[發明專利]自修復無線應變傳感網絡系統及其實現方法

無效

• 申請號: 200810243416.0
• 申請日: 2008-12-23
• 公開（公告）號: CN101437308A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 袁慎芳;張英杰;楊偉偉;陳擁軍;邱雷;吳鍵;李耀增
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18;H04W24/00;H04L12/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 魏學成

技術領域

本發明涉及一種無線自修復傳感網絡系統及其實現方法，尤其涉及一種自修復無線應變傳感網絡系統及其實現方法。

背景技術

對許多大型結構(如建筑橋梁、飛行器等)來說，實時監測其健康狀況是必要的，而其中應變是一個重要的參數。采用傳統有線的方式對結構健康進行監測，不僅接線繁瑣，而且大量布線會增加監測對象的負重，而無線傳感器網絡為實現大型結構的狀態監測是供了很好的手段，可以大大降低由引線帶來的結構重量的增加。無線傳感器網絡是一種智能化分布式監測網絡，由大量自由分布的、具有計算和通信功能的傳感器節點通過自組織方式協同通信以完成特定功能的智能網絡系統，具有高可靠、易部署和可擴展等優點，是當前研究的重點方向之一。

目前，無線應變傳感器網絡被廣泛應用于大型結構(如橋梁、大壩、飛行器)的應變監控和地震等地理環境的監測等，以掌握結構的運行情況和環境狀況。由于工作環境通常較為復雜，不確定性因素很多，應變傳感器節點容易受到外界干擾而可能造成通信中斷、硬件故障、能量耗盡而使節點失效，影響正常監測，嚴重的還會引發事故。另外，由于應變傳感節點分布較為分散且工作環境的限制，對應變傳感網絡系統的維護十分困難甚至不可維護，因此研究無線應變傳感器網絡的魯棒性是其研究的一個重要方向。

當前，已有的無線應變傳感器網絡節點的硬件都是固定的，應變傳感網絡在布置完畢后就再也不能改變其硬件配置。在應變傳感網絡節點因故障、能量耗盡等原因引起的失效情況下，現有的應變傳感節點無法繼續工作，應變傳感網絡只能舍棄該失效節點，從而導致監測密度的降低，甚至可能出現監測盲點，影響到監測精度。因此應變傳感網絡能自主地檢測和修復故障至關重要。

目前，電子系統的結構越來越復雜，若系統出現故障，傳統的容錯與系統功能恢復方法難以實現。而仿生硬件能實現電路局部故障的自我修復，可編程陣列由于其動態重構特性，為實現系統自修復提供了新的手段和平臺。從1992年瑞士聯邦工學院提出仿生硬件的概念以來，仿生自修復已經成為國內外的研究熱點之一，美國、英國等科研機構在理論與應用基礎方面取得了不少進展，國內也有不少科研機構開展了相關研究，但將仿生自修復用于無線應變傳感網絡系統的研究還是空白。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術存在的缺陷提出一種自修復無線應變傳感網絡系統及其實現方法。

本發明自修復無線應變傳感網絡系統，其特征在于包括冗余模塊、故障檢測診斷模塊、冗余動態重構模塊、故障檢測信號線、故障診斷信號線、應變橋路、前置放大模塊、低通濾波模塊、通訊模塊和電源管理模塊，其中冗余模塊包括前置放大冗余模塊、低通濾波冗余模塊、通訊冗余模塊和電源管理冗余模塊，故障檢測診斷模塊由故障診斷電路串接微處理器組成，冗余動態重構模塊由控制模塊和可編程陣列組成，可編程陣列包括四個I/O模塊、四個冗余I/O模塊、四個開關S和前置放大功能單元；應變橋路的輸出端接前置放大模塊的輸入端，前置放大模塊的輸出端、低通濾波模塊的輸出端、通訊模塊的輸出端和電源管理模塊的輸出端分別通過故障檢測信號線接故障診斷電路的輸入端，故障診斷電路的輸出端通過故障診斷信號線分別與前置放大模塊、低通濾波模塊、通訊模塊和電源管理模塊電連接，微處理器的輸出端接控制模塊的輸入端，控制模塊的輸出端接可編程陣列的輸入端，前置放大采集模塊依次串接第一I/O模塊、第一開關S1、第一冗余I/O模塊和前置放大采集冗余模塊，前置放大采集功能單元與第一I/O模塊電連接，低通濾波模塊依次串接第二I/O模塊、第二開關S2、第二冗余I/O模塊和低通濾波冗余模塊，通訊模塊依次串接第三I/O模塊、第三開關S3、第三冗余I/O模塊和通訊冗余模塊，電源管理模塊依次串接第四I/O模塊、第四開關S1、第四冗余I/O模塊和通訊冗余模塊。

所述的自修復無線應變傳感網絡系統的實現方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)將微處理器發出的測試信號依次經過故障診斷電路、故障診斷信號線分別輸出至前置放大模塊、低通濾波模塊、通訊模塊和電源管理模塊；

(2)采用故障診斷電路通過故障檢測信號線接收前置放大模塊輸出的前置放大信號、低通濾波模塊輸出的低通濾波信號、通訊模塊輸出的通訊信號和電源管理模塊輸出的電源信號，將前置放大信號、低通濾波信號、通訊訊號和電源信號經過故障診斷電路得到檢測信號；