專利名稱：：一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，特別涉及一種工程結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)的無線監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)由于加速度值不大，常被人們忽視。但在諸多工程領(lǐng)域，如大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械、橋梁、汽車、機(jī)器人、精密儀器與微重力環(huán)境下的空間站等，低頻振動(dòng)(般在5Hz以下)卻是誘發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的重要故障征兆信號(hào)。在振動(dòng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，很多時(shí)候需要對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行順序或隨機(jī)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到監(jiān)控室的上位機(jī)進(jìn)行分析處理。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有缺乏有效的結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的問題，提出了一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法，能夠拾取結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)信號(hào)，并可將多個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)以無線傳輸?shù)姆绞絺鬏數(shù)奖O(jiān)控室的上位機(jī)供專業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀，對(duì)預(yù)警事故的發(fā)生提供了一種新的測(cè)試方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)，包括低頻振動(dòng)傳感器、采用2.4GHzISM頻段無線發(fā)射裝置，還包括太陽能供電模塊、信號(hào)匯集接收裝置、串口通信裝置和上位機(jī)，太陽能供電模塊為低頻振動(dòng)傳感器供電，即插即用的低頻振動(dòng)無線傳感器拾取低頻振動(dòng)信號(hào)，得到的信號(hào)隨采用2.4GHzISM頻段無線發(fā)射裝置發(fā)射，信號(hào)匯集接收裝置接收信號(hào)，通過外加串口通信裝置和監(jiān)控室內(nèi)上位機(jī)連接通訊。所述低頻振動(dòng)傳感器采用加速度傳感器ADXL202E，傳感器的電源上串接了一個(gè)小電阻(Rdc)和去耦電容(Cdc)，防止電路中產(chǎn)生電磁干擾，以消除電路中電源波動(dòng)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的影響，引腳(Yfilt、Xfilt)和地之間分別串聯(lián)濾波電容(Cx、Cy)，為減小寄生電容，弓,(T2)和地之間串聯(lián)電阻(Rset)，兩路P麗輸出信號(hào)(Xout、Yout)分別經(jīng)過一個(gè)限流電阻。所述采用2.4GHzISM頻段無線發(fā)射裝置采用S0C無線單片機(jī)nRF24El實(shí)現(xiàn)，nRF24El內(nèi)置8051核和2.4GHZ射頻通信模塊。所述太陽能供電模塊包括太陽能電池板，能量貯存部分和穩(wěn)壓電路。一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡査星形網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法1)在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)敏感部位安裝無線振動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)，在安裝之前，必須對(duì)無線傳感器進(jìn)行標(biāo)定；2)在監(jiān)控室內(nèi)，將信息匯聚節(jié)點(diǎn)通過RS232或USB串口與上位機(jī)連接；3)用戶通過上位機(jī)界面，輸入需要查詢的無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)，譬如Ol，02……，每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)對(duì)應(yīng)著工程結(jié)構(gòu)上的一個(gè)具體測(cè)點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系在無線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)己經(jīng)確定；4)上位機(jī)將無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)通過串口傳遞到信息匯聚節(jié)點(diǎn)；5)信息匯聚節(jié)點(diǎn)即刻向?qū)?yīng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過地址解析機(jī)制發(fā)出握手信號(hào)，通知其進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的拾取和傳輸?shù)臏?zhǔn)備工作，隨后，信息匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入RX接收狀態(tài)；6)對(duì)應(yīng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)收到握手信號(hào)后，正常狀態(tài)下會(huì)即刻向信息匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