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　　【摘要】： 橋梁的建設和維護是國家基礎設施建設的重要組成部分,橋梁健康監測技術能有效的保證橋梁的安全運營,保障人民群眾的生命財產安全。橋梁健康監測系統通過對橋梁結構狀態的監測與分析,為橋梁在特殊氣候、復雜交通環境下和橋梁結構狀況異常時發布預警信號,為橋梁的管理、養護與維修提供科學的依據。目前國內外橋梁監測系統大多為有線網絡系統,存在著網絡安裝布線成本高昂、設備移動和網絡結構靈活性差、節點智能化程度低等問題。為此,本文提出并設計實現了基于Zigbee協議的無線傳感器橋梁健康監測網絡系統。與傳統的橋梁監測系統相比該系統具有成本低、可靠性高、安裝方便、維護更新費用低等優勢。 論文針對橋梁健康監測技術的發展現狀和無線傳感器網絡技術的應用,闡述了無線傳感器網絡的結構、分層模型和關鍵技術,將Zigbee技術應用于橋梁健康監測的無線傳感器網絡。對TI的基于Zigbee2006標準的協議棧Z-Stack進行了剖析。設計了適用于橋梁健康監測的網絡拓撲結構,結合系統監測指標,給出基于Zigbee橋梁健康監測系統總體方案。 論文根據系統的總體結構,給出了系統的詳細硬件設計方案,結合橋梁健康結構監測的需求及無線傳感器網絡特點,搭建了以ATmega128L微處理器模塊和CC2420無線收發模塊為核心的模塊化獨立分層設計系統架構。 論文設計了基于Z-Stack協議棧的Zigbee橋梁健康監測節點軟件,給出終端節點和協調器的組網流程,實現了數據采集和與監控主機通信。在監控主機服務器端,編寫串口驅動程序、對數據庫的訪問,實現了數據的實時顯示和對歷史數據的查詢。 為驗證本文所設計的無線傳感器橋梁健康監測系統的有效性與可靠性,在某橋上進行實際測試實驗。實驗結果表明,基于無線傳感器網絡的智能橋梁健康監測系統,實現了數據的在線采集,能夠對橋梁的健康狀況實時監測。 論文最后提出系統設計中存在的不足和需要改進的問題。 【關鍵詞】：橋梁健康監測 無線傳感器網絡 Zigbee Z-Stack協議棧 CC2420
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP274.4
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2009.224788
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景、意義9-13
• 1.1.1 橋梁健康監測系統概述9-10
• 1.1.2 橋梁健康監測系統構成10-11
• 1.1.3 橋梁健康監測發展概況11-12
• 1.1.4 傳統監測方法及缺陷12-13
• 1.2 無線傳感器網絡研究綜述13-16
• 1.2.1 無線傳感器網絡概述13-15
• 1.2.2 無線傳感器網絡在健康監測中的研究現狀15
• 1.2.3 無線傳感器網絡應用于橋梁監測中的優勢15-16
• 1.3 Zigbee 協議概述16-18
• 1.3.1 Zigbee 技術的特點16-18
• 1.3.2 Zigbee 與其他幾種無線通信協議的比較18
• 1.4 論文的主要內容18-20
• 2 Zigbee/IEEE802.15.4 標準20-28
• 2.1 Zigbee/IEEE802.15.4 標準介紹20-23
• 2.1.1 Zigbee 協議架構20-21
• 2.1.2 Zigbee 的網絡配置21-23
• 2.2 Z-Stack 協議棧介紹23-27
• 2.2.1 OSAL 任務25-26
• 2.2.2 地址分配26
• 2.2.3 Z-Stack 中的綁定26-27
• 2.2.4 確認幀27
• 2.3 本章小結27-28
• 3 基于 Zigbee 的無線傳感器網絡監測系統總體設計28-39
• 3.1 橋梁健康監測要求28-29
• 3.2 系統構成29
• 3.3 系統總體設計29-31
• 3.4 系統硬件設計31-38
• 3.4.1 傳感器模塊設計32-34
• 3.4.2 WSN 節點MicaZ 分析34-38
• 3.5 本章小結38-39
• 4 基于 Zigbee 無線傳感器網絡系統軟件設計39-55
• 4.1 系統軟件總體設計39-40
• 4.2 協調器的軟件設計40-42
• 4.2.1 協調器組網設計41-42
• 4.2.2 協調器接收數據設計42
• 4.3 網絡終端節點的軟件設計42-45
• 4.3.1 終端節點入網設計43-44
• 4.3.2 終端節點數據發送設計44-45
• 4.4 無線通信模塊程序設計45-48
• 4.4.1 數據幀格式45-46
• 4.4.2 初始化46
• 4.4.3 發送/接收子程序46-48
• 4.5 軟件低功耗設計48-50
• 4.6 監控主機軟件設計50-54
• 4.6.1 串口通信實現50-51
• 4.6.2 數據實時顯示51-53
• 4.6.3 數據存儲和歷史數據查看53-54
• 4.7 本章小結54-55
• 5 系統運行實驗及分析55-62
• 5.1 系統運行實驗環境55-57
• 5.1.1 實驗環境55
• 5.1.2 實驗平臺搭建及監測內容55
• 5.1.3 傳感器測點布置55-56
• 5.1.4 監測中的問題及解決方法56-57
• 5.2 監測采集數據57-61
• 5.3 本章小結61-62
• 6 結論與展望62-64
• 6.1 結論62
• 6.2 展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻65-68
• 附錄 作者在攻讀碩士學位期間發表的論文目錄68