基于LABVIEW及LINUX的远程结构监测系统的软件设计
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摘要
目前,大型结构监测技术已经成为国内外学术界、工程界研究的热点,为了保证大型结构的安全性,必须对其进行有效的远程监测。远程监测技术是网络技术、计算机技术和自动化技术的结合。借助上述技术并通过构建网络,远程监测系统则可有效的利用各种设备的信息资源及其数据处理能力,真正意义上实现资源共享和协同工作。因此实现远程结构监测的现场采集网络化和远程监控智能化对远程结构监测的发展有深远的意义。
本论文根据远程结构的主要特点和长期实时监测的需求,提出一套基于LABVIEW和LINUX软件开发的远程结构监测系统的方案,并对监测中心和监测点进行了详细的系统设计和软件开发。
本文针对目前数据处理完全依靠监测中心软件的低效率方式,设计并实现了双层网络的组网方式。首先采用嵌入式系统开发监测点,并实现根据路由表进行网络拓扑、实时加载数据算法等功能。这充分利用了嵌入式系统的高效数据处理能力及其功能可定制的特点,从根本上实现了一个监测系统可以定制多种监测对象的要求。其次本课题采用在LABVIEW平台上开发监测中心软件,实现了数据实时显示、预警、模态参数计算等功能模块。监测中心不但可与下位机监测点进行双向通讯,而本身也可以进行网络拓扑,这就可以形成了监测中心和监测点的双层网络,彼此分担大量的数据处理及计算,提高了整体的数据传输及运算效率。
本系统具有通用性好、可靠性高、可扩展性强等优点,它可针对不同的对象信息设置不同的数据处理算法,还可以在同一监测对象下动态重新组网,这些灵活性和扩展性将为系统带来广阔的应用领域。本论文对系统的软件做了全面的开发,为今后进一步开展系统的硬件配套研究工作打下了良好的基础。
At present, monitoring techniques of large-scale structure both at home and abroad have become the focus of academics and engineers, and in order to ensure the safety of large-scale structure, effective remote monitoring is important. Remote monitoring technology is combined by Internet technology, computer technology and automation technology. With these technologies and by building networks, the information resources and data processing capabilities can be used effectively by remote monitoring system, and the sharing of resources and working together is realized indeed. So the realization of the network of on-site collection system and the realization of the intelligence of the remote monitoring is of far-reaching significance. According to the main characteristics of long-range structure and the long-term demand of real-time monitoring, the paper put forward a project of a remote monitoring system based on LINUX-and-LABVIEW, and carried out a detailed system design and software development of the monitoring center and of the monitoring point.
The current system processing the data only by monitoring center is inefficient, so the two-tier network method is designed and implemented in this paper. Firstly the monitoring point is developed by embedded system. The function of achieving the network topology according to the route table and the function of real-time loading algorithm are also realized. The efficient data processing capabilities and the functional customization features of the embedded system are fully utilized, and the monitoring system which can be customized to a variety of monitoring requirements is developed. Secondly, the monitoring center is developed in the platform of LABVIEW, and the functions of real-time display of data, early warning and modal parameters' calculation are realized. Monitoring centre not only could bidirectional communicates with the monitoring point, but also could conduct their own network topology. So the two-tier network formed by the monitoring center and the monitoring point is constructed, and the overall operation and data transmission efficiency is improved by the mutual process of large amounts of data.
The system is versatile, high reliable, scalable, and of other advantages. It can have different targets with different data processing algorithms, and also can re-group network dynamically under the same monitoring object. The system will have immense fields of application for its flexibility and scalability. In the paper, the software is developed systematically, and a good foundation is laid for our further research of the hardware support.
本论文根据远程结构的主要特点和长期实时监测的需求,提出一套基于LABVIEW和LINUX软件开发的远程结构监测系统的方案,并对监测中心和监测点进行了详细的系统设计和软件开发。
本文针对目前数据处理完全依靠监测中心软件的低效率方式,设计并实现了双层网络的组网方式。首先采用嵌入式系统开发监测点,并实现根据路由表进行网络拓扑、实时加载数据算法等功能。这充分利用了嵌入式系统的高效数据处理能力及其功能可定制的特点,从根本上实现了一个监测系统可以定制多种监测对象的要求。其次本课题采用在LABVIEW平台上开发监测中心软件,实现了数据实时显示、预警、模态参数计算等功能模块。监测中心不但可与下位机监测点进行双向通讯,而本身也可以进行网络拓扑,这就可以形成了监测中心和监测点的双层网络,彼此分担大量的数据处理及计算,提高了整体的数据传输及运算效率。
本系统具有通用性好、可靠性高、可扩展性强等优点,它可针对不同的对象信息设置不同的数据处理算法,还可以在同一监测对象下动态重新组网,这些灵活性和扩展性将为系统带来广阔的应用领域。本论文对系统的软件做了全面的开发,为今后进一步开展系统的硬件配套研究工作打下了良好的基础。
At present, monitoring techniques of large-scale structure both at home and abroad have become the focus of academics and engineers, and in order to ensure the safety of large-scale structure, effective remote monitoring is important. Remote monitoring technology is combined by Internet technology, computer technology and automation technology. With these technologies and by building networks, the information resources and data processing capabilities can be used effectively by remote monitoring system, and the sharing of resources and working together is realized indeed. So the realization of the network of on-site collection system and the realization of the intelligence of the remote monitoring is of far-reaching significance. According to the main characteristics of long-range structure and the long-term demand of real-time monitoring, the paper put forward a project of a remote monitoring system based on LINUX-and-LABVIEW, and carried out a detailed system design and software development of the monitoring center and of the monitoring point.
