综上所述，结合桥梁跨度大，要求节点多，传输数据少，组网大的特点，本系统选用ZigBee技术作为无线通信的技术是最优的选择。

　　2 系统的总体设计

　　系统分为下位机和上位机两部分，其结构如图1所示。下位机采用TI公司的CC2530片上系统和与之匹配的Zstack协议栈配合位移传感器组成的无线位移传感网络。它实现了对桥梁的各个监测点的横向位移的实时采集和传输汇集。上位机使用C#语言和.NET Framework技术编写的基于SQL SERVER数据库的C/S架构的数据管理和浏览软件。

　　图1 系统结构图

　　3 无线位移传感网的设计

　　3.1 无线位移传感网的硬件设计

　　3.1.1 直线位移传感器原理及数据采集处理电路

　　本系统选用了直线位移传感器作为系统的位移传感器。其原理图如图2所示，AB之间是均匀缠绕着精密电阻丝的电阻，当外界的位移发生变化时就会带动C点在AB之间来回运动，从而使BC之间的电阻发生变化，根据电路分压的原理，C点的输出电压SENSOR_OUT也发生变化，从而通过测量电压的变化就能转换测量出位移多少。

　　以B点为参考点具体测量公式为：

　　[SBC=kUAB] （1）

　　式中：[SBC]表示以B为参考点的位移量；[UAB]为传感器的输入电压；[k]为单位电压的位移变化率。由上面分析可知，这种类型位移传感器具有很高的线性度。同时其还具有结构简单，性能稳定，受外界影响小，信号输出大等优点[6]。不过其分辨率较低，一般小于20 μm。但考虑到曲线桥的横向位移一般在mm级[7]，完全能满足应用要求。

　　

　　图2 位移传感器原理图

　　对于传感器数据的模/数转换处理，采用由TI公司生产的TLC549 AD转换芯片。它是TI公司生产的一种高性能、低价位、以8位开关电容逐次逼近方法实现的A/D转换器，其转换速度小于 17 μs，最大转换速率为4 MHz，并且它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接[8]。

　　3.1.2 无线位移传感网节点硬件设计

　　在本系统中无线位移传感网包括三种节点的设计：传感器节点、路由节点和协调器节点。协调器主要负责网络的组建和维护；路由节点负责传输路径的选择和寻址[9]；传感器节点主要负责位移数据的采集显示传输。由于路由节点和协调器节点的结构相差无几，下面只给出协调器节点和传感器节点的硬件结构图，如图3，图4所示。

　　

　　图3 传感器节点

　　

　　图4 协调器节点

　　其中部分系统实物图如图5所示。

　　3.2 无线位移传感网络软件设计

　　本系统采用了TI公司的Zstack协议栈作为应用的开发基础，在协议栈中自动地完成网络的组建[10]。因此本系统的软件设计主要是基于其应用层的开发。由于在本系统中基本没有对路由器的协议栈进行修改，因此本文将主要对传感器检测节点和协调器节点的流程进行大概介绍。

　　

　　图5 部分硬件实物图

　　3.2.1 传感器检测节点软件设计

　　传感器检测节点主要实现了传感器信息的采集和转换、与协调器的通信、系统信息的液晶显示以及按键的处理等功能，主要流程图如图6所示。

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