【摘 要】橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其安全性已成為人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)話題。近年來(lái)，橋梁交通事故頻發(fā)，橋梁的安全監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為研究的重點(diǎn)。采用PMU6050傳感器對(duì)橋梁震動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，利用ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸給上位機(jī)。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)橋梁震動(dòng)數(shù)據(jù)，完成對(duì)橋梁的安全管理。

【關(guān)鍵詞】橋梁 震動(dòng) 監(jiān)測(cè) Zigbee

一、引言

建國(guó)以來(lái)我國(guó)橋梁事業(yè)得到迅速發(fā)展，現(xiàn)如今已經(jīng)從大規(guī)模建設(shè)向管理維護(hù)方向發(fā)展著，又因?yàn)槲覈?guó)近年來(lái)橋梁事故頻發(fā)，那么橋梁監(jiān)測(cè)力度就應(yīng)增強(qiáng)。我國(guó)橋梁已經(jīng)出現(xiàn)了三千多年，隨著經(jīng)濟(jì)與交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國(guó)的大型橋梁越來(lái)越多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有橋梁有50萬(wàn)座。但是據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2007年算起，5年來(lái)，全國(guó)共有37座橋梁垮塌，其中13座在建橋梁發(fā)生事故，共致使182人喪生，177人受傷。平均每年有7.4座“奪命橋”，即平均不到兩個(gè)月就會(huì)有一起事故發(fā)生。從記者所調(diào)查到的24座橋梁事故來(lái)看，2009年3起，2010年4起，2011年6起，到2012年發(fā)生8起，橋梁事故逐年增長(zhǎng)。因橋梁?jiǎn)栴}較為嚴(yán)重，所以本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)大橋震動(dòng)的檢驗(yàn)來(lái)提高對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)的力度，及時(shí)的反饋數(shù)據(jù)，從而讓監(jiān)測(cè)人員提高管理效率。

二、橋梁現(xiàn)狀及監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

橋梁檢測(cè)存在的問(wèn)題主要有： 橋梁檢測(cè)技術(shù)落后， 橋梁檢測(cè)的主要手段仍是目測(cè)， 評(píng)估采用專家評(píng)分方法，主觀人為因素較大， 有時(shí)不能客觀準(zhǔn)確反映橋梁的實(shí)際情況；檢測(cè)儀器設(shè)備落后；檢測(cè)復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、技術(shù)要求高、工作量大、費(fèi)用高， 一些檢測(cè)項(xiàng)目必須中斷交通進(jìn)行， 給交通造成不便；沒有充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最新成果和理論， 盡管表觀檢測(cè)仍然是橋梁檢測(cè)的重要手段，但一方面表觀檢測(cè)結(jié)構(gòu)的分析方法或理論需要進(jìn)一步發(fā)展，另一方面逐漸引入先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)更是橋梁管理與養(yǎng)護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)。

在試驗(yàn)階段，本系統(tǒng)基于STM32與MPU6050在橋梁模型中模擬車輛在橋上行駛，對(duì)大橋產(chǎn)生震動(dòng)，經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸（Zigbee）將數(shù)據(jù)傳入監(jiān)控系統(tǒng)，來(lái)顯示橋梁震動(dòng)情況，分析數(shù)據(jù)，由此來(lái)保證橋梁的安全管理。

三、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

其流程是先由MPU6050傳感器采集震動(dòng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸給MCU（STM32）進(jìn)行有效性的檢驗(yàn)，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，將傳感器所采集的模擬量轉(zhuǎn)換為能處理的數(shù)字量，經(jīng)算法計(jì)算后在得到可以進(jìn)行監(jiān)控的的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)無(wú)線通信傳輸（Zigbee），將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，監(jiān)控人員可以通過(guò)上位機(jī)得到的數(shù)據(jù)對(duì)大橋的健康情況有直接的了解，提高了大橋監(jiān)測(cè)的效率。

四、系統(tǒng)硬件

（一）STM32片上資源。系統(tǒng)采用了ST公司基于Cortex-M3內(nèi)核的32位增強(qiáng)型閃存微控制器STM32F103ZE作為控制核心，Cortex-M3內(nèi)核是專門設(shè)計(jì)于滿足集高性能、低功耗、實(shí)時(shí)應(yīng)用、具有競(jìng)爭(zhēng)性價(jià)格于一體的嵌入式領(lǐng)域的要求。該芯片最高工作頻率可達(dá)到72 MHz，具有512K字節(jié)的閃存以及64K字節(jié)的SRAM，豐富的片上資源大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件，同時(shí)大大降低了系統(tǒng)功耗。

（二）Zigbee無(wú)線傳輸設(shè)備。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪問(wèn)控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）等。Zigbee作為一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，由于其網(wǎng)絡(luò)可以便捷的為用戶提供無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有非常強(qiáng)的可應(yīng)用性。

五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及結(jié)果

六、結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)采用ST公司的ARM芯片STM32芯片包含豐富的功能模塊，系統(tǒng)無(wú)需外擴(kuò)芯片即可實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信等功能，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，節(jié)約了投資。MPU6050更是在監(jiān)測(cè)震動(dòng)方面能夠提供精確的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)具有功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)大橋的震動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與可靠性有顯著提高。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，這種基于STM32的電力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將有更高的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。

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