基于传感器网络的岩土工程应力监测解决方案

　　随着我国经济的腾飞，公路、大跨度桥梁、大坝等大型岩土建筑数量越来越多。而地质因素、施工质量、建筑老化等问题使岩土建筑的健康状况的监控变得日益迫切，当今主流的检测应力方法多为人工定时持应力监测设备进行实地测量，这就难免导致数据监测的不及时，并产生人为误差。

　　本系统主要利用了无线传感器网络便捷、成本低和功耗低等优点，结合GPRS（General Packet Radio Service）网络的运用，实现了对岩土建筑应力数据的实时采集，并通过GPRS网络对数据进行远程传输。在成本方面，大大节约了以往采用人力监测的资源消耗；同时，GPRS网络和无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Networks）技术的结合运用，使监测方式变得简单易行，并更具可操作性[1]。

　　系统主要利用了无线收发芯片、低功耗单片机以及GPRS模块，通过数据采集节点、数据发送节点将从岩土建筑采集得到的应力数据实时传输到远端的监测人员手中，从而实现了远程实时监测的目的。系统主要由数据采集节点、数据发送节点组成，通过写入协议栈，设置协调器、路由器和数据终端，组建基于ZigBee协议的传感器网络，数据采集范围可随采集节点网络的增加而扩大[2]。网络先通过“多跳的方式”将多点数据进行汇总，然后通过GPRS网络以短消息方式发送到远端的接收端。另外，通过使用GPRS模块的TCP/IP协议的网络传输功能，应力数据可以同步传输到PC终端，从而实现在线监测。系统示意图如图1所示。

1、硬件平台的设计

　　1.1 整体平台

　　本文系统主要通过单片机分别控制无线发射模块和GPRS模块，通过从传感器采集数据，再经2。4 GHz频段信道传送到终端发送节点，最后通过GPRS模块将数据以短信模式发送出去。硬件结构示意图如图2所示。

　　1.1.1 网络节点

　　微控制器MCU（Micro Control Unit）选用了MSP430F1611，它是具有超低功耗的16位单片机。在活动模式下，MSP430的功耗可以达到280 滋A。其次，12位带采样保持的A/D转换模块可以为传感器数据采集提供模数转换。两路串行通信口USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）可以满足通过SPI口对射频模块进行控制的同时，还可以对GPRS模块实现操作。