桥梁无线应变测量系统数据传输的设计与实现
第28卷第3期2005年9月
电子器件
ChineSe Journal of Electron DeviceS
Vol.28No.3
Sep.2005
Design and Implementation of Wireless Data Transmission f or
Bridge strain Measurement system
XU YU-bzn,WANG lz,SHA XUe-Un
(ReSealc Centel of CommUnzcatzon Tec nology,Halbzn InStztUte of Tec nology,Halbzn150001C zna)
Abstract:T he W ireleSS d ata ac g uiSition S y Ste m for b ri dg e Strain m eaSure m ent uSeS m icrocontroller an d MO DE M FX429,an d tranS m itS d ata W ireleSSl y b et W een the m ain no d e an d re m ote d ata ac g uiSition no d eS un d er relia b le co mm unication protocolS.Convenience an d m o b ilit y of the teStin g S y Ste m can b e g reatl y i m prove d by appl y in g W ireleSS d ata lin k hence enhance the efficienc y of the W hole teStin g proce d ure.
K ey ords:W ireleSS tranS m iSSion;d ata ac g uiSition;FX429;co mm unication protocolS
EE A CC:7320G
桥梁无线应变测量系统数据传输的设计与实现
徐玉滨,王力,沙学军
(哈尔滨工业大学通信技术研究所,哈尔滨150001)
摘要:桥梁应变无线测量系统使用单片机调制解调器FX429等主要器件,在可靠的通信协议下,采用无线方式实现了主控节点和各远端数据采集节点之间的数据传输O大大提高了测试系统的方便性机动性和灵活性,进而提高了整个测试工作效率O
关键词:无线传输;数据采集;FX429;通信协议
中图分类号:TB124文献标识码:A文章编号:1005-9490(2005)03-0589-03
桥梁建设的规模越来越大,然而现有的桥梁检测技术大多采用有导线的测试手段,现在检测桥梁的一般步骤是先将上千米的导线装箱运到桥梁检测现场,接着再进行逐点布置,测试完毕还得撤离导线装回箱中,这就需要消耗大量的人力和时间O无线数据传输技术[1[2J的出现使很多问题迎刃而解O 桥梁无线检测设备系统采用无线通信手段替换有线传输链路部分,解决了在检测或监测大型桥梁中布置和撤离导线这项相当繁杂琐碎的工作,这不仅给测试带来巨大的方便,大大地缩短测试周期,还将大大提高测试系统的方便性机动性和灵活性,进而提高整个测试工作效率O
桥梁无线检测技术设备系统的数据传输方式采用数字信号进行传输,可以大大提高数据传输可靠性O由于数据采集接受和数据处理系统都采用计算机软件控制,操作简便,实现了工业自动化,在监控室就可以实现对远端设备的监控,从而也提高了整个系统的稳定性O
收稿日期:2005-01-15
作者简介:徐玉滨(1954-),男,教授,副所长,主要从事移动通信多媒体通信技术无线网络多址协议等方面的研究O yb u hitcrc.hit.e d https://www.wendangku.net/doc/d08909374.html,
王力,(1981-),男,硕士研究生,主要从事数据通信网络协议等方面的研究O li W an g hit.e d https://www.wendangku.net/doc/d08909374.html,;
沙学军(19-),男,研究室主任,博导,从事移动通信数据传输无线网络多址协议等方面的研究O Sha ue un hit.
e d https://www.wendangku.net/doc/d08909374.html,
1系统设计
系统主要由控制中心~主控数据收发模块~信道设备~数据采集节点和应变传感器系统组成O其整体组成框图如图1所示O
图1系统整体结构
系统采用一台便携计算机作为控制中心完成对所有数据采集节点指令的下发和节点上发数据的处理O数据收发模块完成无线信道设备的控制和数据的收发控制并可以对信号进行必要的转换和预处理O远端数据采集节点可以有多个数量由控制中心配置每个节点上设置8个传感器数据测点O每个测点采集到的模拟信号经过AD变换后输出16bit 的数字信号O
系统采用轮巡方式进行由主控计算机向采集节点发送采集命令命令帧经主控数据收发模块后通过无线方式发送到各采集节点O相应采集节点收到命令帧后分析采集命令进行采集后向主控计算机返回数据O在主控计算机与主控收发模块之间以及主控收发模块与各采集接点之间都进行差错控制~超时管理等数据链路控制以确保系统稳定及数据准确O主控计算机收到采集数据后进行数据处理得到实际桥梁检测中需要的数据O根据系统要求我们设置了两种采集模式:
单点模式:一次采集一个点这样每次采集输出
16bit数据O
多点模式:一次采集八个点这样每次采集输出
128bit数据O
为了有效地进行数据传输对于不同的采集模
式我们定义了不同的数据帧格式O
2数据传输的实现
2.1数据收发模块
数据收发模块分为主控端和远端两块如图2所示O主控端负责接收PC发来的命令并将命令转发至远端以及接收从远端模块传来的数据并传至PC;远端模块则负责接收命令和发回数据O
图2数据传输模块
主控端模块中采用了单片机作为核心O主控数据传输模块经过MAX232电平转换后与控制计算机串行接口相连并采用集群通信系统中常用的
FX429[3]作为调制解调器与数据采集节点进行通信O FX429与单片机片外存储器统一编址由单片机进行收发控制并通过8bit数据总线与单片机进行数据传输O FX429输出速率为12OO波特的FFSK信号通过无线信道设备后与各数据采集节点进行通信O远端数据传输模块结构基本相同只是不需要与PC通信的串行接口O
