NI公司開發(fā)無線實時數據采集系統(tǒng)監(jiān)測印度橋梁的健康狀況

位于印度清奈 (Chennai) 的結構工程研究中心 (SERC)，是印度科學與工業(yè)研究委員會 (CSIR) 旗下的國家實驗室之一。SERC 中的實驗力學 (EML) 部門，對民用建筑的設計和分析，扮演了相當重要的角色。做為該部門正在研發(fā)的項目中的一部分，我們構建了一個實時監(jiān)測橋梁和民用建筑健康狀況的系統(tǒng)。該系統(tǒng)實時采集橋梁數據，并與遠程控制工作站進行無線通信。

我們成功開發(fā)出的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，保證了低成本、高性能的廣泛發(fā)布，并結合數據分析功能，對重要建筑的自然或人為損壞進行高效的監(jiān)控。

系統(tǒng)需求

系統(tǒng)必須實現如下高級功能：

1. 現場獨立采集數據
2. 傳輸數據至遠程中央控制工作站
3. 提供主/從或主/主數據采集系統(tǒng)選項
4. 提供多傳感器輸入和多數據通信接口設備
5. 優(yōu)化數據

除此以外，我們還需要系統(tǒng)執(zhí)行以下功能：

1. 采集壓力和電壓數據，并通過RS232接口與中央控制工作站通信
2. 在正常情況下，以指定的速率采集數據；在緊急情況下，以最大速率采集數據
3. 通過RF 信號、GSM 通信和公共交換電話網絡(PSTN) 進行數據傳輸
4. 無需親自到測量地點，通過更改控制工作站的通信模式構建靈活的系統(tǒng)
5. 當通信鏈路斷開時，自動進行重新連接
6. 當發(fā)生通道數據超過限定值的緊急情況時，給指定工作人員的移動電話發(fā)送短信息警告
7. 改變數據采集系統(tǒng)的記錄速率
8. 識別緊急情況，并按照用戶預先設定的更高采樣率記錄來自儀器和傳感器的數據

中央遠程控制系統(tǒng)具有如下特性：

1. 在線實時顯示來自現場數據采集系統(tǒng)的采集數據
2. 由中央控制工作站按照用戶定義對現場數據采集系統(tǒng)的功能進行遠程變更

系統(tǒng)描述

我們使用LabVIEW、LabVIEW Real-Time軟件，和PXI硬件，搭建了這臺實時無線數據采集系統(tǒng)。我們使用 NI SCXI-1520 通用應變片模塊采集應變信號，使用NI PXI-6225 多功能數據采集模塊采集電壓信號，使用NI PXI-8422 /4串口模塊 采集其它信號。采集到的信號，通過 GSM/RF/PSTN 線路傳送至遠程控制工作站，以進行實時監(jiān)控。

PC中央控制臺通過無線網絡與兩臺遠程PXI系統(tǒng)通信。PXI系統(tǒng)通過程序在指定采樣率下采集來自傳感器的數據并保存。當緊急情況發(fā)生的時候，系統(tǒng)使用LabVIEW Real-Time自動切換至最高存儲速率。用戶可以指定任意的緊急情況，比如颶風、地震或建筑物的嚴重變形等。

系統(tǒng)使用LabVIEW Real-Time產生和傳輸短信息警告，并通過GSM、RF、PSTN向控制計算機傳送和顯示采集數據和分析結果。對于每個PXI系統(tǒng)，我們通過PXI-8422/4 RS232串口連接GSM和PSTN調制解調器，通過 NI PXI-8186 controller 上的RJ45端口連接RF的調制解調器，將數據從現場傳至遠程控制工作站。控制站比較來自兩個獨立PXI系統(tǒng)的不同橋梁之間的數據，并顯示報告。

系統(tǒng)功能

本數據采集系統(tǒng)被放置在便攜式面板中，可安裝在被監(jiān)控建筑的附近，我們可以在控制工作站在線看到來自建筑的數據，并且PXI系統(tǒng)記錄的數據通過無線網絡傳送至控制站進行分析。系統(tǒng)可以分析、處理和發(fā)送原始數據，同時在中央控制工作站監(jiān)控兩個不同的民用建筑，它提供了三種通信模式 (GSM,PSTN和RF)，以方便用戶在需要的時候在三種模式之間進行切換。如果某些建筑比較大，或由很多橋梁傳感器構成，也可在同一個建筑中同時使用兩個PXI系統(tǒng)。

其中一個PXI 系統(tǒng)被配置為主系統(tǒng)，另一個被配置為從系統(tǒng)。系統(tǒng)采集來自其它指定民用建筑監(jiān)控儀器中的數據，并將它發(fā)送至控制工作站。當電源突然斷開時，系統(tǒng)會繼續(xù)斷電前的操作。除此以外，系統(tǒng)會保存多份數據記錄，每份記錄的數據速率不同，由不同的觸發(fā)信號激發(fā)；同時系統(tǒng)也會保存所有的警告信息，并將用戶需要的警告以短信息的方式發(fā)送出去。

使用堅固耐用的NI PXI和SCXI硬件與LabVIEW軟件，我們開發(fā)出通用的、靈活的橋梁和民用建筑健康狀況監(jiān)控系統(tǒng)。使用更高的硬件采樣率和分辨率，該監(jiān)控系統(tǒng)可以提供精確的數據做橋梁故障分析。該系統(tǒng)還具有良好的擴展性能，以滿足當前和未來客戶的長期需求。它為印度提供了一個長效、高性能、低成本、可廣泛分布的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。