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现代建筑物的高度、跨度及迎风面面积都在不断增长中,因而从安全性、耐用性及防灾减灾角度出发,需要对建筑物尤其是高大建筑物进行全方位实时台风监测。传统的台风监测系统往往是通过有线方式连接大量的传感器进行数据采集,但是高大建筑物结构复杂,往往遇到布线困难的问题。本文针对传统台风监测系统的布线困难,利用当前高速发展的MEMS技术、智能传感器技术和无线通信技术,设计了基于无线传感器网络的高大建筑物台风监测系统。首先,针对台风监测环境和应用要求,对不同通信技术的性能进行分析比较,确定采用ZigBee技术为核心的总体设计方案。然后,根据系统的网络规模和实时采集要求,选取了星型拓扑结构。
系统的硬件方面,无线收发模块采用了由ZigBee技术发展而来的Super-ZigBee技术,其在常规ZigBee的无线通信收发端无缝连接低噪声前端放大器,适当增加功耗的情况下,大幅改善了节点通信距离不足的问题；传感器采集模块采用了以智能信号调理芯片ZMD31050为核心的信号调理电路,并配合基于MEMS制造工艺的硅压阻式压力传感器,实现了风荷载压力传感器低功耗和高精度的设计。
系统的软件方面,针对ZigBee网络系统延时较长、实时性较差的缺陷,通过采用数据打包发送、数据帧添加时间戳和优化无线通信数据量的方法,解决了ZigBee网络的延时和吞吐量不足的问题,满足了系统的实时监测要求；终端节点的休眠模式程序设计使节点无任务时进入节能模式,实现了终端节点的低功耗设计,增加了监测系统的工作时间。
系统的调试和实验分为无线收发模块的通信实验、传感器模块的校准和标定及稳定性测试实验和样机的联机调试实验。无线收发模块的通信实验验证了Super-ZigBee技术的通信距离完全能够满足监测应用的要求。对风荷载压力传感器模块校准和标定后,对其进行测试,结果表明该模块精度高,时漂量小,性能稳定,能够适用于高大建筑物台风监测系统长时间监测的要求。最后的联机调试,体现了所设计的台风监测系统突出的实时性和稳定性特点,能够很好地替代传统的监测系统,满足高大建筑物的台风监测应用要求。