基于IPv6和低功耗的混凝土測量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).pdf

1、鋼筋混凝土在各種環(huán)境中都會受到不同程度的腐蝕，尤其是在富含有害離子的海水中，存在大量氯鹽和硫酸鹽，會分別跟鋼筋和混凝土發(fā)生化學反應，造成鋼筋腐蝕和混凝土脹裂。所以，對鋼筋混凝土的腐蝕的檢測在土木工程中有重要意義，可以為混凝土腐蝕的檢測和防護提供參考。青島跨海大橋于建設初期，在受到海水侵蝕的混凝土橋墩中預埋了大量傳感器，可以測量其內(nèi)部電化學參數(shù)。但是，傳感器在橋墩上的位置及預埋的數(shù)量，給傳統(tǒng)的現(xiàn)場測量帶來很大困難，故對于青島跨海大橋的這種

2、復雜應用場景來說，需要利用其預埋的傳感器實現(xiàn)簡單有效的自動化測量，并通過無線的方式將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡。
　　在研究和對比了多種腐蝕電化學測量方法后，本課題采用交流阻抗法來測量和分析混凝土的內(nèi)部特性，交流阻抗法是用小幅度正弦交流信號擾動電極，進行電化學測試的方法，根據(jù)測得的交流阻抗數(shù)據(jù)，來分析其電化學特性。為了能夠簡便且準確地測量混凝土的交流阻抗，本課題采用高精度的阻抗轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)解決方案AD5933，AD5933內(nèi)部的DDS產(chǎn)

3、生信號激勵外部復阻抗，ADC采集響應信號，然后由片上DSP做DFT運算得到每個頻率點上的復阻抗值。
　　數(shù)據(jù)的上傳則通過無線傳感器網(wǎng)絡，網(wǎng)絡由網(wǎng)關、邊緣路由器、協(xié)調(diào)器和節(jié)點組成。無線傳感器網(wǎng)絡的末端節(jié)點采集傳感器數(shù)據(jù)，以無線方式進行通信，將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)關，由網(wǎng)關發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)。綜合考慮嵌入式硬件條件、網(wǎng)絡協(xié)議和系統(tǒng)環(huán)境后，本課題以Contiki操作系統(tǒng)和CC2538控制器為基礎，圍繞低功耗和IP網(wǎng)絡互聯(lián)兩大需求，將混凝土參數(shù)測量和無

4、線傳感器網(wǎng)絡相結(jié)合，設計并實現(xiàn)了一個適用于青島跨海大橋的混凝土檢測系統(tǒng)。
　　邊緣路由其協(xié)調(diào)器和節(jié)點運行Contiki系統(tǒng)，無線傳輸采用IEEE802.15.4協(xié)議標準，通過6LoWPAN實現(xiàn)IEEE802.15.4和IPv6之間的適配，以uIPv6協(xié)議棧為基礎，作適當?shù)牟眉艉捅匾男薷?，形成一個更加輕量化的IPv6協(xié)議棧，并根據(jù)青島跨海大橋的節(jié)點分布方式，設計與之適用的路由協(xié)議。系統(tǒng)網(wǎng)關采用運行OpenWRT的MT7688開發(fā)板

5、，通過有線方式連接路由器實現(xiàn)與IP網(wǎng)絡的連接，通過串口連接一個CC2538最小系統(tǒng)實現(xiàn)與無線傳感器網(wǎng)絡的橋接。
　　在經(jīng)過調(diào)試和改進后，本課題模擬青島跨海大橋的現(xiàn)場環(huán)境，布置了四個無線傳感器網(wǎng)絡的子網(wǎng)，節(jié)點每隔6個小時采集一次數(shù)據(jù)，并上傳到網(wǎng)關，由網(wǎng)關發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)。經(jīng)過一段時間的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計和分析后，發(fā)現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)存在少量丟失的情況，但是并不影響長期的數(shù)據(jù)分析。本方案除了對青島跨海大橋的腐蝕檢測和防護有重要意義外，對公路、樓宇等土