本發(fā)明涉及一種大型建筑結(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，尤其涉及一種提高采樣頻率的大型建筑結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無(wú)線傳感系統(tǒng)通過(guò)將傳感技術(shù)和無(wú)線傳輸技術(shù)相結(jié)合，將分散在結(jié)構(gòu)各部分的傳感器組合為一個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)，在實(shí)際使用中只需經(jīng)過(guò)少數(shù)的信號(hào)中轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部或表面的無(wú)線信號(hào)全覆蓋，從而可以不受限制的布置監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，繼而可以得到更加全面完整地健康監(jiān)測(cè)信息。然而，當(dāng)無(wú)線傳感系統(tǒng)應(yīng)用到大型建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，由于監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的類型和數(shù)量都很多，且測(cè)點(diǎn)之間的距離通常相當(dāng)遠(yuǎn)，必須使用特定的適應(yīng)性強(qiáng)的無(wú)線組網(wǎng)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)大型建筑結(jié)構(gòu)無(wú)線健康監(jiān)測(cè)的信號(hào)全覆蓋。

在現(xiàn)有的無(wú)線傳感系統(tǒng)中，通常使用低功耗單片機(jī)作為中央處理器，而單片機(jī)由于性能不足通常只能進(jìn)行單線程操作，因此，采集數(shù)據(jù)和回傳數(shù)據(jù)通常無(wú)法獨(dú)立運(yùn)行。與此同時(shí)，由于無(wú)線傳感系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較為簡(jiǎn)單且系統(tǒng)對(duì)功耗的要求非常嚴(yán)格，因此現(xiàn)有的無(wú)線傳感系統(tǒng)通常采用自定義無(wú)線通訊協(xié)議，而小功率自定義通訊協(xié)議最大的弊端就是在傳輸過(guò)程中同一時(shí)刻只能接收或發(fā)送一條指令，否則會(huì)導(dǎo)致指令之間相互沖突。因此，現(xiàn)有的無(wú)線傳感系統(tǒng)只能通過(guò)遍歷通訊的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，對(duì)于小規(guī)模的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，這種數(shù)據(jù)通訊模式還可以勉強(qiáng)適用，如果健康監(jiān)測(cè)的對(duì)象是大型建筑結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中可能會(huì)有成百上千個(gè)不同類型的測(cè)點(diǎn)，此時(shí)再使用這種通訊模式則單個(gè)測(cè)點(diǎn)的采樣頻率將會(huì)大幅度降低。此時(shí)不僅所有測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的同步性不能得到有效的保證，單個(gè)測(cè)點(diǎn)若想實(shí)現(xiàn)高頻率的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)也不再可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過(guò)在無(wú)線傳感健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中引入通訊地址id機(jī)制以及rom存儲(chǔ)模塊，實(shí)現(xiàn)了可高頻采集的大型建筑結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感健康監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種提高采樣頻率的大型建筑結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由若干獨(dú)立的監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)、若干用于通訊的路由節(jié)點(diǎn)和采集終端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組成，所述監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)由動(dòng)態(tài)傳感采集模塊、低功耗中央控制模塊、無(wú)線通訊模塊以及動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊組成；所述路由節(jié)點(diǎn)僅由低功耗中央控制模塊和無(wú)線通訊模塊組成。

為了保證無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)形式下能夠正常有效的通訊，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)均被賦予一個(gè)獨(dú)立的本機(jī)id和唯一的上級(jí)設(shè)備id，路由節(jié)點(diǎn)還擁有多個(gè)子路由id，通過(guò)在指令中添加相應(yīng)的id信息可對(duì)任意監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)或路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作而不影響其他測(cè)點(diǎn)或路由節(jié)點(diǎn)。