，并轉(zhuǎn)入TX發(fā)射狀態(tài)；7)信息匯聚節(jié)點(diǎn)收到該應(yīng)答信號(hào)后，通過TX端口以預(yù)先設(shè)定的波特率(此處為9600)和數(shù)據(jù)幀格式(8位數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，l位停止位)將接收到的16進(jìn)制振動(dòng)信號(hào)傳遞到上位機(jī)；8)流程容錯(cuò)處理機(jī)制如果需要查詢的無線傳感器節(jié)點(diǎn)工作不正常，或巡查人員輸入的無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)有誤，經(jīng)過一定時(shí)間的等待，信息匯聚節(jié)點(diǎn)未收到應(yīng)答信號(hào)，此時(shí)，信息匯聚節(jié)點(diǎn)會(huì)向上位機(jī)返回一個(gè)特定標(biāo)志位，系統(tǒng)返回初始化狀態(tài)，等待用戶的重新輸入無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)或其它處理。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)的無線測(cè)試，并可將多個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)以無線傳輸?shù)姆绞絺鬏數(shù)奖O(jiān)控室的上位機(jī)供專業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀監(jiān)控，有效避免由低頻震動(dòng)誘發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題。圖1是本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡査星形網(wǎng)絡(luò)方框示意圖；圖2是本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡査星形網(wǎng)絡(luò)中低頻振動(dòng)傳感器外圍電路圖；圖3是本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡査星形網(wǎng)絡(luò)中2.4GHZ無線發(fā)射電路圖；圖4是本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡査星形網(wǎng)絡(luò)中太陽能供電模塊穩(wěn)壓電路圖；圖5是本發(fā)明中無線傳感器地址解析、握手應(yīng)答成功后的彈出界面；圖6是本發(fā)明中數(shù)據(jù)解析成功后的01號(hào)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度時(shí)域曲線。具體實(shí)施方式如圖1所示本發(fā)明結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)方框示意圖，為了延長(zhǎng)無線傳感器節(jié)點(diǎn)地使用壽命、避免頻繁地更換電池，還特別設(shè)計(jì)了太陽能供電模塊10為低頻振動(dòng)傳感器20供電，可以即插即用的低頻振動(dòng)無線傳感器20是構(gòu)建整個(gè)無線星形監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，它具有低頻振動(dòng)信號(hào)(5Hz以下)拾取功能，得到的信號(hào)隨無線發(fā)射(采用2.4GHzISM頻段)電路30發(fā)射，信號(hào)匯集接收電路40接收信號(hào)，通過外加串口通信芯片50和監(jiān)控室內(nèi)上位機(jī)60連接通訊。如圖2所示低頻振動(dòng)傳感器20外圍電路圖，ADXL202E為加速度傳感器，低頻振動(dòng)信號(hào)的拾取采用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)。MEMS加速度計(jì)體積小，功耗小，可直接輸出數(shù)字信號(hào)。為后續(xù)的無線傳輸模塊的軟件編程提供了便利。從振動(dòng)力學(xué)的角度來看，MEMS加速度計(jì)的振動(dòng)敏感元件為一典型的二階系統(tǒng)，其輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)的占空比與結(jié)構(gòu)振動(dòng)的加速度值成正比。通過外圍電路的設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，我們?cè)O(shè)計(jì)的低頻振動(dòng)傳感器可拾取5Hz以下的低頻振動(dòng)信號(hào)。其振動(dòng)加速度分辨率達(dá)到0.2mg(lmg=9.8X10""W2)。幾點(diǎn)說明(1)由于本系統(tǒng)工作于2.4GHz的高頻段，為防止電路中產(chǎn)生電磁千擾，在電源上串接了一個(gè)100Q小電阻Rdc，并加了一個(gè)O.luF的去耦電容Cdc,以消除電路中電源波動(dòng)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的影響。(2)為減小寄生電容，濾波電容Cx和Cy必須安裝在緊靠引腳Yfilt和Xfilt處；Rset也需靠近T2引腳放置。(3)兩路P麗輸出信號(hào)Xout，Yout分別經(jīng)過一個(gè)18K的限流電阻，然后送到nRF24El的P0口的INTO和INT1端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的實(shí)時(shí)采集。在設(shè)計(jì)中，各濾波電容Cx，Cy和外接電阻Rset的計(jì)算過程如下從動(dòng)態(tài)測(cè)量的角度來看，上述算例的動(dòng)態(tài)信號(hào)頻率限定在5Hz以下。取RC低頻濾波器帶寬為10Hz。由此得外接濾波電容<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>根據(jù)MEMS加速度計(jì)設(shè)計(jì)的一般規(guī)范，其采樣頻率即所謂的方波頻率應(yīng)大于等于模擬帶寬的10倍——100Hz。