结构健康监测无线传感器组网系统研究与开发

论文摘要

应用无线传感器网络对大型结构进行健康监测,掌握结构在荷载作用下的响应情况,通常需要在结构上布置大量的传感器探测节点。在这些分散布置的传感器节点之间组建高效、稳定的网络进行数据的交互与传输对于监测工作的顺利进行具有非常重要的意义。文章对结构健康监测无线传感器组网技术进行了研究,针对课题组开发的无线传感监测设备进行了嵌入式程序开发,并在此基础上开发出一套结构健康监测无线传感器组网软件系统,针对不同的结构体量和传感器探测节点分布情况实现了不同的组网方式,并能够对组建后的监测网络进行维护,以保证整个结构健康监测系统的正常运行。首先研究了用于结构健康监测的无线传感器组网技术。在简要介绍了本文研究开发的结构健康监测无线传感器组网系统的应用对象以后,分析了结构健康监测网络的自身特点、对应的组网技术要求及其嵌入式程序实现方法,进而提出了用于结构健康监测的几种组网方式,分别阐述了各种组网方式的适用范围和优缺点,并进行嵌入式程序开发逐一予以实现。开发了结构健康监测无线传感器组网软件系统。先总体介绍了自主开发的结构健康监测无线组网软件的功能划分和软件界面,然后详细阐述了软件组网、显示两大功能模块中各个功能的编程实现方法及其操作界面,最后通过在实验室搭建的几个算例对软件能够实现的各种结构健康监测组网方式进行了说明。结合课题组承接的鸟巢国家体育场安全运营监测项目,应用结构健康监测无线传感器组网系统进行了监测过程前期的网络组建工作,并在监测过程中对网络运行状况进行检查与维护,保证监测数据采集后的回收乃至整个结构健康监测系统的正常运行。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目次
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构健康监测无线传感器组网系统的提出和意义
• 1.3 结构健康监测无线传感器组网系统的研究现状
• 1.3.1 用于结构健康监测的无线传感器组网技术研究
• 1.3.2 用于结构健康监测的无线传感器组网软件研究
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 结构健康监测无线传感器组网技术研究
• 2.1 结构健康监测无线传感器组网系统的应用对象
• 2.2 结构健康监测网络的自身特点与组网技术要求及实现
• 2.2.1 结构健康监测网络自身特点
• 2.2.2 结构健康监测组网技术要求
• 2.2.3 嵌入式程序实现
• 2.3 结构健康监测组网方式与组网嵌入式程序开发
• 2.3.1 星形组网
• 2.3.2 链状分簇组网
• 2.3.3 树状分簇组网
• 2.3.4 环状分簇组网
• 2.4 本章小结
• 第3章 结构健康监测无线传感器组网软件系统开发
• 3.1 组网功能模块
• 3.1.1 组网对象设置
• 3.1.2 路由组网
• 3.1.3 测点组网
• 3.1.4 网络重组与调整
• 3.1.5 显示支持
• 3.2 显示功能模块
• 3.2.1 结构模型与测点分布显示
• 3.2.2 网络拓扑结构显示
• 3.2.3 通信状况显示
• 3.3 各种结构健康监测组网方式的实现算例
• 3.3.1 星形组网
• 3.3.2 链状分簇组网
• 3.3.3 树状分簇组网
• 3.3.4 环状分簇组网
• 3.4 本章小结
• 第4章 无线传感器组网系统在结构健康监测中的工程应用
• 4.1 工程概况
• 4.2 监测内容和意义
• 4.2.1 监测意义
• 4.2.2 监测内容
• 4.3 监测设备与测点布置
• 4.3.1 监测设备
• 4.3.2 测点布置
• 4.4 组网方案
• 4.5 组网实现
• 4.5.1 结构模型与测点布置
• 4.5.2 网络组建
• 4.5.3 网络维护
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简介