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　　【摘要】： 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)對于保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性具有重要意義。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)主要包含橋梁現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)和遠程評估系統(tǒng)兩個部分。其中,橋梁現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)對橋梁的多種結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)的采集與存儲,并能夠和遠程上位機通信。目前,現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)存在著功耗大、穩(wěn)定性差、開發(fā)周期長、成本高、推廣性差等問題,因此,開發(fā)具有一定通用性的小型化橋梁現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的經(jīng)濟意義和社會意義。 本文首先闡述了橋梁現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題,深入探討了嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到橋梁遠程監(jiān)測中的重要性和必要性。在此基礎(chǔ)上提出了基于嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)的具有一定通用性的小型化橋梁現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)方案,分析了其功能需求和通用性的具體涵義,并就其具體實現(xiàn)展開了討論。 硬件環(huán)境是以C8051F120為核心,外圍集成了時鐘系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信硬件等。整個系統(tǒng)尺寸小、功耗低、便于安裝和調(diào)試,能很好的適應(yīng)橋梁現(xiàn)場監(jiān)測環(huán)境。 軟件系統(tǒng)采用以實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ為核心的多任務(wù)設(shè)計,既能滿足一定的通用性需求,也能提高系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。由于μC/OS-Ⅱ內(nèi)核沒有集成網(wǎng)絡(luò)通信功能,因此還實現(xiàn)了嵌入式TCP/IP協(xié)議棧μIP與μC/OS-Ⅱ平臺的結(jié)合。文中重點闡述了μC/OS-Ⅱ的移植、網(wǎng)絡(luò)通信的實現(xiàn)、系統(tǒng)的多任務(wù)設(shè)計與調(diào)度等。另外,利用模塊化的開發(fā)思想,對系統(tǒng)應(yīng)用功能進行了設(shè)計和開發(fā),實現(xiàn)了橋梁監(jiān)測中常用的一些監(jiān)測功能,主要包括現(xiàn)場通信控制、時鐘控制、存儲空間管理、數(shù)據(jù)上傳、定時采集、傳感器自診斷等。其中,現(xiàn)場通信控制模塊實現(xiàn)對現(xiàn)場485網(wǎng)絡(luò)的控制,負責對各個通道的配置和數(shù)據(jù)采集;時鐘控制模塊主要實現(xiàn)系統(tǒng)的實時時鐘;存儲空間管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、讀取和存儲系統(tǒng)復(fù)位;傳感器自診斷模塊運用時間序列分析方法實現(xiàn)了一種可靠的簡便易行的傳感器故障診斷方法,為系統(tǒng)維護和分析提供了方便。 為了驗證系統(tǒng)的有效性和穩(wěn)定性,在實驗室模擬橋梁現(xiàn)場環(huán)境對現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)進行了長時間的調(diào)試運行,并對實驗數(shù)據(jù)進行了簡單分析。實驗證明,系統(tǒng)設(shè)計合理有效,達到預(yù)期目的和要求。 【關(guān)鍵詞】：橋梁 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng) 嵌入式以太網(wǎng) 實時操作系統(tǒng) 軟件
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TP311.52
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2009.050230
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 橋梁現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.2 通用測控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文的研究目的、意義和內(nèi)容16-17
• 1.3.1 研究目的及意義16
• 1.3.2 研究內(nèi)容16-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 2 嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用18-28
• 2.1 嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)簡介18-21
• 2.1.1 嵌入式系統(tǒng)及其發(fā)展18-19
• 2.1.2 以太網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展19-20
• 2.1.3 嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)的概念20-21
• 2.2 嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于橋梁監(jiān)測的必要性和重要性21-23
• 2.2.1 應(yīng)用嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)的必要性21-22
• 2.2.2 應(yīng)用嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)的重要性22-23
• 2.3 基于嵌入式以太網(wǎng)的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)23-27
• 2.3.1 實現(xiàn)方案23-25
• 2.3.2 關(guān)鍵技術(shù)分析25-26
• 2.3.3 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)性能要求26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計及硬件集成28-37
• 3.1 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方案討論28-29
• 3.2 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計29-33
• 3.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)29-30
• 3.2.2 引入嵌入式實時操作系統(tǒng)的重要意義30-31
• 3.2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計31-33
• 3.3 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)硬件集成33-36
• 3.3.1 核心模塊33-35
• 3.3.2 現(xiàn)場監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)35
• 3.3.3 主要外圍設(shè)備35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 4 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)37-79
• 4.1 嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ37-41
• 4.1.1 μC/OS-Ⅱ的特點37
• 4.1.2 μC/OS-Ⅱ的運行原理37-40
• 4.1.3 開發(fā)工具和運行環(huán)境40
• 4.1.4 移植條件40-41
• 4.2 μC/OS-Ⅱ內(nèi)核的移植41-47
• 4.2.1 移植μC/OS-Ⅱ到C8051F120 上41-45
• 4.2.2 驗證移植的正確性45-46
• 4.2.3 系統(tǒng)移植中應(yīng)注意的問題46-47
• 4.3 μC/OS-Ⅱ上TCP/IP 協(xié)議棧的實現(xiàn)47-55
• 4.3.1 嵌入式TCP/IP 協(xié)議棧47-49
• 4.3.2 μIP 協(xié)議棧49-51
• 4.3.3 μC/OS-Ⅱ與μIP 協(xié)議棧的結(jié)合51-53
• 4.3.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動53-55
• 4.4 μC/OS-Ⅱ上Web Server 的實現(xiàn)55-60
• 4.4.1 HTTP 協(xié)議55-56
• 4.4.2 公共網(wǎng)關(guān)接口CGI56-58
• 4.4.3 Web Server 實現(xiàn)58-60
• 4.5 系統(tǒng)應(yīng)用程序任務(wù)設(shè)計60-64
• 4.5.1 系統(tǒng)應(yīng)用程序任務(wù)劃分60-62
• 4.5.2 系統(tǒng)應(yīng)用程序任務(wù)調(diào)度62-63
• 4.5.3 任務(wù)設(shè)計與調(diào)試中應(yīng)注意的問題63-64
• 4.6 主要功能模塊的實現(xiàn)64-76
• 4.6.1 現(xiàn)場通信控制模塊64-66
• 4.6.2 時鐘模塊66-68
• 4.6.3 存儲空間管理模塊68-71
• 4.6.4 數(shù)據(jù)上傳模塊71
• 4.6.5 定時采集模塊71
• 4.6.6 傳感器自診斷模塊71-76
• 4.6.7 其他應(yīng)用模塊76
• 4.7 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)遠程控制接口設(shè)計76
• 4.8 本章小結(jié)76-79
• 5 實驗79-83
• 5.1 實驗系統(tǒng)搭建79-80
• 5.2 系統(tǒng)功能及穩(wěn)定性測試80-82
• 5.3 本章總結(jié)82-83
• 6 全文總結(jié)83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-88
• 附錄88-90