由此，得到外接電阻Rset值-72=丄5=10鵬=L(3)2100125MQ=10xl0_3xl25xl06=1250KQ(4)如圖3所示結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)中2.4GHZ無線發(fā)射電路30，低頻振動(dòng)信號(hào)的無線傳輸采用SOC無線單片機(jī)nRF24El實(shí)現(xiàn)，nRF24El內(nèi)置8051核和2.4GHZ射頻(RF)通信模塊。拾取的低頻振動(dòng)信號(hào)，即MEMS加速度計(jì)輸出的P麗信號(hào)(Xout，Yout)與nRF24El的P0口連接，通過8051的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)PWM的脈寬計(jì)數(shù)。當(dāng)CKC0N寄存器的第3位為1時(shí)(CKCON.3二1)，Time0計(jì)時(shí)頻率為晶振頻率的1/4。在PCB板上，晶振頻率為16MHz，則計(jì)時(shí)頻率為4MHz。由此得到無線振動(dòng)傳感器的分辨率為0.2mg，如表1所示。8051通過內(nèi)部的SPI接口與RF模塊連接，通過編程即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線發(fā)射。無線發(fā)射頻段采用全球免付費(fèi)的2.4GHz。在信息匯集節(jié)點(diǎn)，采用同一型號(hào)的無線SOC單片機(jī)接收數(shù)據(jù)。并通過8051的Tx,Rx復(fù)用端口、MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信與數(shù)據(jù)處理。表1.無線振動(dòng)傳感器的分辨率計(jì)算表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>太陽能供電模塊10基本電氣參數(shù)輸入電壓4.8V—3.6V，輸出穩(wěn)壓電壓3.3V，額定輸出電流50mA。主要由3部分構(gòu)成太陽能電池板，能量貯存部分(此處為可充電電池)和穩(wěn)壓電路。當(dāng)然，如果用戶出于節(jié)省成本等方面地考慮，亦可不選用該太陽能供電模塊而直接采用紐扣電池供電。(1)太陽能電池板幾何尺寸5cmX6cm。經(jīng)檢測(cè)，在光照充足的情況下的輸出電壓4.8V。(2)充電電池采用3節(jié)鎳鎘電池。其單節(jié)額定容量0.6AH，額定電壓1.2V。(3)穩(wěn)壓電路如圖4所示太陽能供電模塊穩(wěn)壓電路圖，其中，二極管D1是為了防止充電電池對(duì)太陽能電池板板反向充電。Cl,C2為濾波電容。MAX663為CMOS穩(wěn)壓器，調(diào)節(jié)外接的2個(gè)電阻R1，Rf可以將輸出電壓控制在3.3V。輸出的額定電流是50mA，完全滿足上述無線振動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)的工作需求。星形網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)建方法1)在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)敏感部位安裝無線振動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)。在安裝之前，必須對(duì)無線傳感器進(jìn)行標(biāo)定。2)在監(jiān)控室內(nèi)，將信息匯聚節(jié)點(diǎn)通過RS232或USB串口與上位機(jī)連接。3)信息匯聚點(diǎn)與上位機(jī)的串口通信參數(shù)設(shè)為9600波特率，無校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位8，停止位l。星形網(wǎng)絡(luò)基本配置(1)上位機(jī)在監(jiān)控室內(nèi)放置一部臺(tái)式PC機(jī)或筆記本電腦，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)解讀與處理?；九渲弥黝l1GHZ，內(nèi)存256M，硬盤40G。操作系統(tǒng)Win2000/WindowsXp.(2)—個(gè)信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)。負(fù)責(zé)上位機(jī)和遠(yuǎn)端無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間的指令流和數(shù)據(jù)流的傳遞。核心器件nRF2犯l外加串口通信芯片。(3)多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)。負(fù)責(zé)低頻振動(dòng)信號(hào)拾取和無線發(fā)射。核心器件ADXL202和nRF24E1.(4)我們利用Kei1-C開發(fā)的下位機(jī)(包括無線振動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)和信息匯聚節(jié)點(diǎn))嵌入式程序。(5)我們利用Visual0++6.0開發(fā)的上位機(jī)程序。星形網(wǎng)絡(luò)的幾點(diǎn)說明(1)振動(dòng)信號(hào)拾取與無線通信協(xié)議代碼燒寫在無線傳感器的EEPR0M芯片中。(2)本發(fā)明研制的星形網(wǎng)絡(luò)為開放式結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，可以根據(jù)用戶需要隨時(shí)添加或刪除無線傳感器節(jié)點(diǎn)。具有"即插即用"功能。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該星形網(wǎng)絡(luò)的最大通信半徑(信息匯聚點(diǎn)與無線傳感器節(jié)點(diǎn)直線距離)為ioo米左右。無線傳感器節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的握手應(yīng)答流程及容錯(cuò)處理本發(fā)明設(shè)計(jì)的無線星形監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)測(cè)點(diǎn)。