本發(fā)明涉及一種無(wú)線傳感風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)同步采集的無(wú)線傳感風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

健康監(jiān)測(cè)在當(dāng)代大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建造運(yùn)營(yíng)中起到越來(lái)越重要的作用，而風(fēng)荷載作為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)最主要的荷載之一，其動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的必要性不言而喻。以風(fēng)荷載動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)為代表的動(dòng)態(tài)健康監(jiān)測(cè)通常還包括應(yīng)力應(yīng)變動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、加速度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及溫度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。這些動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求均較為相似：所需的采樣頻率較高且采樣過(guò)程中不同測(cè)點(diǎn)應(yīng)同步采集。如果測(cè)點(diǎn)的時(shí)間同步性不能保證，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量將大幅降低。

現(xiàn)有的無(wú)線傳感監(jiān)測(cè)的同步方法大致有兩類：第一種是通過(guò)采集儀發(fā)送無(wú)線信號(hào)，所有測(cè)點(diǎn)收到信號(hào)后作出相應(yīng)反應(yīng)，這種方法最大的問(wèn)題是無(wú)線信號(hào)難以大規(guī)模覆蓋，如通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，則勢(shì)必導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)與之前的信號(hào)不再同步；第二種是通過(guò)gps的信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，但這種方法的問(wèn)題在于，當(dāng)測(cè)點(diǎn)處于gps信號(hào)相對(duì)較弱的位置，比如屋蓋下表面和室內(nèi)，此時(shí)該方法的成功率將降低，從而無(wú)法有效的校準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提提供一種實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)同步采集的無(wú)線傳感風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)同步采集的無(wú)線傳感風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立的風(fēng)荷載傳感測(cè)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)測(cè)點(diǎn)由低功耗中央控制模塊、無(wú)線傳感模塊、時(shí)鐘模塊以及fm同步模塊組成；低功耗中央控制模塊和無(wú)線傳感模塊組成測(cè)點(diǎn)的基本功能模塊，負(fù)責(zé)基本的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；時(shí)鐘模塊和fm同步模塊并不依賴基本模塊，可獨(dú)立運(yùn)行。

所述低功耗中央控制模塊接收定時(shí)采集指令后，等待時(shí)鐘模塊的觸發(fā)信號(hào)；在接收到觸發(fā)信號(hào)后激活無(wú)線傳感模塊采集風(fēng)荷載數(shù)據(jù)。

所述fm同步模塊偵聽民用fm信號(hào)，通過(guò)識(shí)別fm信號(hào)的整點(diǎn)報(bào)時(shí)音，在整點(diǎn)時(shí)發(fā)出報(bào)時(shí)電平信號(hào)給低功耗中央控制模塊，低功耗中央控制模塊接收f(shuō)m同步模塊發(fā)送的報(bào)時(shí)電平信號(hào)后，將時(shí)鐘模塊的時(shí)間校準(zhǔn)為整點(diǎn)時(shí)間；

所述時(shí)鐘模塊接收低功耗中央控制模塊的定時(shí)指定，在到達(dá)定時(shí)指定的定時(shí)時(shí)間時(shí)，給低功耗中央控制模塊發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。

進(jìn)一步地，所有的測(cè)點(diǎn)依次接收定時(shí)采集指令，通過(guò)各自校準(zhǔn)后的時(shí)鐘模塊的觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)風(fēng)荷載同步定時(shí)自動(dòng)采集。

進(jìn)一步地，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的低功耗中央控制模塊內(nèi)部存儲(chǔ)該測(cè)點(diǎn)所在地區(qū)的可用民用fm信號(hào)的頻率和報(bào)時(shí)聲音信息，并可以驅(qū)動(dòng)fm同步模塊在不同的頻道上進(jìn)行偵聽。

