【摘要】： 桥梁健康监测系统对于保证桥梁结构的安全性、适用性和耐久性具有重要意义。桥梁健康监测系统主要包含桥梁现场监测系统和远程评估系统两个部分。其中,桥梁现场监测系统主要功能是实现对桥梁的多种结构状态参数的采集与存储,并能够和远程上位机通信。目前,现场监测系统存在着功耗大、稳定性差、开发周期长、成本高、推广性差等问题,因此,开发具有一定通用性的小型化桥梁现场监测系统具有重要的经济意义和社会意义。 本文首先阐述了桥梁现场监测系统的发展现状和存在的问题,深入探讨了嵌入式以太网技术应用到桥梁远程监测中的重要性和必要性。在此基础上提出了基于嵌入式以太网技术的具有一定通用性的小型化桥梁现场监测系统方案,分析了其功能需求和通用性的具体涵义,并就其具体实现展开了讨论。 硬件环境是以C8051F120为核心,外围集成了时钟系统、数据存储系统、网络通信硬件等。整个系统尺寸小、功耗低、便于安装和调试,能很好的适应桥梁现场监测环境。 软件系统采用以实时操作系统μC/OS-Ⅱ为核心的多任务设计,既能满足一定的通用性需求,也能提高系统的实时性和稳定性。由于μC/OS-Ⅱ内核没有集成网络通信功能,因此还实现了嵌入式TCP/IP协议栈μIP与μC/OS-Ⅱ平台的结合。文中重点阐述了μC/OS-Ⅱ的移植、网络通信的实现、系统的多任务设计与调度等。另外,利用模块化的开发思想,对系统应用功能进行了设计和开发,实现了桥梁监测中常用的一些监测功能,主要包括现场通信控制、时钟控制、存储空间管理、数据上传、定时采集、传感器自诊断等。其中,现场通信控制模块实现对现场485网络的控制,负责对各个通道的配置和数据采集;时钟控制模块主要实现系统的实时时钟;存储空间管理模块实现数据的存储、读取和存储系统复位;传感器自诊断模块运用时间序列分析方法实现了一种可靠的简便易行的传感器故障诊断方法,为系统维护和分析提供了方便。 为了验证系统的有效性和稳定性,在实验室模拟桥梁现场环境对现场监测系统进行了长时间的调试运行,并对实验数据进行了简单分析。实验证明,系统设计合理有效,达到预期目的和要求。 【关键词】：桥梁 现场监测系统 嵌入式以太网 实时操作系统 软件
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP311.52
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2009.050230
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究现状10-16
• 1.2.1 桥梁现场监测系统研究现状10-15
• 1.2.2 通用测控系统研究现状15-16
• 1.3 本文的研究目的、意义和内容16-17
• 1.3.1 研究目的及意义16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 2 嵌入式以太网技术在桥梁监测中的应用18-28
• 2.1 嵌入式以太网技术简介18-21
• 2.1.1 嵌入式系统及其发展18-19
• 2.1.2 以太网技术及其发展19-20
• 2.1.3 嵌入式以太网技术的概念20-21
• 2.2 嵌入式以太网技术应用于桥梁监测的必要性和重要性21-23
• 2.2.1 应用嵌入式以太网技术的必要性21-22
• 2.2.2 应用嵌入式以太网技术的重要性22-23
• 2.3 基于嵌入式以太网的桥梁监测系统23-27
• 2.3.1 实现方案23-25
• 2.3.2 关键技术分析25-26
• 2.3.3 现场监测系统性能要求26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 现场监测系统总体设计及硬件集成28-37
• 3.1 现场监测系统实现方案讨论28-29
• 3.2 现场监测系统总体设计29-33
• 3.2.1 系统结构29-30
• 3.2.2 引入嵌入式实时操作系统的重要意义30-31
• 3.2.3 系统功能设计31-33
• 3.3 现场监测系统硬件集成33-36
• 3.3.1 核心模块33-35
• 3.3.2 现场监测网络35
• 3.3.3 主要外围设备35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 现场监测系统软件实现37-79
• 4.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ37-41
• 4.1.1 μC/OS-Ⅱ的特点37
• 4.1.2 μC/OS-Ⅱ的运行原理37-40
• 4.1.3 开发工具和运行环境40
• 4.1.4 移植条件40-41
• 4.2 μC/OS-Ⅱ内核的移植41-47
• 4.2.1 移植μC/OS-Ⅱ到C8051F120 上41-45
• 4.2.2 验证移植的正确性45-46
• 4.2.3 系统移植中应注意的问题46-47
• 4.3 μC/OS-Ⅱ上TCP/IP 协议栈的实现47-55
• 4.3.1 嵌入式TCP/IP 协议栈47-49
• 4.3.2 μIP 协议栈49-51
• 4.3.3 μC/OS-Ⅱ与μIP 协议栈的结合51-53
• 4.3.4 网络设备驱动53-55
• 4.4 μC/OS-Ⅱ上Web Server 的实现55-60
• 4.4.1 HTTP 协议55-56
• 4.4.2 公共网关接口CGI56-58
• 4.4.3 Web Server 实现58-60
• 4.5 系统应用程序任务设计60-64
• 4.5.1 系统应用程序任务划分60-62
• 4.5.2 系统应用程序任务调度62-63
• 4.5.3 任务设计与调试中应注意的问题63-64
• 4.6 主要功能模块的实现64-76
• 4.6.1 现场通信控制模块64-66
• 4.6.2 时钟模块66-68
• 4.6.3 存储空间管理模块68-71
• 4.6.4 数据上传模块71
• 4.6.5 定时采集模块71
• 4.6.6 传感器自诊断模块71-76
• 4.6.7 其他应用模块76
• 4.7 现场监测系统远程控制接口设计76
• 4.8 本章小结76-79
• 5 实验79-83
• 5.1 实验系统搭建79-80
• 5.2 系统功能及稳定性测试80-82
• 5.3 本章总结82-83
• 6 全文总结83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 附录88-90