遵循以下握手應(yīng)答流程，可確保監(jiān)控室內(nèi)的上位機(jī)正確獲取指定測(cè)點(diǎn)處的振動(dòng)信號(hào)。具體流程如下a)用戶通過上位機(jī)界面(見圖4)，輸入需要査詢的無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)。譬如01，02……。每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)對(duì)應(yīng)著工程結(jié)構(gòu)上的一個(gè)具體測(cè)點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系在無線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)己經(jīng)確定。b)上位機(jī)將巡查指令(此處為無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào))通過串口傳遞到信息匯聚節(jié)點(diǎn)。c)信息匯聚節(jié)點(diǎn)即刻向?qū)?yīng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出握手信號(hào)(通過地址解析機(jī)制實(shí)現(xiàn))，通知其進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的拾取和傳輸?shù)臏?zhǔn)備工作。隨后，信息匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入RX接收狀態(tài)。d)對(duì)應(yīng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)收到握手信號(hào)后，正常狀態(tài)下會(huì)即刻向信息匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，并轉(zhuǎn)入TX發(fā)射狀態(tài)。e)信息匯聚節(jié)點(diǎn)收到該應(yīng)答信號(hào)后，通過TX端口以預(yù)先設(shè)定的波特率(此處為9600)和數(shù)據(jù)幀格式(8位數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，l位停止位)將接收到的16進(jìn)制振動(dòng)信號(hào)傳遞到上位機(jī)。f)流程容錯(cuò)處理機(jī)制如果需要查詢的無線傳感器節(jié)點(diǎn)工作不正常(譬如電池電能耗盡等)，或巡查人員輸入的無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)有誤，經(jīng)過一定時(shí)間的等待(設(shè)為3秒)，信息匯聚節(jié)點(diǎn)未收到應(yīng)答信號(hào)。此時(shí)，信息匯聚節(jié)點(diǎn)會(huì)向上位機(jī)返回一個(gè)特定標(biāo)志位(FF)。系統(tǒng)返回初始化狀態(tài)，等待用戶的重新輸入(無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào))或其它處理。無線傳感器地址解析方法在本無線星形網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一的物理地址(如，0xaa，Oxbb，0x12，0x34)和編號(hào)(如，01)。地址解析的作用就是正確地將物理地址與編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。具體步驟如下-a)射頻通信參數(shù)配置字共有15個(gè)字節(jié)。其中，地址占有4個(gè)字節(jié)。理論上可接入2的32次冪個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)；在實(shí)驗(yàn)中，我們接入了15個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要進(jìn)行添加或刪除。b)信息匯聚節(jié)點(diǎn)的物理地址設(shè)為Oxaa,Oxbb,0x12，0x34(其中，0x表示16進(jìn)制)。無線傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)與物理地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。表2無線傳感器節(jié)點(diǎn)編號(hào)與物理地址對(duì)照表<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>c)當(dāng)信息匯聚節(jié)點(diǎn)接收到上位機(jī)發(fā)來的査詢節(jié)點(diǎn)號(hào)，譬如Ol。則通過下列C代碼，將發(fā)射地址修改為Oxla,Oxbb，0x12，0x34，從而向遠(yuǎn)程01號(hào)節(jié)點(diǎn)發(fā)送査詢指令。RI:O;while(!RI);〃等待接上位機(jī)發(fā)送來的査詢節(jié)點(diǎn)號(hào)P=SBUF;〃讀取該査詢節(jié)點(diǎn)號(hào)RI二O;〃清串口中斷標(biāo)志位if(p-OxOl)〃若接收到1號(hào)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)T—MTA-OxOO.-tconf.buftSXbda;〃將配置字中的地址修改為1號(hào)節(jié)點(diǎn)的地址Transmitter();〃向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送工作命令其中，tconf.buf[8]=0xla表示無線發(fā)射15個(gè)配置字節(jié)中的第9個(gè)字節(jié)(遵循C語言的一般規(guī)范，字節(jié)編號(hào)從0開始)，對(duì)應(yīng)于無線傳感器節(jié)點(diǎn)地址的首字節(jié)。