所述采集終端發(fā)送無(wú)線采集指令，監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)均通過(guò)判斷無(wú)線采集指令中的id信息和指令編號(hào)來(lái)確定對(duì)指令的響應(yīng)方式，監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)只能響應(yīng)來(lái)自上級(jí)id的指令，路由節(jié)點(diǎn)既可以轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自上級(jí)id的指令給下級(jí)子路由和監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，又可以轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)和下級(jí)子路由的回傳數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)根據(jù)無(wú)線采集指令實(shí)現(xiàn)多次自動(dòng)采集，且采集數(shù)據(jù)后可直接將數(shù)據(jù)保存至動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊中而不進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳，從而可以實(shí)現(xiàn)高頻率的多次自動(dòng)采集且無(wú)需進(jìn)行大量無(wú)線通訊操作，存儲(chǔ)結(jié)束后可立即進(jìn)行下一次采集操作而無(wú)需等待下一次采集指令。所述動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊內(nèi)部建立相應(yīng)的存儲(chǔ)索引，監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)可根據(jù)所需采樣精度和采集數(shù)據(jù)類型進(jìn)行智能數(shù)據(jù)壓縮，并對(duì)錯(cuò)誤值和異常值進(jìn)行智能剔除，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)，存儲(chǔ)索引將自動(dòng)更新。當(dāng)需要讀取監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)點(diǎn)的中央控制模塊根據(jù)存儲(chǔ)索引將數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理，逐個(gè)數(shù)據(jù)包回傳給采集終端，大幅降低了無(wú)線通訊次數(shù)，降低了測(cè)點(diǎn)功耗。

進(jìn)一步地，所述動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊由多個(gè)rom存儲(chǔ)芯片組合而成。

進(jìn)一步地，為了保證動(dòng)態(tài)采集的數(shù)據(jù)可以高效有序的進(jìn)行存儲(chǔ)和讀取，測(cè)點(diǎn)內(nèi)的低功耗中央控制模塊采用智能存儲(chǔ)算法。具體操作為：測(cè)點(diǎn)收到自動(dòng)采集并存儲(chǔ)的命令后，中央控制模塊首先根據(jù)采集次數(shù)計(jì)算出所需的存儲(chǔ)空間，并將存儲(chǔ)空間的索引地址保存至測(cè)點(diǎn)內(nèi)存中；其次，中央控制模塊將每次采集的原始數(shù)據(jù)直接記錄在存儲(chǔ)中，待到采集完畢后中央控制模塊根據(jù)所采集數(shù)據(jù)特征對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行智能識(shí)別，對(duì)于錯(cuò)誤值或明顯偏離正常范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除；接著，中央控制模塊根據(jù)采集數(shù)據(jù)的類型和所需精度對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行智能數(shù)據(jù)壓縮并保存，并將改變后的存儲(chǔ)索引進(jìn)行更新；最后，測(cè)點(diǎn)在收到取回?cái)?shù)據(jù)命令后按照相應(yīng)的索引進(jìn)行數(shù)據(jù)返回操作。智能數(shù)據(jù)壓縮算法可根據(jù)所需精度和采集數(shù)據(jù)類型進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，采集前通過(guò)設(shè)置合理的精度可以保證既能夠滿足監(jiān)測(cè)的要求又能夠節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間；此外，通過(guò)對(duì)于不同類型的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在不同的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行平均，將波動(dòng)的原始數(shù)據(jù)分解為平均值和脈動(dòng)值進(jìn)行存儲(chǔ)亦可以節(jié)約存儲(chǔ)空間。

進(jìn)一步地，當(dāng)多次自動(dòng)采集結(jié)束之后，需要采集終端發(fā)送具體的取回?cái)?shù)據(jù)命令，中央控制模塊從動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊中讀取出所需數(shù)據(jù)的首末地址，將首末地址之間的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)取出并打包成固定大小的數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包依次通過(guò)無(wú)線通訊模塊回傳給采集終端。

進(jìn)一步地，當(dāng)存儲(chǔ)空間被完全占滿后，中央控制模塊將會(huì)自動(dòng)把最先一次的存儲(chǔ)空間進(jìn)行釋放，清除相應(yīng)的存儲(chǔ)索引值，重新建立新的索引值并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到清空的區(qū)域中，如若單塊索引區(qū)域空間不足，則自動(dòng)刪除多段索引區(qū)域空間。

