[發明專利]用于公路健康監測的嵌入式自供電無線傳感系統

無效

• 申請號: 201310109949.0
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103196494A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 張文棟;任勇峰;連崑;王亞君;桑勝波;李朋偉;胡杰;冀建龍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G08C17/02
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 李印貴

技術領域

本發明屬于無線傳感技術領域，具體涉及一種用于高速公路健康監測的嵌入式自供電傳感系統。

背景技術

交通運輸是現代經濟社會賴以運行和發展的基礎，是國家的經濟命脈，高速公路則是交通運輸的重要載體。然而，隨著高速公路運營時間的推移，交通量不斷增加、環境變化、疲勞效應和材料老化等不利因素的影響，高速公路結構不可避免地面臨承載能力下降、抗力衰減、損傷積累、耐久性降低等問題。如果能預先獲知高速公路健康狀況信息，并及時進行適當的調整、維護、維修，防患于未然，就不會危及高速公路的運營安全，避免重大的經濟損失。因此，如何長期穩定地監測路基內部結構狀況、實現監測數據的自動采集和實時監測；如何合理利用監測數據進行高速公路結構健康與安全狀態的綜合評估，已成為高速公路建設工程界研究的熱點。

傳統上，高速公路的結構監測是通過定期人工檢測，借助于便攜式儀器獲取高速公路關鍵部位的信息，從而進行健康診斷。但是人工檢測方法在實際應用中有較大的局限性，需要大量人力和物力，且只能進行公路表象檢查和監測，不能獲取結構內部特征信息。隨著監測技術的發展，有線傳感監測技術曾一度應用在高速公路健康監測方面。此技術手段數據傳輸效率高、準確且技術成熟，但在高速公路結構監測中，傳感器數量多，布設有線電纜工作量大，現場測試工作效率低。

隨著無線傳感技術的快速發展，人們開始研究和關注基于無線數據傳輸的公路健康監測系統。目前，在我國用于高速公路無線無損實時監測系統的研制與開發尚處于起步階段。國外的高速公路、橋梁結構監測中盡管已開始采用射頻無線數據采集系統，但在現有的應用實例中，傳感器大都是安裝于測試結構的外部，無法直接監測路基結構內部信息。路基結構內部信息的監測需要嵌入式傳感器系統以及穩定的供電和通信。目前，射頻數據鏈路大多采用電池供電，需要定期更換，如果將其嵌入公路路基內部則不利于系統長期穩定工作。因此，在現有技術中，自供電模塊采用低頻寬帶壓電與磁電復合多模態振動能量采集器（中國專利申請號為：201210405416.2），為各傳感器提供電能。此外，為了使傳感器嵌入路基內部后能滿足復雜、多變環境中射頻信號的傳輸，無線射頻收發模塊采用基于ATA5824的主從式功率可調技術（中國專利申請號為：201210407436.3），實現射頻信號傳輸距離可調；現有封裝采用具有自校正功能的埋入式傳感器系統封裝方法和裝置（中國專利申請號為：201310058553.8）中技術實現。

發明內容

本發明針對目前高速公路無線無損檢測中亟待解決的難題，提供一種動態、實時的高速公路健康監測的嵌入式自供電無線傳感系統，可以長期實時監測高速公路路基內部的溫濕度、壓力、張力及加速度信息。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

用于公路健康監測的嵌入式自供電無線傳感系統，該系統包括上位機和下位機兩部分，上位機包括C無線數傳電臺模塊、可視化界面、計算機和數據庫，下位機包括主機和從機；所述的主機包括B單片機、B無線射頻收發模塊、B無線數傳電臺模塊和B實時時鐘存儲器，所述的從機包括傳感器模塊、A單片機、A無線射頻收發模塊、自供電模塊和A實時時鐘存儲器；其特征在于：

所述的從機被劃分為若干從機組，每個從機組包括若干從機，每個從機組與一個主機連接，每個從機的A無線射頻收發模塊與一個主機的B無線射頻收發模塊無線交互數據，各主機通過其B無線數傳電臺模塊與上位機的C無線數傳電臺模塊無線交互數據；上位機發出的控制指令傳送給主機，主機接收上位機發來的命令并進行指令分析后通過B無線射頻收發模塊將指令發送給從機，從機執行相應的命令，并將采集的數據信息通過A無線射頻收發模塊發送到主機，主機通過B無線數傳電臺模塊將接收的數據發送到上位機，完成一次命令的傳送與執行；

所述的各從機在建造高速公路時與高速公路的建造材料混合，隨機地埋設在高速公路中各交通樞紐的重要路段，從機用于實時采集瀝青、土壤、混凝土等高速公路路基結構內的溫濕度、壓力、張力以及路面振動產生的加速度的變化信息，并將各傳感器輸出的數據經過A單片機處理后存放在A實時時鐘存儲器中，同時A實時時鐘存儲器中也存儲該高速公路的建設、歷史維護等基本信息，然后通過A無線射頻收發模塊發送到主機；

所述的主機布設在高速公路各個路段，每個主機和相對應從機組之間的距離滿足無線射頻覆蓋距離的要求，B實時時鐘存儲器為B單片機提供時鐘信息，并存儲從機發送來的數據信息；