基于Super-ZigBee技術的高大建筑物臺風監(jiān)測系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、現(xiàn)代建筑物的高度、跨度及迎風面面積都在不斷增長中,因而從安全性、耐用性及防災減災角度出發(fā),需要對建筑物尤其是高大建筑物進行全方位實時臺風監(jiān)測。傳統(tǒng)的臺風監(jiān)測系統(tǒng)往往是通過有線方式連接大量的傳感器進行數(shù)據(jù)采集,但是高大建筑物結構復雜,往往遇到布線困難的問題。本文針對傳統(tǒng)臺風監(jiān)測系統(tǒng)的布線困難,利用當前高速發(fā)展的MEMS技術、智能傳感器技術和無線通信技術,設計了基于無線傳感器網(wǎng)絡的高大建筑物臺風監(jiān)測系統(tǒng)。首先,針對臺風監(jiān)測環(huán)境和應用要求,對

2、不同通信技術的性能進行分析比較,確定采用ZigBee技術為核心的總體設計方案。然后,根據(jù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)模和實時采集要求,選取了星型拓撲結構。
　　 系統(tǒng)的硬件方面,無線收發(fā)模塊采用了由ZigBee技術發(fā)展而來的Super-ZigBee技術,其在常規(guī)ZigBee的無線通信收發(fā)端無縫連接低噪聲前端放大器,適當增加功耗的情況下,大幅改善了節(jié)點通信距離不足的問題；傳感器采集模塊采用了以智能信號調理芯片ZMD31050為核心的信號調理電路,

3、并配合基于MEMS制造工藝的硅壓阻式壓力傳感器,實現(xiàn)了風荷載壓力傳感器低功耗和高精度的設計。
　　 系統(tǒng)的軟件方面,針對ZigBee網(wǎng)絡系統(tǒng)延時較長、實時性較差的缺陷,通過采用數(shù)據(jù)打包發(fā)送、數(shù)據(jù)幀添加時間戳和優(yōu)化無線通信數(shù)據(jù)量的方法,解決了ZigBee網(wǎng)絡的延時和吞吐量不足的問題,滿足了系統(tǒng)的實時監(jiān)測要求；終端節(jié)點的休眠模式程序設計使節(jié)點無任務時進入節(jié)能模式,實現(xiàn)了終端節(jié)點的低功耗設計,增加了監(jiān)測系統(tǒng)的工作時間。
　　

4、系統(tǒng)的調試和實驗分為無線收發(fā)模塊的通信實驗、傳感器模塊的校準和標定及穩(wěn)定性測試實驗和樣機的聯(lián)機調試實驗。無線收發(fā)模塊的通信實驗驗證了Super-ZigBee技術的通信距離完全能夠滿足監(jiān)測應用的要求。對風荷載壓力傳感器模塊校準和標定后,對其進行測試,結果表明該模塊精度高,時漂量小,性能穩(wěn)定,能夠適用于高大建筑物臺風監(jiān)測系統(tǒng)長時間監(jiān)測的要求。最后的聯(lián)機調試,體現(xiàn)了所設計的臺風監(jiān)測系統(tǒng)突出的實時性和穩(wěn)定性特點,能夠很好地替代傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng),滿