進(jìn)一步地，當(dāng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)入休眠掉電狀態(tài)后，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)仍然不會(huì)丟失，采集終端如果需要再次取回?cái)?shù)據(jù)只需在喚醒監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)后再次發(fā)送取回?cái)?shù)據(jù)指令即可。

本發(fā)明的有益效果是：為了保證無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的復(fù)雜環(huán)境中仍能正常通訊，每個(gè)測(cè)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)均被設(shè)置了獨(dú)立的id信息，無(wú)線通訊指令中包含了相關(guān)的id信息和指令編號(hào)，路由節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)可通過(guò)識(shí)別相應(yīng)信息進(jìn)行操作。為了提高測(cè)點(diǎn)采樣頻率，每個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)可單獨(dú)進(jìn)行多次自動(dòng)采集，且采集數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)至動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊中而不通過(guò)無(wú)線通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳，每個(gè)測(cè)點(diǎn)可以獨(dú)立采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而無(wú)需遍歷傳輸數(shù)據(jù)，因此測(cè)點(diǎn)的采樣頻率可以大幅提高。采集結(jié)束后，測(cè)點(diǎn)可對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行智能管理操作，通過(guò)建立相應(yīng)的索引保證數(shù)據(jù)可以被高效的讀寫(xiě)，通過(guò)智能數(shù)據(jù)壓縮和識(shí)別技術(shù)減少了所需的存儲(chǔ)空間。保存在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)可以通過(guò)分割打包的方式，逐個(gè)回傳給采集終端，大幅減少了無(wú)線通訊的次數(shù)，降低了測(cè)點(diǎn)功耗。本發(fā)明通過(guò)引入動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊，可以讓原本需要實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集變?yōu)榭蓪?shí)時(shí)存儲(chǔ)的高頻自動(dòng)采集，數(shù)據(jù)在采集完畢后再依次取回?cái)?shù)據(jù)，不僅大幅減少了無(wú)線通訊的次數(shù)，降低了系統(tǒng)功耗，在監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)較多的情況下還可以保證系統(tǒng)仍能進(jìn)行高頻率采集，從而得到實(shí)用價(jià)值更高的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中無(wú)線傳感健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；

圖2(a)為本發(fā)明中路由節(jié)點(diǎn)對(duì)指令信息的判斷邏輯示意圖；

圖2(b)為本發(fā)明中監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)對(duì)指令信息的判斷邏輯示意圖；

圖3為本發(fā)明中監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的組成模塊相互關(guān)系示意圖；

圖4為本發(fā)明中不同采集模式的判斷流程框架圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

完整的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由采集終端、路由節(jié)點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)組成，不同點(diǎn)之間均可通過(guò)自定義無(wú)線通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，采集終端收到的數(shù)據(jù)通過(guò)internet發(fā)送至監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)云中。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

采集終端通常距離傳感測(cè)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，無(wú)線信號(hào)難以直接傳達(dá)，因此需要使用帶有命令轉(zhuǎn)發(fā)功能的路由節(jié)點(diǎn)。在這種情況下，為了避免網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)多重信號(hào)干擾，系統(tǒng)中每一個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)或路由節(jié)點(diǎn)都擁有一個(gè)本機(jī)id和上級(jí)設(shè)備id，路由節(jié)點(diǎn)還可以保存多個(gè)下級(jí)路由節(jié)點(diǎn)的id。每個(gè)id包含設(shè)備類型和設(shè)備的具體編號(hào)。無(wú)線通訊模塊之間傳遞指令的標(biāo)準(zhǔn)格式包括發(fā)送指令的源設(shè)備id、下發(fā)指令最末端的路由節(jié)點(diǎn)的id、最終指向的目標(biāo)的id以及指令攜帶的附加參數(shù)。

