基于WSN的混凝土施工信息无线监测系统的设计与研究

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混凝土施工后期冷却过程中,混凝土会放出大量的热量,内部温度的升高与混凝土外部温度之间形成温差,从而引起温度应力的变化,当该温度应力超过混凝土的抗拉强度极值范围时,温度裂缝就产生了,因此,对混凝土施工温度及应力应变监测显得尤为重要。传统的监测方法需要在施工现场布设数目庞大的电缆,会造成很多安全隐患,而且监测人员需要频繁来往于施工现场,浪费劳力,因此本文将无线传感网络技术应用其中,并实时监测施工参数,对于温度裂缝的控制具有很好的应用前景。  本文针对混凝土温度裂缝预防的要求以及传统监测方法的不足,提出了一种基于WSN的混凝土施工信息无线监测系统,主要内容包括:⑴阐述了温度裂缝产生的原因得出混凝土施工信息监测的必要性,针对传统监测方法的不足,本文与无线传感网络相结合,开发了一套基于WSN的混凝土施工信息无线监测系统。⑵针对传感器的高稳定性、接口方便、连接简单、可靠性好的要求,本系统传感器采用防水型铂电阻温度传感器PT100和电阻应变片传感器,并且针对各自传感器设计不同的调理电路。⑶以CC2530为微控制器,设计ZigBee采集节点和协调器节点,构建星型无线传感网络,满足节点数据采集以及数据无线方式高效传输要求。⑷采用GPRS技术实现短信报警功能。该模块选用SIM300,通过RS232与上位机相连;当温度和应力值超过警戒值时,PC机控制该模块发送短信给监测人员进行注水降温操作。⑸针对施工现场安全性以及通信能够越过碍物的要求,采用ZigBee无线组网的方式,本文从Z-Stack运行机理方面研究了ZigBee协议栈结构,了解协议栈的移植以及无线发送接收数据的原理;下位机软件选用瑞典IAR公司生产的IAR软件,该软件专业性强且容易上手,可以支持多种微控制器的开发。⑹上位机软件使用图形化虚拟仪器开发平台LabVIEW软件实现对监测参数的实时监控并能显示历史曲线;PC机将监测数据存储到SQL Server数据库中,Labview实现了对数据库的访问功能。⑺对ZigBee传感节点和协调器节点组网调试,采集数据,并对实验结果进行分析,验证该系统是否满足监测要求。
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