基于MEMS技术的、用于检测各个节点振动激励信号的加速度传感器系统，相邻两个节点上的加速度传感器系统之间无线连接，处于主节点的加速度传感器系统无线连接远程监控中心。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨要恩，刘明生，李振涛，王庆敏，
申请(专利权)人：石家庄铁路职业技术学院，杨要恩，
类型：实用新型
国别省市：