摘 要： 针对现有桥梁结构健康监测系统数据采集节点的不足，基于传统RS 485工作模式提出并设计了一种新型采集节点工作模式，总线上的其中任意一个采集节点均可作为控制主机使用，其余节点为从节点，以此使得采集系统更加简洁。采集到的数据保存到内部存储FLASH上，保证数据不会丢失，提高了其可靠性。该类采集节点已在某城市立交桥长期健康监测中得到了应用，结果表明：该采集节点具有采集精度高、可工作于主/从模式、操作方便等优点，为桥梁结构健康监测提供了一种新的选择。
关键词： 桥梁结构健康监测； 采集节点； 主/从工作模式； 操作方便
中图分类号： TN911⁃34； TP216+.1； U447 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）05⁃0023⁃04
Design of new acquisition node and its application in bridge health monitoring system
SHI Xue⁃feng1， 2， ZHU Shi⁃feng1， 2， DAI Chen3
（1. Bridge Science Research Institute， China Zhongtie Major Bridge Engineering Group， Wuhan 430034， China；
2. Hubei Province Key Laboratory of Bridge Structure Safety and Health， Wuhan 430034， China； 3. Hubei Hongshan Prison， Wuhan 430223， China）
Abstract： since it is inadequate for data acquisition nodes of the existing bridge structural health monitoring system， a new collection node operating mode is proposed and designed based on the traditional RS 485 mode. either one acquisition node on the bus can be used as a control host， the others are slave nodes， thus making the acquisition system more concise. The collec⁃ted data is stored to the internal storage Flash to ensure that data is not lost， which improves its reliability. Such acquisition node has been applied to long⁃term health monitoring of a city overpass. The results show that the acquisition node has the advantages of high acquisition accuracy， working in master/slave mode and easy operation. It provided a new choice for bridge and other structural health monitoring.
Keywords： bridge structural health monitoring； acquisition node； master/slave mode； easy operation
0 引 言
据不完全统计，我国现有桥梁60余万座，在气候、环境等自然因素和日益增加的交通流量及超载车辆不断增加的情况下，伴随桥龄的增长，桥梁的安全性和使用性能将发生退化，甚至导致桥梁垮塌等重大事故[1]。因此，对桥梁结构进行连续的健康监测，为保证交通顺畅和生命财产安全提供了一种选择。
但是，往往由于经费的限制，中小型桥梁无法同特大型、大型桥梁一样安装监测内容全面的健康监测系统[2]，而是更关注对其挠度、应变和裂缝等关键参数的静态信号监测。该类系统具有架构简单、监测参数少，费用低、便于实现远程无线传输等优点，且能满足桥梁安全监测的基本需求。于是，目前均选用技术成熟而且具有较高性价比的串口RS 485型采集节点，其一般是从市场上采购通用型采集节点得到。但目前市场上该类采集节点均需要增加额外的传感器电源供电电路、传感器信号线接口电路、无线模块电路等，集成电路结构复杂，稳定性差，取样电阻（电流信号采集）故障频发，且在特定场合需要工控机作为控制主机发送采集指令。鉴于此，提出并设计了一种符合工程实际且经济可靠、操作方便的采集节点。
1 采集节点功能设计
为满足工程实际需求，所开发的新型采集节点具有以下特点：24 b分辨率；电流采样精度<±0.1%，电压采样精度<±0.05%；每通道 24 Vdc/50 mA max对传感器供电；总线上有且仅有一个采集节点可作为控制主机，向自身和其他采集节点发送采集指令，作为工控机功能使用，即主机工作模式，同时亦可方便地切换到从机工作模式；FLASH存储：设置是否对采集数据进行自身存储，保证数据不丢失；嵌入RF或GPRS无线传输模块，便于实现不同环境下的数据无线传输[3⁃4]；全部接口均采用航空接头，接插方便可靠；机体外壳和接头防护等级均为IP65，可直接在户外使用。
2 硬件电路的设计