一種新型的高速鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)
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系統(tǒng)硬件電路
本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/117167.htmImote2搭載了一個強(qiáng)大的Marvell公司PXA271處理器芯片，并集成了德州儀器CC2420射頻芯片。與以往無線傳感器網(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線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺在計算能力和內(nèi)存方面的局限性，可以在數(shù)字圖像傳輸和工業(yè)震動監(jiān)測等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。圖2為Imote2的系統(tǒng)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，即在一個封裝內(nèi)集成3個芯片：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的傳感器、A/D、射頻器等。處理器還包括多個定時器和一個時鐘。另外，PXA271處理器板還包含了一個無線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USB串口和1個JTAG接口，可通過高級接口連接到Imote2上。接口板可以通過mini–B USB接口連接到PC機(jī)上的USB口。JTAG接口是標(biāo)準(zhǔn)20針接口，兼容標(biāo)準(zhǔn)適配器。因此，可使用Marvell軟件開發(fā)工具套件及類似工具，為Imote2的閃存進(jìn)行軟件開發(fā)、調(diào)試和重新編程。
Imote2節(jié)點平臺
由圖3可知，一個Imote2節(jié)點平臺包括應(yīng)變、加速度等各類傳感器、ADS1256、電源管理單元和Imote2節(jié)點。它們被大量布散在橋梁關(guān)鍵監(jiān)測區(qū)域，它們通過無線信道相連，形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用Imote2強(qiáng)大的處理器對橋梁的撓度、應(yīng)變等主要結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，是整個系統(tǒng)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，將多個傳感器分別接于ADS1256的輸入端。ADS1256通過采用四線制(時鐘信號線SCLK、數(shù)據(jù)輸入線DIN、數(shù)據(jù)輸出線DOUT和偏片選線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(shù)字轉(zhuǎn)換器和SPI接口技術(shù)以及電容傳感器的使用，使在數(shù)據(jù)采集過程中做到了精度高，測量范圍大，靈敏度高，動態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
在鐵路橋梁兩端的無線傳感器節(jié)點不需要強(qiáng)大的計算能力，但必須保持低功耗和以及足夠的無線傳輸距離。一直以來測量多個數(shù)據(jù)并且保持低功耗和以及足夠的傳輸距離是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩大軟肋，但可借助Crossbow最新推出的另外一款IRIS節(jié)點平臺，能夠提供低功耗和遠(yuǎn)距離無線傳輸?shù)碾p重優(yōu)勢，無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ATmega1281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(shù)據(jù)獲取板，并且都能夠通過標(biāo)準(zhǔn)51針擴(kuò)展接口與其連接[7]。
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