網絡傳感器在橋梁健康遠程監測系統中的應用

摘要：一套基于TCP/IP協議的網絡化傳感器，介紹了它的硬件組成、軟件結構以及在橋梁健康狀態遠程監測系統中的應用。這種新型傳感器實現了與服務器之間信息的實時發布與共享，使得測控網與信息網融為一體。
本文把普通傳感器與計算機網絡技術相結合，研究并開發了一種基于TCP/IP協議的網絡化傳感器，使分布于現場的傳感器實現了對橋梁健康狀態各種模擬信號的就近數字化和網絡傳輸。網絡傳感器在整個系統中的作用如圖1所示。

1、網絡傳感器的硬件結構
網絡傳感器的關鍵部分采用美國Z-World公司的核心模塊RCM3200。該模塊使用新一代嵌入式系統CPU——Rabbit 3000，它是美國Z-World公司推出的8位高性能微處理器，其程序存儲器中固化有當前流行的Internet協議棧，如HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP等，而且集成有10/100BaseT以太網接口，這樣，網絡傳感器在進行數據采集或完成I/O控制任務的同時，可以完成Internet協議處理，實現與上位機之間信息的實時發布與共享。該網絡傳感器的結構如圖2所示。

每個網絡傳感器有自己的IP地址和端口號，在整個監測系統中，可以安裝多個網絡傳感器，用交換機相連，組成以太網。
2、網絡傳感器的軟件設計
網絡傳感器的軟件系統由Dynamic C語言創建。Dynamic C基于C語言，是由Z-World公司為Rabbit系列微處理器提供的軟件開發工具，適用于編寫嵌入式軟件，是擴展了的C編程系統。該軟件開發環境集編輯、編譯、鏈接、調試和下載于一體，具有系統在線編程調試功能，只要用一根接口電纜把PC串行口和基于Rabbit3000的網絡傳感器連接起來，就可實現軟件的開發。　　
軟件系統的功能包括兩大部份：信號采集和網絡傳輸，主程序流程圖如圖3。
下面給出部分系統初始化的源程序：

3、橋梁健康狀態檢測結果
運行于橋頭服務器的上位機監測軟件的開發平臺是NI公司的LabVIEW7.0，該軟件具有友好的用戶界面，可以把所有的采集數據存入數據庫，并可實現波形的顯示和分析。下面以橫向位移信號為例給出測量結果曲線（圖4）。

4、結束語
本文所介紹的以Rabbit 3000微處理器為核心的網絡傳感器是傳感器技術與網絡通信技術相結合的結果，實現了橋梁健康狀態監測系統的完全數字化和網絡化，使得測控網與信息網融為一體。而且還可以做到”即插即用”，非常方便于系統的擴充和維護。除了橋梁等大型建筑之外，在國防、通信、航空、航天、氣象、制造等有大范圍網絡化測控需求的領域，網絡化儀器同樣可以取代傳統的傳感器而得到廣泛的應用。