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基于IPv6和低功耗的混凝土测量系统的设计与实现
| 论文题名： | 基于IPv6和低功耗的混凝土测量系统的设计与实现 |
| 关键词： | 跨海大桥;腐蚀检测;IPv6协议;混凝土;测量系统;低功耗设计 |
| 摘要： | 钢筋混凝土在各种环境中都会受到不同程度的腐蚀，尤其是在富含有害离子的海水中，存在大量氯盐和硫酸盐，会分别跟钢筋和混凝土发生化学反应，造成钢筋腐蚀和混凝土胀裂。所以，对钢筋混凝土的腐蚀的检测在土木工程中有重要意义，可以为混凝土腐蚀的检测和防护提供参考。青岛跨海大桥于建设初期，在受到海水侵蚀的混凝土桥墩中预埋了大量传感器，可以测量其内部电化学参数。但是，传感器在桥墩上的位置及预埋的数量，给传统的现场测量带来很大困难，故对于青岛跨海大桥的这种复杂应用场景来说，需要利用其预埋的传感器实现简单有效的自动化测量，并通过无线的方式将采集到的数据传输到网络。 在研究和对比了多种腐蚀电化学测量方法后，本课题采用交流阻抗法来测量和分析混凝土的内部特性，交流阻抗法是用小幅度正弦交流信号扰动电极，进行电化学测试的方法，根据测得的交流阻抗数据，来分析其电化学特性。为了能够简便且准确地测量混凝土的交流阻抗，本课题采用高精度的阻抗转换器系统解决方案AD5933，AD5933内部的DDS产生信号激励外部复阻抗，ADC采集响应信号，然后由片上DSP做DFT运算得到每个频率点上的复阻抗值。 数据的上传则通过无线传感器网络，网络由网关、边缘路由器、协调器和节点组成。无线传感器网络的末端节点采集传感器数据，以无线方式进行通信，将数据上传到网关，由网关发布到互联网。综合考虑嵌入式硬件条件、网络协议和系统环境后，本课题以Contiki操作系统和CC2538控制器为基础，围绕低功耗和IP网络互联两大需求，将混凝土参数测量和无线传感器网络相结合，设计并实现了一个适用于青岛跨海大桥的混凝土检测系统。 边缘路由其协调器和节点运行Contiki系统，无线传输采用IEEE802.15.4协议标准，通过6LoWPAN实现IEEE802.15.4和IPv6之间的适配，以uIPv6协议栈为基础，作适当的裁剪和必要的修改，形成一个更加轻量化的IPv6协议栈，并根据青岛跨海大桥的节点分布方式，设计与之适用的路由协议。系统网关采用运行OpenWRT的MT7688开发板，通过有线方式连接路由器实现与IP网络的连接，通过串口连接一个CC2538最小系统实现与无线传感器网络的桥接。 在经过调试和改进后，本课题模拟青岛跨海大桥的现场环境，布置了四个无线传感器网络的子网，节点每隔6个小时采集一次数据，并上传到网关，由网关发布到互联网。经过一段时间的数据采集、统计和分析后，发现节点数据存在少量丢失的情况，但是并不影响长期的数据分析。本方案除了对青岛跨海大桥的腐蚀检测和防护有重要意义外，对公路、楼宇等土木建筑的混凝土检测也有一定的参考性。 |
| 作者： | 唐帅帅 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 杜清府 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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