工程结构的安全性、耐久性与使用功能受到人们的日渐关注，为了掌握结构的健康状态，避免事故的发生，需要对其受力情况进行监测。应变是表征工程结构受力状态的重要指标，通过应变测量可有效掌握结构的安全状况。现有的测量系统多为有线方式，现场布线导致了系统安装拆卸时间长、扩展困难，因此有线系统的应用受到局限。无线传感器网络是最近十年来新兴的研究领域，采用该技术无需考虑布线，可快速安装、自由移动，因此被越来越多的应用到工业测量系统中。与有线系统相比，无线系统更加适用于布线困难或者快速测试等场合。由于采用电池供电，无线系统应具有低功耗特性，而应变传感器为电阻性元件，功耗较高，采用无线系统将面临较大挑战。同时，测量精度和功耗有相互制约的关系，精度要求越高，系统功耗也会随之升高，实现精度和功耗的平衡成为亟待解决的问题。工程结构一般都具有构件多、尺寸大的特点，所以应变测点也较多。多节点测量时，如何将众多节点通过有序、合理的方式进行组网，数据传输时如何避免数据漏传和冗余，当网络节点发生故障时如何进行路由修复，这些问题都使得大型结构的无线组网研究变得十分必要。为了解决结构应变监测的无线传感器网络系统中的关键性问题，主要进行了以下几方面的研究：①讨论系统中模拟电路和数字电路的基本框架，分析各组成部分电路中影响精度和功耗的因素，得到相应的计算公式。根据公式进行系统误差合成，找到精度的主要影响因素；并将各主要部分的功耗进行叠加，得到能够降低系统功耗的方法。根据主要的影响因素得到精度和功耗相互间的定量关系，结合图形分析，提出取得平衡的方法，并结合实际情况，对系统中的参数进行优化。②对现有的无线网络技术进行分类，分析不同协议的功能和特点，选择适用于无线传感器网络的协议。对无线网络进行拓扑结构分析，并结合大型结构的形态特征，设计无线网络拓扑及组网方式，随后，提出节点失效和路由中断时的网络修复机制。③根据应变测量系统现状和精度功耗的理论推导，提出系统的总体要求和技术指标，并完成整体框架设计。利用精度和功耗的平衡方法指导系统电路的设计，确定电路结构、元件参数和器件选型。对无线节点、协调器和上位机软件进行功能分析，选择合适的软件开发环境，得到软件流程图，完成各功能设计。④为了验证系统设计是否满足理论设计，分别进行了几组实验。对参数已知的构件进行拉伸实验，测量系统的灵敏度、线性度、精度和功耗；采用有线系统同时进行测量，得到对比结果；进行长时间应变测量，记录测量值随时间的漂移情况；采用多点多级网络结构，观察网络拓扑状态和组网时间。通过对结构应变监测的无线传感器网络系统中精度与功耗的理论计算，得到了进行平衡的理论计算方法，对系统参数进行优化。结合无线网络拓扑和大型结构形态的特性分析，设计了大型结构的网络拓扑模型，并提出了路由可靠性优化策略。根据理论分析，完成了系统硬件、软件设计。经实验验证，结果表明系统在测量精度和功耗、长时间测量和多点组网等方面能够达到设计要求，为无线系统的现场应用打下了基础。