d)在本星狀無線網(wǎng)絡(luò)中，為了避免IF分支結(jié)構(gòu)繁雜并節(jié)省程序存儲(chǔ)器EEPROM空間有限(程序在啟動(dòng)時(shí)由SPI接口從EEPR0M加載)，我們利用子函數(shù)的方法將上面的tconf.buf[8]二0xla語句改寫為tconf.buf[8]=Node_Number;其中，Node—Number參變量。e)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展問題需要向現(xiàn)有星形網(wǎng)絡(luò)中添加或刪除無線傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，只需參照表2對(duì)新節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)和地址分配。星形網(wǎng)絡(luò)的其它部分不需做任何修改。因而具有較好的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性。無線數(shù)據(jù)解析方法無線傳感器節(jié)點(diǎn)將測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度值轉(zhuǎn)換為PWM脈寬計(jì)數(shù)，并以2.4GHZ頻段發(fā)送到上位機(jī)。數(shù)據(jù)解析作用在于①判斷P麗脈寬計(jì)數(shù)。②根據(jù)P麗脈寬計(jì)數(shù)和傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)恢復(fù)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度值，為專業(yè)人士進(jìn)行故障征兆判讀提供原始數(shù)據(jù)。具體步驟如下a)針對(duì)傳感器性能指標(biāo)具有一定的隨機(jī)分布特性，在安裝無線振動(dòng)傳感器之前，必須在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定工作。在精密實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上(譬如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作平臺(tái))，對(duì)每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行3項(xiàng)數(shù)據(jù)測(cè)定水平放置(靜態(tài)加速度為O)時(shí)的P麗脈寬計(jì)數(shù)Nl;靜態(tài)加速度為lg時(shí)的P麗脈寬計(jì)數(shù)N2,靜態(tài)加速度為-lg時(shí)的P麗脈寬計(jì)數(shù)N3。b)無線振動(dòng)傳感器在待測(cè)工程結(jié)構(gòu)上安裝牢固之后，啟動(dòng)巡査工作。當(dāng)上位機(jī)收到無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的P麗脈寬計(jì)數(shù)后，上位機(jī)首先通過兩行c代碼fscanf(fp，〃％x%x〃，&H8，&L8);floatN=H8*256+L8;將"低8位+高8位"16進(jìn)制的P麗脈寬計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制。c)按照公式(5)，計(jì)算得到相應(yīng)的加速度數(shù)值a(采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位ms—2):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>d)無線振動(dòng)傳感器安裝誤差消除方法考慮到無線傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)際安裝時(shí)，無法確保安裝面處于絕對(duì)水平狀態(tài)。按照公式(5)得到的加速度值a實(shí)際上包含了一個(gè)的靜態(tài)加速度分量(不妨記做as)。只要無線傳感器安裝牢固，在測(cè)試過程中as為一恒定常數(shù)(由安裝面傾斜角度唯一確定)。這樣，在"加速度一時(shí)間"曲線上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)直流偏值信號(hào)，只要將這個(gè)直流偏值信號(hào)去掉即可得到真實(shí)的動(dòng)態(tài)加速度值。上位機(jī)的一組界面我們用VisualC++6.0編寫了上位機(jī)MFC程序。圖5表示無線傳感器地址解析、握手應(yīng)答成功后的彈出界面。其中，"發(fā)送命令"按鈕右側(cè)的"01"為用戶輸入的無線傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)。在星形網(wǎng)絡(luò)中，其真實(shí)的物理地址為0xla，Oxbb，0x12,0x34。接收到的加速度數(shù)據(jù)為P麗脈寬的16進(jìn)制計(jì)數(shù)(按"低8位+高8位"格式顯示)。圖6表示數(shù)據(jù)解析成功后的01號(hào)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度時(shí)域曲線。由此，可進(jìn)一步進(jìn)行頻域分析和故障征兆信號(hào)提取。權(quán)利要求1.一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)，包括低頻振動(dòng)傳感器、采用2.4GHzISM頻段無線發(fā)射裝置，其特征在于還包括太陽能供電模塊、信號(hào)匯集接收裝置、串口通信裝置和上位機(jī)，太陽能供電模塊為低頻振動(dòng)傳感器供電，即插即用的低頻振動(dòng)無線傳感器拾取低頻振動(dòng)信號(hào)，得到的信號(hào)隨采用2.4GHzISM頻段無線發(fā)射裝置發(fā)射，信號(hào)匯集接收裝置接收信號(hào)，通過外加串口通信裝置和監(jiān)控室內(nèi)上位機(jī)連接通訊。