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基于无线传感网络的桥梁结构数据采集系统的研究与设计
| 论文题名： | 基于无线传感网络的桥梁结构数据采集系统的研究与设计 |
| 关键词： | 桥梁结构健康监测;无线传感网络;时间同步;网络可靠性 |
| 摘要： | 近几年来，桥梁事故频繁发生，桥梁结构健康监测迫在眉睫。无线传感网络凭借其自组织、多跳路由、低功耗等优点，在桥梁结构健康监测领域受到人们青睐。 数据采集系统在桥梁结构健康监测中占据重要地位，为桥梁结构损伤诊断和决策提供必要支持。论文从实际应用出发，设计了一套用于采集桥梁应变信号和加速度信号的数据采集系统。该系统由数据采集网络、数据传输网络和用户应用系统组成，其中基于Internet技术的数据传输网络以及基于数据库技术的用户应用系统发展比较成熟，因此论文重点对基于无线传感网络技术的数据采集网络进行了研究与设计，主要工作有: 1)结合桥梁环境实际以及无线传感网络技术，开发设计了硬件平台，包括无线加速度传感节点、无线应变传感节点以及以太网网关，满足系统对桥梁加速度信号以及应变信号的采集需要。 2)为满足桥梁环境下系统对时间同步的要求，设计并实现了一种多子网时间同步算法，包括基于GPS授时技术的子网级同步、基于无线传感网络技术的节点级同步以及基于嵌入式技术的应用级同步三层同步机制，有效地保证了数据采集网络协同工作。 3)为满足系统传输的可靠性，结合桥梁环境，分析得出数据发送瓶颈、无线干扰以及节点失效三个系统故障因素。针对数据发送瓶颈，通过改进数据包格式提高了有效数据发送速率，设计本地数据存储系统确保数据安全;针对无线干扰，采用频率捷变技术规避干扰，并设计了数据丢失回传机制;针对节点失效问题，设计了基于LQI和RSSI的能量探查法对失效节点进行预警，实现网络自愈。 经实验验证，数据采集网络的四跳时间同步精度达到100微秒以内，数据传输的三个不可靠情况——数据发送瓶颈、无线干扰以及节点失效得到很大改善。对采集的加速度信号和应变信号进行分析，结果表明采集到的信号质量好，信噪比高，数据精确，能满足桥梁结构健康监测的需求。 |
| 作者： | 严龙华 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 李成军;戴亚文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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