[发明专利]一种基于ZigBee的桥梁多点多信道应变无线监测系统

说明书

本发明公开了一种基于ZigBee的无线桥梁多点多信道应变监测系统，包括无线传感器、路由器、网关、太阳能供电模块和上位机；无线传感器包括电阻式应变片、信号调理模块、信号采集模块和无线传输模块；路由器即无线传输模块；网关包括主控模块和3个无线传输模块；太阳能电源模块为无线传感器和路由器提供电能；通过便携电脑端设计的基于Qt5的上位机软件接收传感器信号，完成本地存储并上传至云端服务器，从而完成应变信号的采集和桥梁健康监测。本系统具有多达36个应变采集通道，结合ZigBee技术，系统工作的可靠性更高，成本更低。

技术领域

本发明涉及桥梁结构监测技术，具体涉及一种基于ZigBee的无线桥梁多点多信道应变监测系统。

背景技术

桥梁是投资巨大且使用期长的重要基础设施,桥梁使用的安全性对国民经济有着举足轻重的影响,因此对桥梁健康状况的监测意义重大。由于不可预见的原因，桥梁不可能一直安全稳定的运营，桥梁结构损坏广泛存在于日常生活中。桥梁结构的维护和结构的状态监测已成为桥梁工程领域的一大挑战。

首个桥梁监测系统诞生于上世纪80年代后期，传统的应变监测方法几乎都是采用有线连接的方式对桥梁应变进行监测，典型的做法就是将应变仪与测量仪器通过几米甚至几十米长的电缆直接相连。这不仅造成了布线繁琐、施工不便和费用昂贵等问题，同时由于长导线电阻及导线分布电容等因素的影响，还会使测量到的应变值无法达到高测量精度。近年来，随着科技、经济的不断发展，出现了基于无线传感器网络的桥梁健康监测方案，实验证明这些方案具有良好的使用性能。无线传感器网络是一种新的获取数据的手段，相比于传统的有线监测方案，它免除了线缆安装的繁琐并且降低了系统的成本，使得桥梁健康监测变得更加便利。

专利CN201420353358.8公开了一种基于无线通信技术的桥梁应变监测系统，系统对数据的实时性进行了一定的考虑，也容易实现长期动态监控；但方案对系统的数据采集的稳定性与抗干扰方面考虑不足，容易产生不可靠的数据，同时传输过程的稳定性和可靠性也欠缺，且采用振弦式应变计的成本较高。

专利CN201420474690.X公开了一种桥梁状态监测系统，但该专利的缺点为系统为了满足摄像头采集图像的功能性，设计出的图像采集电路增加了系统的安装难度和成本，采集出的图像信息没办法实时监测桥梁的具体数据值，更偏向与作为桥梁监测的辅助手段。

现有技术虽然都对桥梁具有一定的监测功能，但成本都较高，同时缺乏对监测系统的稳定性和可靠性方面的考虑，为此我们提出一种基于ZigBee的桥梁多点多信道应变无线监测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZigBee的桥梁多点多信道应变无线监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于ZigBee的无线桥梁多点多信道应变监测系统及其使用方法，包括无线传感器、路由器、网关、太阳能供电模块和上位机；无线传感器包括电阻式应变片、信号调理模块、信号采集模块和无线传输模块；路由器即无线传输模块；网关包括主控模块和3个无线传输模块；太阳能电源模块为无线传感器和路由器提供电能。通过便携电脑端设计的基于Qt5的上位机软件接收传感器信号，完成本地存储并上传至云端服务器，从而完成应变信号的采集和桥梁健康监测。本系统具有多达36个应变采集通道，结合ZigBee技术，系统工作的可靠性更高，成本更低。

优选的，所述无线传感器包括信号调理模块、信号采集模块和无线传输模块，信号调理模块包括应变片工作电路，放大电路和低通滤波电路，应变片工作电路由惠斯通电桥和调零电路组成，采用半桥方式接入温度补偿片进行应变的温度补偿，调零电路可增大放大电路的输入范围，从而增大系统的测量范围即量程。

优选的，所述网关模块包括主控模块和3个无线传输模块，用于不同信道上的协调器。

优选的，所述太阳能电源模块包括太阳能电池板，锂电池组，电源管理模块、稳压模块和升压模块。