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述低頻振動(dòng)傳感器采用加速度傳感器ADXL202E，傳感器的電源上串接了一個(gè)小電阻(Rdc)和去耦電容(Cdc)，防止電路中產(chǎn)生電磁干擾，以消除電路中電源波動(dòng)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的影響，引腳(Yfilt、Xfilt)和地之間分別串聯(lián)濾波電容(Cx、Cy)，為減小寄生電容，引腳(T2)和地之間串聯(lián)電阻(Rset)，兩路P麗輸出信號(hào)(Xout、Yout)分別經(jīng)過一個(gè)限流電阻。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡査星形網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述采用2.4GHzISM頻段無線發(fā)射裝置采用S0C無線單片機(jī)nRF24El實(shí)現(xiàn)，nRF24El內(nèi)置8051核和2.4GHZ射頻通信模塊。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述太陽能供電模塊包括太陽能電池板，能量貯存部分和穩(wěn)壓電路。5、一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法(1)在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)敏感部位安裝無線振動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)，在安裝之前，必須對(duì)無線傳感器進(jìn)行標(biāo)定；(2)在監(jiān)控室內(nèi)，將信息匯聚節(jié)點(diǎn)通過RS232或USB串口與上位機(jī)連接；(3)用戶通過上位機(jī)界面，輸入需要查詢的無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)，譬如Ol，02……，每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)對(duì)應(yīng)著工程結(jié)構(gòu)上的一個(gè)具體測(cè)點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系在無線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)已經(jīng)確定；(4)上位機(jī)將無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)通過串口傳遞到信息匯聚節(jié)點(diǎn)；(5)信息匯聚節(jié)點(diǎn)即刻向?qū)?yīng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過地址解析機(jī)制發(fā)出握手信號(hào)，通知其進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的拾取和傳輸?shù)臏?zhǔn)備工作，隨后，信息匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入RX接收狀態(tài)；(6)對(duì)應(yīng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)收到握手信號(hào)后，正常狀態(tài)下會(huì)即刻向信息匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，并轉(zhuǎn)入TX發(fā)射狀態(tài)；(7)信息匯聚節(jié)點(diǎn)收到該應(yīng)答信號(hào)后，通過TX端口以預(yù)先設(shè)定的波特率(此處為9600)和數(shù)據(jù)幀格式(8位數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，1位停止位)將接收到的16進(jìn)制振動(dòng)信號(hào)傳遞到上位機(jī)；(8)流程容錯(cuò)處理機(jī)制如果需要査詢的無線傳感器節(jié)點(diǎn)工作不正常，或巡查人員輸入的無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)有誤，經(jīng)過一定時(shí)間的等待，信息匯聚節(jié)點(diǎn)未收到應(yīng)答信號(hào)，此時(shí)，信息匯聚節(jié)點(diǎn)會(huì)向上位機(jī)返回一個(gè)特定標(biāo)志位，系統(tǒng)返回初始化狀態(tài)，等待用戶的重新輸入無線傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)或其它處理。全文摘要本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無線巡查星形網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法，在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)敏感部位安裝無線振動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)，采用2.4GHzISM頻段無線發(fā)射裝置發(fā)射，信號(hào)匯集接收裝置接收信號(hào)，通過外加串口通信裝置和監(jiān)控室內(nèi)上位機(jī)連接通訊。將多個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)以無線傳輸?shù)姆绞絺鬏數(shù)奖O(jiān)控室的上位機(jī)供專業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀監(jiān)控，有效避免由低頻震動(dòng)誘發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題。文檔編號(hào)G01M7/00GK101266189SQ20081003704公開日2008年9月17日申請(qǐng)日期2008年5月7日優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日發(fā)明者孫玉國(guó)申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)