多参数桥梁振动监测系统设计

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  •     由于桥梁的使用年限长,加上设计、施工和使用材料的质量等诸多因素的影响,会使桥梁存在先天的薄弱因素,因此桥梁结构的安全性非常重要。对桥梁的运行状况进行健康监测,可以有效预防突发型灾难,减少损失与人员伤亡。由于桥梁大都处于交通要道,距离监控中心比较远,目前主要采用人工测量状态参量与测试数据的事后实验室分析评价的方法。这种方法效率低,也不能对突发事件进行预警,随着现代通信技术的发展,采用无人值守的远程监测系统已成为研究热点[1],目前主要是研究桥梁的某一个方向的振动居多,而对于桥梁的温湿度情况、当前风速风向等参数未有涉及,尤其是在我国东南沿海区域每年的台风天气,桥梁所需要经受的台风冲击严重,因此设计开发具有多参数监测的桥梁预警系统意义重大。
    1 系统设计
      如图1所示为多参数桥梁预警系统的设计框图。被监测的桥梁上挂接着多种不同类型的监测传感器节点,主要有温湿度检测节点、风速风向检测节点和XY双轴振动监测节点。不同类型的监测节点,采用统一地址编码的方式,将采样到的传感器信息通过高速CAN总线[2]发送到本地计算机上。系统采用了ATOM凌动处理器的便携式低功耗移动平台计算机,其体积小巧,功耗低,在关闭液晶显示器时,最低功耗不到1 W,而总体积比一个公文包小,且采用直流电压供电,因此本系统将该计算机平台放置在监测本地,与桥梁的距离通常在300 m以内,在此距离内CAN总线的最高数据传输速率可达125 kb/s,可连接足够数量的监测节点。本地计算机将每分钟采集到的所有传感器节点的参数信息压缩打包后通过GPRS模块发送到远程服务器端,并在服务器端完成数据解释、存盘等工作。由于本地监测系统是一个独立系统,因此采用了大容量的铅酸蓄电池作为供电能源,当天气良好时,太阳能电池板工作,并经由太阳能调压充电器对铅酸蓄电池充电,保证系统长时间的工作。

    多参数桥梁振动监测系统设计

    2.3 CAN通信接口设计
        本文采用STM32系列的Cortex-M3内核控制器,其片内自带了满足CAN2.0A与CAN2.0B协议的硬件通信接口,并使用CTM8251AT隔离型CAN收发模块完成了CAN总线的高速数据通信功能。以下为CAN波特率的计算:
        BodeRate=PCLK1/CAN_Prescaler/(CAN_SJW+CAN_BS1+CAN_BS2)
        由于CAN是挂接在APB1总线上,因此采用时钟PCLK1,当PCLK1=72 MHz时,波特率为=72/9/16=0.5 MHz,CAN_Prescaler的预分频值为1~1024。

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