基于传感器网络的岩土工程应力监测解决方案

数据接收模块予以介绍。

　　2.1 数据发送模块

　　本模块主要负责控制传感器定时采集数据，并通过模数转换将采集到的电信号转换为数据，最后通过设置CC2420将数据通过2.4 GHz信道发送出去。

　　程序首先对单片机的各个需要模块进行初始化，再通过SPI串口对CC2420进行配置寄存器以及设置源地址、目的地址等。初始化完成后，单片机进入低功耗模式等待定时中断到来。通过软件设置，可以设定采集数据周期。当采集数据数目达到预定值后，将按预先规定格式将所采集数据、目的地址等依次写入发送缓冲器，然后发送出去。按照自定义协议，若数据成功接收，发送端将会接收到确认帧。具体发送流程如图5所示。

　　2.2 数据接收模块

　　数据接收模块的功能是把从发送节点发送过来的数据，通过单片机控制GPRS模块，将数据以短信形式发送出去，具体程序流程如图6所示 。初始化过程与数据采集模块相同，初始化完成后单片机进入低功耗模式等待接收数据。在配置CC2420时，已预先设置好触发FIFOP中断的条件，当接收数据长度超出预设值时，FIFOP电平变化，触发单片机中断。CC2420首先进行地址确认，若数据中的目的地址与本节点地址吻合，则地址确认成功，硬件自动发送确认帧。发送后，按照协议规定，依次读出帧长度、控制帧以及用户数据等。通过对收到数据的分析，在应力数据值超过预定门限值时，调用函数将应力数据通过短信发送到监测人员手机。

　　另外，传感器采集节点发送的整型数据需要通过ASCII码转换将其变为字符型数据才能发送。将编码后的数据封装到AT命令中，然后通过串口写入GPRS模块便可达到发送短信的目的。

　　3、模拟验证

　　通过钢条模拟桥梁状况，用本文设计的系统进行模拟验证，可实现应力数据的实时采集。在9 V干电池供电的情况下，通过施加给钢板不同大小的垂直作用力，产生不同强度的形变量，电压信号可从2 V～1 V变化。相应经过模数转换和线性处理后的数字信号，指示的数据可从0 N～80 N之间进行对应的线性变化。通过软件设置大约20 s的采样间隔，并设置固定门限值后，在人力施加外力导致钢板形变大约15 s后能接收到短信报警信号，并能显示相应的应力值。

　　本文介绍的应力监测系统将高性能、低功耗的MSP430单片机与射频模块和GPRS网络结合起来，通过利用2.4 GHz频段的便捷通信使远程实时监控变得更容易，同时大大降低了人力物力的消耗。节点在低功耗模式下，功耗电流可低至36 μA，使用单节AA电池供电就可以支撑较长时间。无线数据传输的模式，摆脱了由于布线受地理因素影响的限制。该系统硬件连接简单，易于实现和维护，功耗极低，便于长期使用。