一種新型的高速鐵路橋梁監測系統
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系統硬件電路
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/115696.htmImote2搭載了一個(gè)強大的Marvell公司PXA271處理器芯片，并集成了德州儀器CC2420射頻芯片。與以往無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)路的平臺相比，Imote2提供了更多存儲資源，包括256kB的SRAM、32MB的SDRAM和32MB的Flash。Imote2從真正意義上打破了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )平臺在計算能力和內存方面的局限性，可以在數字圖像傳輸和工業(yè)震動(dòng)監測等領(lǐng)域廣泛應用。圖2為Imote2的系統組成[4~5]。
Imote2包含處理器PXA271，該處理器可工作在低電壓(0.85V)和低頻(13MHz)模式，可進(jìn)行低功耗操作。PXA271是多芯片模塊，即在一個(gè)封裝內集成3個(gè)芯片：處理器、32MB FLASH以及32MB SDRAM。處理器提供多種I/O，能夠靈活的支持不同種類(lèi)的傳感器、A/D、射頻器等。處理器還包括多個(gè)定時(shí)器和一個(gè)時(shí)鐘。另外，PXA271處理器板還包含了一個(gè)無(wú)線(xiàn)MMX協(xié)處理器。增加了30條媒體處理器指令，支持隊列及視頻操作，并兼容Intel MMX和SSE integer指令。
Imote2接口板包含2個(gè)USB串口和1個(gè)JTAG接口，可通過(guò)高級接口連接到Imote2上。接口板可以通過(guò)mini–B USB接口連接到PC機上的USB口。JTAG接口是標準20針接口，兼容標準適配器。因此，可使用Marvell軟件開(kāi)發(fā)工具套件及類(lèi)似工具，為Imote2的閃存進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)、調試和重新編程。
Imote2節點(diǎn)平臺
由圖3可知，一個(gè)Imote2節點(diǎn)平臺包括應變、加速度等各類(lèi)傳感器、ADS1256、電源管理單元和Imote2節點(diǎn)。它們被大量布散在橋梁關(guān)鍵監測區域，它們通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道相連，形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò )系統，利用Imote2強大的處理器對橋梁的撓度、應變等主要結構的受力狀態(tài)進(jìn)行監測，是整個(gè)系統的核心部分。
ADS1256與電容傳感器相連，Imote2分別與存儲器、電源模塊和ADS1256相連。電容傳感器和ADS1256是由電源管理單元供電的。對于電容加速度傳感器與ADS1256的連接，采用了單極輸入方式進(jìn)行通信，將多個(gè)傳感器分別接于A(yíng)DS1256的輸入端。ADS1256通過(guò)采用四線(xiàn)制(時(shí)鐘信號線(xiàn)SCLK、數據輸入線(xiàn)DIN、數據輸出線(xiàn)DOUT和偏片選線(xiàn)CS)SPI通信方式與Imote2連接進(jìn)行通信。這里低噪聲、高精度的24位模擬-數字轉換器和SPI接口技術(shù)以及電容傳感器的使用，使在數據采集過(guò)程中做到了精度高，測量范圍大，靈敏度高，動(dòng)態(tài)響應快，穩定性好等優(yōu)點(diǎn)[6]。
在鐵路橋梁兩端的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)不需要強大的計算能力，但必須保持低功耗和以及足夠的無(wú)線(xiàn)傳輸距離。一直以來(lái)測量多個(gè)數據并且保持低功耗和以及足夠的傳輸距離是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的兩大軟肋，但可借助Crossbow最新推出的另外一款IRIS節點(diǎn)平臺，能夠提供低功耗和遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸的雙重優(yōu)勢，無(wú)需煩惱于如何取舍功率和作用距離。
IRIS工作在2.4GHz、支持IEEE 802.15.4/ZigBee協(xié)議，具有更廣的作用范圍，傳輸距離較以往產(chǎn)品提高三倍。在處理器和射頻平臺方面，XM2110基于A(yíng)Tmega1281處理芯片。ATmega1281是一款低功耗的處理器。在傳感器板方面，Crossbow為IRIS提供多種傳感器板和數據獲取板，并且都能夠通過(guò)標準51針擴展接口與其連接[7]。
IRIS節點(diǎn)平臺
由圖4可知，一個(gè)IRIS節點(diǎn)平臺包括磁鋼傳感器，MDA300數據采集板，IRIS節點(diǎn)。傳感器通過(guò)IRIS提供的MDA300數據采集板與IRIS連接，MDA300提供8個(gè)ADC通道、8個(gè)數字通道以及I2C接口用于外接各類(lèi)傳感器[8]。
它位于鐵路橋梁的兩端，當有列車(chē)通過(guò)時(shí)，磁鋼傳感器就會(huì )自動(dòng)采集和處理數據，處理完的數據由IRIS的射頻模塊進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸，IRIS足夠的無(wú)線(xiàn)傳輸距離可以將開(kāi)始或停止數據采集的信號發(fā)送給無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，最終控制分散在橋梁關(guān)鍵監測區域的Imote2節點(diǎn)平臺的數據采集時(shí)間。
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