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基于Zigbee的嵌入式桥梁健康监测数据采集系统研究
| 论文题名： | 基于Zigbee的嵌入式桥梁健康监测数据采集系统研究 |
| 关键词： | 桥梁健康监测;ARM处理器;嵌入式Linux;数据采集系统;Zigbee技术;软硬件协同设计 |
| 摘要： | 桥梁因造价昂贵，服役时间长且维系人们的生命安全而倍受关注。为了避免因难于察觉结构和系统损伤引发灾难性的突发事故，桥梁结构健康监测受到了全世界的广泛关注。然而目前桥梁健康监测系统庞大，存在供电难、安装维护难、成本高、稳定性差等问题，难以在中小型桥梁中普及应用。本文立足于设计一个以嵌入式处理器为核心，Zigbee技术为网络平台的桥梁结构健康监测数据采集系统，以弥补大型工控系统的缺点，并期望实现稳定、有效、可靠的数据采集。 本文设计桥梁健康监测数据采集系统的侧重部分是现场数据采集预处理核心子系统和网络传输子系统。提出基于嵌入式技术、Zigbee无线网络技术和GPRS（General Packet Radio Service）传输技术相结合的新型嵌入式桥梁数据采集系统。利用嵌入式结合GPRS网络实现控制数据采集、数据融合、数据处理、误差分析、数据存储和数据传输的功能，解决了工控机耗电量大、维护困难的问题;利用Zigbee无线传感网络和传感器节点电源自控制技术进行数据采集、数据传输和电源管理，弥补了布线困难、布线成本高的缺陷，减小了数据采集的难度。 系统的主要特点与创新之处:(1)利用ARM（Advanced RISC Machines）处理器和Zigbee协调器设计数据预处理和转储中心，系统接口简单易用，实现了对大型工控系统的成功替换。(2)采用基于802.15.4的Zigbee无线局域网组建传感器集群系统，将传感器设计成不同功能型的Zigbee节点，采集并实现数据传输，在Zigbee协议基础上设计适合本系统的数据传输模式，成功实现了有线系统到无线系统的转换。(3)为了确保能最大程度降低系统功耗使系统长时间工作，设计了基于时间驱动和传感器调度的低功耗电源唤醒机制，使传感器节点与协调器在保证数据采集频率的条件下分时休眠，数据转储中心控制这一机制，使系统稳定工作。(4)针对数据量大、数据冗余多、数据出现异常值等问题提出了基于分形的数据相似性检测剔除方法实现了传感器数据异常值的预处理。 综合以上四种技术方案，本文设计了一种包括嵌入式数据预处理中心，Zigbee传感器网络，GPRS数据传输系统的智能桥梁健康监测数据采集系统。在系统软硬件设计整个过程中围绕系统稳定性、数据可靠性进行多次实验并改进。结果表明，该系统具有安装维护方便、简单易用、稳定性高、数据可靠等优点。 |
| 作者： | 李聪 |
| 专业： | 计算机应用技术 |
| 导师： | 张开洪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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