2.2通信协议设计
系统三个部分(控制中心主控数据收发模块远端采集节点)要可靠地进行数据传输需要各模块之间建立起有效的通信协议O控制中心和主控数据收发模块之间采用标准的RS-232接口连接数据通过串行方式由计算机和单片机程序来控制传输[4]波特率为96OOO主控数据收发模块和各数据采集节点之间通过调制解调器FX429后采用无线方式进行数据传输O FX429内部帧格式符合
MPT1317/1327标准[5]可以方便地通过单片机来控制O MPT1327是集群专用陆地无线通信系统的信令标准它规定了集群通信系统控制器与无线移动台之间的通信规程O我们改进了一下这种数据帧格式来符合本系统所需的数据传输要求O命令帧如图3(a)所示图3(b)为其详细格式O对于数据帧单点模式下只需要传输一个测点的数据因此每一次传输只需要2个byte传输的数据帧格式如图3 (c)所示单点采集数据帧O DL是数据的低8bit DH 为数据的高8bit O而多点模式下为了有效地进行数据传输我们采用了压缩的数据帧格式如图3 (c)所示多点数据帧O D O L至D7H为16byte的数据O
为了保证主控节点和各采集节点之间可靠的数
据传输任一帧中校验字出错就向对方请求重新发
送O如果传送超时或者出错超过三次即放弃传送并报告错误O
O95电子器件第28
卷
图3
帧格式
3
系统分析与实验
3.1
速率分析
FX 429传输速率为1200b /s ,忽略其它时间消耗的话,传输一帧(10byte )所需时间为:
t sg1=
[Framelenth]>8bit 1200b/s =10>8bit 1200b/s
=66.7ms
传输一个多点采集数据帧(26byte )所需的时间为:
t sg1=
[Framelenth]>8bit 1200b/s =
26>8bit
1200b/s
=173.3ms
根据图3,在单点采集模式下,进行一次采集需
要命令帧和数据帧,总计两帧数据,这样就需要至少2t sgl =133.4ms 时间0如果系统工作在多点模式,则传输8个测点所需要的时间为t sgl -t mul =240ms 0这样我们就能得到两种模式的传输速率分别为:V sgl =1/2t sgl =7.5sample /sec /point ,V mul =1/(t sgl -t mul )=4.17sample /sec /point 0 sample /sec /point 意思是对于某一测点,每秒钟传输的采样数0多点采集情况下一次传输8个点的数据,所以实际上每秒传输33.3个采样,与单点采集相比快很多0实际测试中,由于其它时间消耗,传输速率要比理论值慢03.2
实验结果
在实验测试中进行采集时,加入收发机建立通信所需要消耗的300ms 以及其它程序消耗时间后能够达到每0.9s 进行一次多点采集的速率0图4
为以单点为例进行采集时计算机软件所显示的微应变波形图0
图4
实验结果
按照现有的设计,系统可容纳256个采集节点,总计2048个测点0与现有桥梁应变测量系统相比大
大增加了测点数量0根据前面测试所得传输时间,按照多点采集模式全部采集256个节点数据需要3.8min ,约4min 0
4
结论
无线应变测量系统数据传输模块及相应通信协
议的设计实现了数据有效可靠地传输,并且对数据实现了图形化的显示0该系统能应用于实际桥梁应变测量,数据传输模块同时也可以应用于其它对数据传输速率要求不高的数据采集系统0参考文献:
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Ding libo ,Zhang ~e and li ~aojie ;Du ~ongji .Design and implementation of a small -size Wireless data acguisition system [C ].In :
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Conference ,2002.IMTC /2002.Proceedings of the 19th IEEE ,Volume :1,21-23May 2002Vol .1:507-510.[3]CMl .Integrated Circuits Data Book [M ].Edition 3,1994.[4]
范逸之.C --Builder 与RS -232串行通信控制[M ].清华大学出版社,2002.[5]
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1
95第3期徐玉滨,王力等:
桥梁无线应变测量系统数据传输的设计与实现
桥梁无线应变测量系统数据传输的设计与实现
作者：徐玉滨， 王力， 沙学军， XU Yu-bin， WANG Li， SHA Xue-jun
作者单位：哈尔滨工业大学通信技术研究所,哈尔滨,150001
刊名：
电子器件
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ELECTRON DEVICES
年，卷(期)：2005,28(3)
参考文献(5条)
1.Gao R X;Hunerberg P Design of a CDMA-based wireless data transmitter for embedded sensing[外文期刊] 2002
2.Ding Libo;Zhang He;Li Haojie;Du Hongji Design and implementation of a small-size wireless data acquisition system[外文会议] 2002
3.CML Integrated Circuits Data BookEdition 3 1994
4.范逸之C++ Builder与RS-232串行通信控制 2002
5.Greensmith D M;Tridgell R H MPT 1327 standard data message facility, Future Mobile Radio Trunking and Data Systems 1991
本文链接：https://www.wendangku.net/doc/d08909374.html,/Periodical_dzqj200503033.aspx