The current system processing the data only by monitoring center is inefficient, so the two-tier network method is designed and implemented in this paper. Firstly the monitoring point is developed by embedded system. The function of achieving the network topology according to the route table and the function of real-time loading algorithm are also realized. The efficient data processing capabilities and the functional customization features of the embedded system are fully utilized, and the monitoring system which can be customized to a variety of monitoring requirements is developed. Secondly, the monitoring center is developed in the platform of LABVIEW, and the functions of real-time display of data, early warning and modal parameters' calculation are realized. Monitoring centre not only could bidirectional communicates with the monitoring point, but also could conduct their own network topology. So the two-tier network formed by the monitoring center and the monitoring point is constructed, and the overall operation and data transmission efficiency is improved by the mutual process of large amounts of data.
The system is versatile, high reliable, scalable, and of other advantages. It can have different targets with different data processing algorithms, and also can re-group network dynamically under the same monitoring object. The system will have immense fields of application for its flexibility and scalability. In the paper, the software is developed systematically, and a good foundation is laid for our further research of the hardware support.
引文
[8]李国强,李杰 工程结构动力检测理论与应用 北京 科学出版社 2002年1-3.
[11]杨乐平,李海涛,肖凯等 虚拟仪器技术概论 电子工业出版社 2003年 21-43
[12]徐海燕 嵌入式系统技术与应用 北京 机械工业出版社 2004年
[13]Andrew S.Tanenbaum著 熊桂喜,王小虎译 计算机网络 北京 清华大学出版社 2004年(第三版)
[14]刘君华 基于LabVIEW的虚拟仪器设计 北京 电子工业出版社 1999年 255-257.
[15]周求湛,钱志鸿 虚拟仪器与LabVIEW7 Express程序设计 北京 北京航空航天大学出版社 2004年 120-134
[16]陈国顺,宋新民,马峻 网络化测控技术 北京 电子工业出版社 2006年
[22]蒲俊,吉家锋,伊良忠 Matlab6.0数学手册 上海 浦东出版社 2002年 21-64
[23]苏晓生 掌握MATLAB6.0及其工程应用 北京 科学出版社 2002年
[26]杨乐平 Labview高级程序设计 清华出版社 2003年4月
[27]吴明辉 基于ARM的嵌入式系统开发与应用 人民邮电出版社 2004年6月
[28]王田苗 嵌入式系统设计与实例开发 清华大学出版社 2003年第2版1-32
[29]路晓村,徐宏,王泰东等 嵌入式系统TCP/IP应用层协议 北京 电子工业出版社 2003年 16-26.
[30]毛曙福 Linux C高级程序员指南 国防工业出版社 2001年2月
[31]施威铭研究室 Linux C语言实务 机械工业出版社 2002年8月
[32]Nell Matthew,Richard Stones著 杨晓云,王建桥,杨涛等译 Linux程序设计 北京 机械工业出版社 2005年7月
[1]Shahawy M.A.and Arocklasamy M.Field instrument to study the time-dependent behavior in Sunshine Skyway Bridge,Journal of Bridge Engineering,ASCE,Vol.1(3),1996
[2]F.Myroll and E.Dibiagio.Instrumentation for Monitoring the Skarnsunder Cable-stayed Bridge,Proceedings of the 3rd Symposium on Strait Crossing,Edited by Jon Krodeborg Balkema.Rotterdam
[3]刘西拉 重大土木与水利工程安全性及耐久性的基础研究 土木工程学报第34卷第6期 2001年 1-7
[4]史家钧,邵志常 上海徐浦大桥结构状态监测系统 第十三届全国桥梁学术会议论文集 上海 1998,11 16-19
[5]张启伟 大型桥梁健康监测概念与监测系统设计 同济大学学报 第29卷第1期 2001年 65-69
[6]Bingnan Sun,et al The real-time health monitoring system of Qianjiang 4th bridge,Environmental Vibration Prediction,Monitoring and Evaluation,Hangzhou,China,2003:420-426
[7]Chun Xiao,Qu Weilian The Application of Internet Technologies in Structural Health Monitoring and Damage,Third China-Japan-US Symposium on Structural Health Monitoring and Control and Fourth Chinese National Conference on Structural Control 2004,10
[9]李惠,周文松 大型桥梁结构智能监测系统集成技术研究 土木工程学报2006年第2期 47-52.
[10]燕延,陈保平,马增强等 网络化远程桥梁健康监测系统的设计 微计算机信息 2005年第6期
[17]李水芳,朱荣新,姚启仓 利用DataSocket技术实现网络化虚拟仪器 现代电子技术 2003年19期 50-52
[18]尹兴波,马海瑞,周爱军 基于Datasocket技术的LabView远程测控 自动化与仪器仪表 2005年第4期 61-63
[19]贾瑞武,彭光正,范伟 基于LabVIEW平台和网络的计算机远程在线监控北京理工大学学报 第22卷第1期 2002年2月 76-79
[20]Yang J N,Lei Y,Lin S,Huang N Hibert-huang Based Approach for Structural Damage Detection Journal of Engineering Mechanics Vol.130,No.12004 85-95.
[21]李中付 环境激励下线性结构模态参数识别 博士学位 论文 上海交通大学 2001年7月
[25]杜玉玲,文西芹 基于B/S模式的远程虚拟实验室的开发 现代教育技术第14卷第2期 2004年 57-59
[24]张连义 基于Web方式的远程测控系统的研究与实现 硕士学位 论文成都 电子科技大学 2003年3月
[33]ARM7TDMI Technical Reference Manual ARM DDI 0210A Ver.4.ARM Limited 2001
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