當(dāng)采集終端發(fā)送目標(biāo)為監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的指令后，指令應(yīng)逐級(jí)向下級(jí)發(fā)送至監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)將對(duì)指令內(nèi)的id信息進(jìn)行判斷，并決定如何對(duì)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。此時(shí)屬于數(shù)據(jù)下發(fā)指令過(guò)程，路由節(jié)點(diǎn)判斷步驟將如圖2(a)中虛線框內(nèi)所示。當(dāng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)接收到指令時(shí)，測(cè)點(diǎn)亦將根據(jù)命令中的id信息進(jìn)行判斷，對(duì)無(wú)關(guān)的指令將不做響應(yīng)，具體判斷過(guò)程如圖2(b)所示。當(dāng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行完畢需要返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，測(cè)點(diǎn)將發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)格式的指令，指令應(yīng)逐級(jí)上傳至采集終端，因此路由節(jié)點(diǎn)將對(duì)指令的id信息進(jìn)行判斷，并決定該如何處理指令。此時(shí)屬于回傳數(shù)據(jù)過(guò)程，路由節(jié)點(diǎn)判斷步驟將如圖2(a)中實(shí)線框內(nèi)所示。

每個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)均由動(dòng)態(tài)傳感采集模塊、低功耗中央控制模塊、無(wú)線通訊模塊以及動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊組成。低功耗中央控制模塊主要由單片機(jī)構(gòu)成，它作為整個(gè)測(cè)點(diǎn)的核心部件，起到與其他模塊通訊和數(shù)據(jù)處理的作用；動(dòng)態(tài)傳感采集模塊包含傳感器以及數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，傳感器將各種物理量轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，而數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊則將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需的數(shù)字信號(hào)；無(wú)線通訊模塊負(fù)責(zé)發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，采用自定義通訊協(xié)議進(jìn)行通訊；動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊采用低功耗存儲(chǔ)芯片，可通過(guò)串聯(lián)多個(gè)芯片的方式組合成大容量存儲(chǔ)芯片，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)斷電情況下仍可以保留。四個(gè)主要模塊的相互關(guān)系如圖3所示。

當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)可以通過(guò)識(shí)別指令信息來(lái)決定不同的采集模式，單次采集情況下，中央控制模塊驅(qū)動(dòng)傳感模塊采集并傳回?cái)?shù)據(jù)，隨后中央控制模塊按照指令要求傳輸或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，單次采集操作至此完成。自動(dòng)采集模式下，中央控制模塊啟動(dòng)循環(huán)采集模式，即每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次單次采集操作，具體內(nèi)容與單次采集操作完全相同，間隔時(shí)間由指令控制，當(dāng)自動(dòng)采集到達(dá)指令規(guī)定的采集次數(shù)后自動(dòng)采集隨即結(jié)束。具體采集模式如圖4所示。

當(dāng)采用自動(dòng)采集模式并使用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，中央控制模塊首先根據(jù)采集次數(shù)計(jì)算出所需的存儲(chǔ)空間，并將存儲(chǔ)空間的起止索引地址保存至測(cè)點(diǎn)內(nèi)存中；之后中央控制模塊將每次采集的原始數(shù)據(jù)直接記錄在存儲(chǔ)中，在采集過(guò)程中中央控制模塊將不會(huì)響應(yīng)除了停止采集之外的指令，從而保證傳感監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)能夠穩(wěn)定高速的進(jìn)行采集，待到采集完畢后中央控制模塊根據(jù)所采集數(shù)據(jù)特征對(duì)原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能識(shí)別，對(duì)于錯(cuò)誤值或明顯偏離正常范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除；接著中央控制模塊將根據(jù)采集數(shù)據(jù)的類型和所需精度對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行智能數(shù)據(jù)壓縮并保存，并將改變后的存儲(chǔ)索引進(jìn)行更新；采集過(guò)程結(jié)束后，當(dāng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)取回指令時(shí)，中央控制模塊將根據(jù)之前記錄的首末存儲(chǔ)地址索引，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)分割為多個(gè)數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包按照標(biāo)準(zhǔn)指令格式通過(guò)無(wú)線通訊模塊傳輸給采集終端。