進(jìn)一步地，所述fm同步模塊既可以每隔一段時(shí)間自動(dòng)偵聽民用fm信號(hào)，也可以通過(guò)人工發(fā)送指令偵聽民用fm信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)在測(cè)點(diǎn)內(nèi)部加入時(shí)鐘模塊，可以讓多測(cè)點(diǎn)通過(guò)定時(shí)的方式同步采集，通過(guò)引入fm同步模塊，可在指定時(shí)間對(duì)測(cè)點(diǎn)內(nèi)部的時(shí)鐘模塊進(jìn)行校準(zhǔn)，保證所有測(cè)點(diǎn)時(shí)鐘均為同步狀態(tài)，在大范圍大規(guī)模的動(dòng)態(tài)無(wú)線傳感風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)下能夠?qū)崿F(xiàn)精確地同步采集。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中測(cè)點(diǎn)內(nèi)部模塊組成示意圖；

圖2為本發(fā)明中測(cè)點(diǎn)收到定時(shí)采集指令后的工作流程；

圖3為本發(fā)明中測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的具體時(shí)間戳的計(jì)算方法；

圖4為本發(fā)明中多測(cè)點(diǎn)時(shí)鐘同步校準(zhǔn)過(guò)程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)施例的無(wú)線傳感風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立的風(fēng)荷載傳感測(cè)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)測(cè)點(diǎn)均由低功耗中央控制模塊、無(wú)線傳感模塊、時(shí)鐘模塊以及fm同步模塊組成，中央控制模塊和無(wú)線傳感模塊為測(cè)點(diǎn)的基本模塊，中央控制模塊可驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、無(wú)線回傳以及存儲(chǔ)等一系列工作，這兩個(gè)模塊由主電源模塊進(jìn)行供電。時(shí)鐘模塊和fm同步模塊可獨(dú)立于基本模塊運(yùn)行，其作用主要為提供采樣時(shí)間、設(shè)置定時(shí)器以及時(shí)鐘同步功能。各個(gè)模塊的組成關(guān)系如圖1所示。

測(cè)點(diǎn)內(nèi)部的時(shí)鐘模塊采用低功耗時(shí)鐘芯片，芯片集成在電路板內(nèi)部，中央控制模塊可直接與時(shí)鐘芯片進(jìn)行通信，時(shí)鐘芯片經(jīng)過(guò)初始化后即可正常工作，采用紐扣電池進(jìn)行供電。該時(shí)鐘芯片可以實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前時(shí)間，精確到10ms，時(shí)間信息通過(guò)8字節(jié)十六進(jìn)制文本進(jìn)行回傳，十六進(jìn)制文本直接表示十進(jìn)制數(shù)字。同時(shí)該芯片還可以設(shè)置最多兩個(gè)定時(shí)器，當(dāng)時(shí)間到達(dá)定時(shí)器所設(shè)定的時(shí)間時(shí)，該芯片將給中央控制模塊發(fā)出定時(shí)信號(hào)。

當(dāng)需要進(jìn)行定時(shí)采集時(shí)，中央控制模塊給時(shí)鐘模塊發(fā)送定時(shí)指令，時(shí)鐘模塊收到指令后立即設(shè)置相應(yīng)的定時(shí)器，與此同時(shí)中央控制模塊進(jìn)入等待模式，此時(shí)中央控制模塊將不受外界信號(hào)的干擾直至采集結(jié)束。當(dāng)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，時(shí)鐘芯片給中央控制模塊發(fā)送一低電平信號(hào)，中央控制模塊收到信號(hào)后首先向時(shí)鐘模塊發(fā)送讀取時(shí)間指令，并將該時(shí)間進(jìn)行存儲(chǔ)，之后立刻驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感模塊開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采樣結(jié)束后中央控制模塊再次向時(shí)鐘模塊發(fā)送讀取時(shí)間指令，將該時(shí)間記錄下后完成一次定時(shí)采集操作。測(cè)點(diǎn)的判斷流程如圖2所示。讀取數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)首末時(shí)間以及采樣次數(shù)即可推算出每一次采樣的具體時(shí)間。具體的操作方式如圖3所示：保存時(shí)間數(shù)據(jù)的時(shí)間差1和采集保存數(shù)據(jù)的時(shí)間差2是固定的，因此可得到每一次采樣的準(zhǔn)確時(shí)間。

