[摘要]為了解決橋梁健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中大范圍橋梁振動(dòng)數(shù)據(jù)采集的問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器，介紹了它的硬件組成、軟件結(jié)構(gòu)。這種新型的振動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁健康狀態(tài)振動(dòng)模擬信號(hào)的就近數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)傳輸，使得測(cè)控網(wǎng)與信息網(wǎng)融為一體。該實(shí)現(xiàn)方案還可用于有大范圍網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控需求的各種領(lǐng)域。 [關(guān)鍵詞] 網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器 TCP/IP協(xié)議 橋梁健康監(jiān)測(cè) 1. 緒論 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及應(yīng)用，基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)得到了飛速發(fā)展，并得到了全球的支持。目前不僅在辦公自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi),而且在各個(gè)企業(yè)的管理網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)也都廣泛使用以太網(wǎng)技術(shù)，并開始向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)延伸。在類似于橋梁振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)這樣的有大范圍數(shù)據(jù)采集要求的領(lǐng)域，目前國(guó)際通用的做法是使用傳統(tǒng)的模擬傳感器分布安裝，多個(gè)模擬輸出信號(hào)經(jīng)傳輸線集中到一點(diǎn)，再統(tǒng)一送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化。該方案的缺點(diǎn)是模擬信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸，信號(hào)容易失真，抗干擾能力差。本文所介紹的網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器解決了這一問題，實(shí)現(xiàn)了傳感器現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的數(shù)字化通信方式。 本文研究的基本思路是把普通的振動(dòng)傳感器與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，研究并開發(fā)一種基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器，使分布于現(xiàn)場(chǎng)的傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁健康振動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)的就近數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)傳輸。網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)傳感器在整個(gè)系統(tǒng)中的作用如圖1所示。 2. 網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器的硬件結(jié)構(gòu) 本文所介紹的網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器的關(guān)鍵部分由采用891-4位移傳感器和Rabbit 3000組成，891-4是東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所設(shè)計(jì)的振動(dòng)信號(hào)專用的精密傳感器，用于監(jiān)測(cè)橋梁的豎向和橫向振動(dòng)位移；Rabbit 3000是美國(guó)Z-World公司推出的新一代嵌入式系統(tǒng)8位高性能微處理器，其程序存儲(chǔ)器中固化有當(dāng)前流行的Internet協(xié)議棧,如HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP等,這樣，在Rabbit 3000的輸出端再集成10/100Base-T 以太網(wǎng)接口之后，網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或完成I/O控制任務(wù)的同時(shí),就可以完成Internet協(xié)議處理，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間信息的實(shí)時(shí)發(fā)布與共享。本文選用的AD574A為美國(guó)Analog Devices公司快速12位A/D轉(zhuǎn)換器。該網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示： 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器有它自己的IP地址和端口號(hào)，在整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，可以安裝多個(gè)網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器，用交換機(jī)相連，組成以太網(wǎng)。 3. 網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器的軟件系統(tǒng)由Dynamic C語(yǔ)言創(chuàng)建。Dynamic C基于Ｃ語(yǔ)言，是由Z-World公司為Rabbit系列微處理器提供的軟件開發(fā)工具，適用于編寫嵌入式軟件，是擴(kuò)展了的Ｃ編程系統(tǒng)。該軟件開發(fā)環(huán)境集編輯、編譯、鏈接、調(diào)試和下載于一體，具有系統(tǒng)在線編程調(diào)試功能，只要用一根接口電纜把PC串行口和基于Rabbit3000的網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器連接起來，就可實(shí)現(xiàn)軟件的開發(fā)。 軟件系統(tǒng)的功能包括兩大部份：信號(hào)采集和網(wǎng)絡(luò)傳輸，主程序流程圖如下： 下面給出部分系統(tǒng)初始化的源程序： 4. 橋梁健康狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果 運(yùn)行于橋頭服務(wù)器的上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件的開發(fā)平臺(tái)是NI公司的Labview 7.0，該軟件具有友好的用戶界面，可以把所有的采集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并可實(shí)現(xiàn)波形的顯示和分析。下面以橫向振動(dòng)位移信號(hào)為例給出測(cè)量結(jié)果曲線： 5. 結(jié)束語(yǔ) 本文所介紹的以Rabbit 3000微處理器為核心的網(wǎng)絡(luò)化振動(dòng)傳感器是傳感器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了橋梁健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完全數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，使得測(cè)控網(wǎng)與信息網(wǎng)融為一體。而且還可以做到"即插即用"，非常方便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和維護(hù)。除了橋梁等大型建筑之外，在國(guó)防、通信、航空、航天、氣象、制造等有大范圍網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控需求的領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)化儀器同樣可以取代傳統(tǒng)的傳感器而得到廣泛的應(yīng)用。