[發明專利]嵌入式橋梁健康監測系統

有效

• 申請號: 201610056118.5
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105551222A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 崔凱華;張冠華;于傳君;韓基剛;侯娜;梁玉敏;孫福民;王秋實;王佳偉
• 申請（專利權）人: 遼寧省交通規劃設計院公路養護技術研發中心
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;G08C19/00;H04L12/40
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責任公司 21101
• 代理人: 刁佩德

技術領域

本發明涉及橋梁工程信號傳輸技術領域，特別是一種嵌入式橋梁健康監測系統。

背景技術

現階段現有橋梁健康監測系統的通信架構以并行485通信以及485總線為主，但是并行485架構由于在硬件上采用了多路并行結構，使得成本成倍增長，另外，485總線主控程序需要實現多路協調工作，各路間并沒有嚴格的優先級，一旦發生并發現象，容易導致數據丟失；同時485總線的耐壓性較低，當并接的傳感器節點過多時，容易出現由于多節點并發故障引起的總線電流過大而燒毀硬件設備的現象，公開號為101916507A，發明名稱為“橋梁健康監測系統”提供的是一種可建立大型監控網的橋梁健康監測系統，但其中的通信結構并不完備，對于并行485通信以及485總線來說，由于沒有像CAN總線那樣完備的通信控制機制，當單路傳感器發生故障而不停上傳數據時，會導致系統癱瘓。

發明內容

本發明的目的是提供一種嵌入式橋梁健康監測系統，以輔助橋梁養護工作，實時監測舊橋健康狀況，避免橋梁垮塌事件帶來的嚴重后果。

本發明的技術方案為：一種嵌入式橋梁健康監測系統，包括3G無線模塊、工控主機、采集卡和傳感器，其技術要點是：工控主機用于執行上位機下達的命令，根據上位機命令控制采集卡完成數據的采集，并接收采集卡傳來的數據，整理并打包數據，將數據發往上位機服務器，3G無線模塊用于通過公網發送接收數據，采集卡用于將傳感器中的模擬信號轉換成數字信號，傳感器用于采集被測信息，在工控主機與采集卡之間連接有一個通信轉換模塊，所述3G無線模塊與工控主機相連，工控主機與通信轉換模塊相連，通信轉換模塊與采集卡相連，采集卡與傳感器的輸出端相連，工控主機與通信轉換模塊之間采用CAN總線通信方式，通信轉換模塊與采集卡之間采用485通信方式，監測系統采用包含主機一和主機二的雙主機架構的方式，采集卡被啟動之后，周期性通過CAN總線向工控主機上傳采集到的數據，工控主機收到采集卡數據后對其進行整理，并上傳給上位機服務器，當主機一收到上傳歷史數據命令或處于異常狀態時，主機二會啟動，并作為上傳實時數據的通道，待主機一恢復實時采集狀態時，主機二停止工作。監測系統可選取不同類型的傳感器，相對于不同的傳感器協議，設計有一套下位機信息控制方法：

步驟（1）：接收上位機傳來的命令，選擇正確的通道；

步驟（2）：判斷接收數據的類型，設定上傳數據的類型；

步驟（3）：判斷上位機服務器下達的命令，命令1即為采集數據，命令2為上傳歷史數據，命令3為設定系統的時間，網絡斷開時則將采集到的數據保存至下位機。

本發明的優點在于將CAN通信與485通信結合使用，此設計，提出一種新的橋梁健康監測系統通信架構，監控系統主機內部的工控主機與各通信轉換模塊之間采用CAN通信，通信轉換模塊與采集卡之間采用485通信。這樣可以充分利用兩種通信方式的優勢，CAN(ControllerAreaNetwork)是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，較目前基于RS-485總線構建的分布式控制系統而言，基于CAN總線的分布式控制系統在以下方面具有明顯的優越性：CAN控制器可作于多主方式，網絡中的各節點都可根據總線訪問優先權(取決于報文標識符)采用無損結構的逐位仲裁方式競爭向總線發送數據，且CAN協議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數據進行編碼，這可使不同的節點同時接收到相同的數據，這些特點使得CAN總線構成的網絡各節點之間的數據通信實時性強，并且容易構成冗余結構，提高系統的可靠性和系統的靈活性。而利用RS-485只能構成主從式結構系統，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統的實時性、可靠性較差；CAN總線通過CAN控制器接口芯片的兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連，而CANH端的狀態只能是高電平或懸浮狀態，CANL端只能是低電平或懸浮狀態。這就保證不會出現象在RS-485網絡中，當系統有錯誤，出現多節點同時向總線發送數據時，導致總線呈現短路，從而損壞某些節點的現象，而且CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響，從而保證不會出現象在網絡中，因個別節點出現問題，使得總線處于“死鎖”狀態；CAN具有完善的通信協議，可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現，從而大大降低了系統的開發難度，縮短了開發周期，這些是只僅僅有電氣協議的RS-485所無法比擬的。