當(dāng)需要多測(cè)點(diǎn)同步采集時(shí)，則需要每個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)的時(shí)鐘模塊保持同步狀態(tài)。測(cè)點(diǎn)設(shè)備初始化時(shí)，時(shí)鐘模塊將被賦予初始時(shí)間，該時(shí)間與設(shè)備被初始化的時(shí)間一致，同時(shí)fm同步模塊被初始化為每24小時(shí)進(jìn)行一次準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)時(shí)，并設(shè)置具體對(duì)時(shí)整點(diǎn)。此后fm同步模塊進(jìn)入休眠模式，直至當(dāng)時(shí)間到達(dá)預(yù)先設(shè)定好的對(duì)時(shí)整點(diǎn)前，fm同步模塊進(jìn)入工作模式，開始偵聽民用的fm頻段并等待整點(diǎn)對(duì)時(shí)信號(hào)出現(xiàn)。當(dāng)對(duì)時(shí)信號(hào)出現(xiàn)并被接收成功后，fm同步模塊發(fā)送消息給中央控制模塊，中央控制模塊驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘模塊將時(shí)間校準(zhǔn)為最近一次的整點(diǎn)時(shí)刻，校準(zhǔn)示意圖如圖4所示，單次同步校準(zhǔn)完成，校準(zhǔn)精度可達(dá)到1ms。此后fm同步模塊進(jìn)入休眠模式，中央控制模塊根據(jù)之前工作狀態(tài)智能決定進(jìn)入工作模式或休眠模式，直至24小時(shí)后進(jìn)入下一次同步校準(zhǔn)程序。如果fm同步模塊本次同步失敗，則在下一個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻fm同步模塊將再次提前喚醒并進(jìn)入工作狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行下一次同步校準(zhǔn)操作，直至校準(zhǔn)操作成功為止。校準(zhǔn)操作的間隔時(shí)間可修改為每日、每周、每月或每年進(jìn)行一次同步校準(zhǔn)，考慮到時(shí)鐘模塊的個(gè)體差異的存在，同步校準(zhǔn)必須經(jīng)常進(jìn)行。

另外，考慮到有些對(duì)同步要求性非常高的采集操作，比如加速度采集操作，可以通過(guò)發(fā)送指令的方式人工打開fm同步模塊，此時(shí)fm同步模塊進(jìn)入偵聽狀態(tài)，一旦偵聽到整點(diǎn)信號(hào)，則自動(dòng)進(jìn)行時(shí)鐘的校準(zhǔn)。進(jìn)一步的，當(dāng)測(cè)點(diǎn)時(shí)鐘同步之后，要想實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)同步采集，只需依次向每個(gè)測(cè)點(diǎn)發(fā)送定時(shí)采集指令即可。

本發(fā)明系統(tǒng)不僅適用于需要大規(guī)模同步采集的風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還可以適用于類似的需要?jiǎng)討B(tài)同步監(jiān)測(cè)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，比如應(yīng)力應(yīng)變動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、加速度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及溫度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)同步采集的無(wú)線傳感風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在測(cè)點(diǎn)內(nèi)部集成了時(shí)鐘模塊和FM同步模塊，時(shí)鐘模塊在提供時(shí)間信息的同時(shí)還可以設(shè)置定時(shí)器，從而可以讓中央控制模塊實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)；FM同步模塊通過(guò)偵聽FM廣播的整點(diǎn)報(bào)時(shí)信號(hào)來(lái)進(jìn)行對(duì)時(shí)，測(cè)點(diǎn)內(nèi)部的中央控制模塊在收到FM同步模塊發(fā)出的信號(hào)后自動(dòng)判斷時(shí)鐘模塊所需校準(zhǔn)的時(shí)間整點(diǎn)，并將時(shí)鐘模塊校準(zhǔn)到對(duì)應(yīng)整點(diǎn)時(shí)刻處，從而使得在各種環(huán)境下多個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)部的時(shí)鐘均可以保持高度同步，進(jìn)而在多個(gè)測(cè)點(diǎn)的情況下可以通過(guò)依次向每個(gè)測(cè)點(diǎn)發(fā)送定時(shí)采集指令實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)同步采集數(shù)據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：羅堯治;王煜成;劉玄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.28
技術(shù)公布日：2017.07.07