用于桥梁安全检测的智能感知单元设计
摘要
随着《国家中长期科技发展规划纲要》的提出,智能感知技术成为优先发展的前沿技术之一。智能感知技术作为物联网的核心内容,对推动我国信息产业的发展有积极的影响,应用前景十分广阔。
本文通过对国内桥梁健康状况检测系统发展现状的分析,结合理论技术的发展及实际业务需求,提出以MSP430微控制器为核心、多途径数据传输方式的智能感知单元设计方案。方案实现了对桥梁局部结构性能的检测和桥梁周边环境的检测并将检测数据通过Zigbee无线组网以及串口和网口进行传输。
本文对智能感知单元进行了硬件电路的整体设计与实现,包括传感器模块,信号调理模块,MSP430微处理器模块,Zigbee模块,串口模块及网口通信模块。结合桥梁检测的实际情况对感知单元所用器件进行选型,对使用到的主要芯片进行简要介绍,包括芯片工作原理、外围电路以及工作条件等,给出硬件连接原理图。对智能感知单元进行的软件设计与实现,包括传感数据采集,数据传输,存储程序以及主控程序。其中详尽介绍了智能感知单元的三种数据传输方式。Zigbee模块主要用于传感数据的无线传输,串口模块主要用于感知单元测试维护以及数据受到信号干扰无法进行数据无线传输的情况,网口模块主要实现重点监测部位传感器数据的实时传输。简要介绍了软件开发平台IAR Embedded Workbench,给出部分程序流程图。对感知单元进行了硬件、软件和功耗测试,结果表明预期方案可行。
最后,论文对所完成的工作进行总结,对未来智能感知技术的发展做出展望。
As mentioned in National Outline for Medium and Long Term Science & Technology Development, intellisense will be one of the priorities of cutting edge technology in the future with wide application perspectives, playing a key role in internet of things which will promote information industries development.
By investigating the current status of domestic bridge safety inspection system with both theoretical development and practical demands, this paper is proposing a new design of intellisense cell based on MSP430 microcontroller with multiple channels of data transmission like Zigbee Wireless Network, internet, serial port, etc., which provides a solution to monitor physical properties of both segment structure and external environment of bridges.
This paper introduces the detail design, assemble and function realization of intellisense cell, including modules of sensor, signal tuning, MSP430 micro processor, Zigbee, serial port and internet. Considering the application of bridge inspection system, the semiconductor chip used in the intellisense cell has also been briefly introduced including working principles, peripheral circuits and operating conditions, summarized by schematic diagram of hardware connection. For the software and programming part of intellisense cell, this paper also demonstrates the functions of data collecting and transmission, master control program and data storage program. The detail information of three different method of data transmission in intellisense cell has been described in this part, that Zigbee is used for wireless data transfer, serial port is applicable when maintenance or wireless been interfered and internet is for simultaneous monitoring of key points. The software development platform used in the programming, IAR Embedded Workbench, has been also illustrate with flow chart in this paper and the test result of both hardware and software, including power consumption proves the success of this design.
Finally, this work has been summarized in the last part of the paper as well as the outlook of future development of intellisense technology.
本文通过对国内桥梁健康状况检测系统发展现状的分析,结合理论技术的发展及实际业务需求,提出以MSP430微控制器为核心、多途径数据传输方式的智能感知单元设计方案。方案实现了对桥梁局部结构性能的检测和桥梁周边环境的检测并将检测数据通过Zigbee无线组网以及串口和网口进行传输。
本文对智能感知单元进行了硬件电路的整体设计与实现,包括传感器模块,信号调理模块,MSP430微处理器模块,Zigbee模块,串口模块及网口通信模块。结合桥梁检测的实际情况对感知单元所用器件进行选型,对使用到的主要芯片进行简要介绍,包括芯片工作原理、外围电路以及工作条件等,给出硬件连接原理图。对智能感知单元进行的软件设计与实现,包括传感数据采集,数据传输,存储程序以及主控程序。其中详尽介绍了智能感知单元的三种数据传输方式。Zigbee模块主要用于传感数据的无线传输,串口模块主要用于感知单元测试维护以及数据受到信号干扰无法进行数据无线传输的情况,网口模块主要实现重点监测部位传感器数据的实时传输。简要介绍了软件开发平台IAR Embedded Workbench,给出部分程序流程图。对感知单元进行了硬件、软件和功耗测试,结果表明预期方案可行。
最后,论文对所完成的工作进行总结,对未来智能感知技术的发展做出展望。
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By investigating the current status of domestic bridge safety inspection system with both theoretical development and practical demands, this paper is proposing a new design of intellisense cell based on MSP430 microcontroller with multiple channels of data transmission like Zigbee Wireless Network, internet, serial port, etc., which provides a solution to monitor physical properties of both segment structure and external environment of bridges.
This paper introduces the detail design, assemble and function realization of intellisense cell, including modules of sensor, signal tuning, MSP430 micro processor, Zigbee, serial port and internet. Considering the application of bridge inspection system, the semiconductor chip used in the intellisense cell has also been briefly introduced including working principles, peripheral circuits and operating conditions, summarized by schematic diagram of hardware connection. For the software and programming part of intellisense cell, this paper also demonstrates the functions of data collecting and transmission, master control program and data storage program. The detail information of three different method of data transmission in intellisense cell has been described in this part, that Zigbee is used for wireless data transfer, serial port is applicable when maintenance or wireless been interfered and internet is for simultaneous monitoring of key points. The software development platform used in the programming, IAR Embedded Workbench, has been also illustrate with flow chart in this paper and the test result of both hardware and software, including power consumption proves the success of this design.
Finally, this work has been summarized in the last part of the paper as well as the outlook of future development of intellisense technology.
引文
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