[发明专利]嵌入式桥梁健康监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程信号传输技术领域，特别是一种嵌入式桥梁健康监测系统。

背景技术

现阶段现有桥梁健康监测系统的通信架构以并行485通信以及485总线为主，但是并行485架构由于在硬件上采用了多路并行结构，使得成本成倍增长，另外，485总线主控程序需要实现多路协调工作，各路间并没有严格的优先级，一旦发生并发现象，容易导致数据丢失；同时485总线的耐压性较低，当并接的传感器节点过多时，容易出现由于多节点并发故障引起的总线电流过大而烧毁硬件设备的现象，公开号为101916507A，发明名称为“桥梁健康监测系统”提供的是一种可建立大型监控网的桥梁健康监测系统，但其中的通信结构并不完备，对于并行485通信以及485总线来说，由于没有像CAN总线那样完备的通信控制机制，当单路传感器发生故障而不停上传数据时，会导致系统瘫痪。

发明内容

本发明的目的是提供一种嵌入式桥梁健康监测系统，以辅助桥梁养护工作，实时监测旧桥健康状况，避免桥梁垮塌事件带来的严重后果。

本发明的技术方案为：一种嵌入式桥梁健康监测系统，包括3G无线模块、工控主机、采集卡和传感器，其技术要点是：工控主机用于执行上位机下达的命令，根据上位机命令控制采集卡完成数据的采集，并接收采集卡传来的数据，整理并打包数据，将数据发往上位机服务器，3G无线模块用于通过公网发送接收数据，采集卡用于将传感器中的模拟信号转换成数字信号，传感器用于采集被测信息，在工控主机与采集卡之间连接有一个通信转换模块，所述3G无线模块与工控主机相连，工控主机与通信转换模块相连，通信转换模块与采集卡相连，采集卡与传感器的输出端相连，工控主机与通信转换模块之间采用CAN总线通信方式，通信转换模块与采集卡之间采用485通信方式，监测系统采用包含主机一和主机二的双主机架构的方式，采集卡被启动之后，周期性通过CAN总线向工控主机上传采集到的数据，工控主机收到采集卡数据后对其进行整理，并上传给上位机服务器，当主机一收到上传历史数据命令或处于异常状态时，主机二会启动，并作为上传实时数据的通道，待主机一恢复实时采集状态时，主机二停止工作。监测系统可选取不同类型的传感器，相对于不同的传感器协议，设计有一套下位机信息控制方法：

步骤（1）：接收上位机传来的命令，选择正确的通道；

步骤（2）：判断接收数据的类型，设定上传数据的类型；

步骤（3）：判断上位机服务器下达的命令，命令1即为采集数据，命令2为上传历史数据，命令3为设定系统的时间，网络断开时则将采集到的数据保存至下位机。

本发明的优点在于将CAN通信与485通信结合使用，此设计，提出一种新的桥梁健康监测系统通信架构，监控系统主机内部的工控主机与各通信转换模块之间采用CAN通信，通信转换模块与采集卡之间采用485通信。这样可以充分利用两种通信方式的优势，CAN(ControllerAreaNetwork)是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，较目前基于RS-485总线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：CAN控制器可作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；CAN总线通过CAN控制器接口芯片的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象，而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态；CAN具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。