基于ZigBee和GPRS的支架结构安全监测系统设计
文章来源：本站人气：2190发表时间：2017-06-16【小中大】
常见的无线通信技术从通信距离上可划分为远距离无线通信(如GPRS DTU，GSM，LTE，CDMA等)和近距离无线通信(如UWB，WiFi，ZigBee，IrDA，Bluetooth等)。其中，GPRS技术由于具有永久在线、远距离传输、数据传输速率高、按流量计费等特点而广泛应用于移动商务、移动互联网、工业控制等领域。ZigBee技术由于具有低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率以及较远的传输距离等特点，广泛应用于智能家居、无线抄表、工业控制、手机终端、楼宇自动化等领域，在无线通信领域具有显而易见的优势和潜在的应用价值。在充分利用GPRS远距离通信技术以及ZigBee近距离无线组网技术的基础上，将二者的优势相互结合，开发了一种基于ZigBee和GPRS的支架结构安全监测系统。
1、系统总体架构
整个系统主要由无线传感器网络、GPRS网络和Internet组成。其中，无线传感器网络采用ZigBee技术在支架施工现场进行无线组网，不同类型的设备分散布置于支架结构的被测位置处。其中，智能无线传感器设备负责采集支架自身监测区域的数据，并将采集到的数据通过无线射频模块发送，路由设备接收采集到的数据并将其转发至ZigBee协调器设备，协调器设备再将路由设备转发的数据通过RS 232串口传输至数据传输单元(Data Transmit Unit，GPRS DTU)，CPRS网络与Internet网相连将数据送至远程监控中心(即指挥中心)PC机网络端口，并在LabVIEW人机交互软件界面上显示，最终实现支架结构无线安全监测。
2、系统硬件电路设计
智能无线传感器
智能无线传感器分散布置在支架结构的关键部位，根据对支架结构倒塌原因的分析研究，总结出所需的被测物理量。常见的倒塌原因有：
(1)支架承载力不满足要求，局部立杆被压弯失稳导致整体坍塌;
(2)立杆垂直高度误差偏大，部分扣件未拧紧，水平杆连接未采用搭接方式;
(3)实际施工中产生局部地基不均匀下沉(整体均匀下沉另当别论)，下沉的立杆所应该分担的荷载转嫁到未下沉立杆上，造成未下沉立杆超载失稳;
(4)不均匀加载;
(5)混凝土浇筑过程中出现异常振动，未引起重视。
因此，通过测量支架结构的应力、位移、应变、振动、倾角等物理量，能够实现支架结构整体的测量。将上述物理量之间相互转换，最终可归纳为测量支架结构的应变和倾角。通过测量这两个物理量，即可达到对支架结构进行全面监测的效果。智能无线传感器由数据采集模块、数据处理模块、无线射频模块和电源管理模块4部分组成。数据采集模块采集支架监测区域关键部位的应变和倾角信息。应变片主要负责采集支架立杆结构的应变值，通过惠斯通电桥将其转化为微弱变化的电压量。倾角传感器则负责监测支架结构倾斜角度的变化，并通过角度变化的相对值来判断支架整体结构的安全稳定性。
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