橋梁作為市政交通基礎設施，其健康狀態與（yǔ）城（chéng）市交通發展、市民安全出行存在密切關聯。本文從介紹（shào）係統的整體設計方案入手，圍（wéi）繞主控模塊、GPRS通信（xìn）電路、傳感器（qì）模塊（kuài）、係統電源電路四個層麵，針對橋梁健康狀態在線監測預警係統（tǒng）的硬件模塊進行了具體設計，並（bìng）探討了係統運行測試的結（jié）果，以供參考。
　　【關鍵詞】橋梁健康（kāng）狀態;在線監測係統;預警模塊
　　近年來（lái）城市化與交通運輸事業發展促（cù）使路橋工程建設規模日（rì）漸擴大，橋梁的質量（liàng）問題對於施工階段與後續使用階段具有關鍵影響。通常橋梁基礎、橋墩、支座等部（bù）位的受力與變形情況較（jiào）為複雜，因此需在施工階段完善（shàn）健康監測係統的布（bù）設，在線獲取健康狀態數（shù）據發揮（huī）預警功能、實現及時運維，保障橋梁質量安全。
　　1、係統設計方案
　　1.1節（jiē）點架構設計
　　基於多節點形式進行（háng）橋梁監測係統結構設計，綜合考慮橋梁在使用（yòng）過程中存在的受力、變形（xíng）、振動、應變等具（jù）體狀態，由（yóu）各節點獨立承擔獲取監測數據的功能，借助GPRS與（yǔ）雲服務器實現采集數據的上傳，並利用遠程計算機、移動端APP訪問雲服務器（qì），將獲（huò）取到的監測數據與標（biāo）準數據值進（jìn）行對比分析，以（yǐ）此評判橋梁的健康狀態，並在出現質量（liàng）安全問題時（shí）做到及時預警（jǐng）。采用 軟件平台進行遠程計算機監（jiān）測係統（tǒng）設計，基於Ubuntu係統、Python語言與PYQT框架（jià）完成QY監測軟（ruǎn）件的建構，形成計算機係統的監測模（mó）塊。
　　基於節點劃分原則將橋梁監測預警係統劃分為三部分：其一是信息采集模塊，由（yóu）ADXL345加速度傳感器（qì）、應力傳感器、DHT-11溫濕度傳感器、WFS-1風速傳感器4個節點組成;其二是信號傳輸與網絡（luò）傳輸模塊，由ATMega2560微處理芯片、GPRS/GPS模塊2個節點（diǎn）組成;其三（sān）是雲服（fú）務與數據處理模塊，由 雲平台、手機APP、遠程監測計算機3個節點組成，其（qí）中遠程監測計算（suàn）機包含本地數據庫（kù）、神經網絡數據（jù）分析、數據可視化顯示模塊[1]。
　　1.2功能模塊規劃
　　在功能模塊設計方麵，信（xìn）號采集模塊依靠（kào）四項傳感器采集（jí）橋梁運行狀態下（xià）的加速（sù）度、應力（lì）、溫濕（shī）度與風速數據;信號處理與網絡傳輸模塊利（lì）用主控（kòng）板實現數據處理功能的集（jí）成，針對采集到的原始數據進行處理，定位節（jiē）點獲取到精（jīng）確的 時間，並將數（shù）據（jù）傳（chuán）輸至雲服務器端，起到遠程監測功能;雲服務與數據處理模塊主要利（lì）用計算機或移動智能設備獲取下載監測數據，借助神經網絡模型、算法進行數據分析，將分析（xī）結果進行可視化呈現、提供預警服（fú）務，並存儲至數（shù）據庫中供相關人員進（jìn）行查詢。
　　2、橋梁健康狀態在線監測預警係統的具體設計探討
　　2.1係（xì）統硬件設計
　　2.1.1主控模塊
　　主控模塊用於實現監測預警係（xì）統模塊架（jià）構的整體搭建，主要包含以（yǐ）下（xià）三要素：其一是單片機，基於Mega2560開發（fā）板、USB接（jiē）口完（wán）成 Mega2560單片機與核心電（diàn）路板的開發設計，用於控製信號采集模塊的四種傳感（gǎn）器（qì），采集橋梁健康狀態數據，並利用遠程計算機、 雲服務器完成數據分析處理、存儲（chǔ）與顯示;其二是複位電路，利用複位（wèi）功能（néng）實現對單片機運行過程的保護作用（yòng），既能夠用於實現係統初始化，同時還能夠在係統程序運（yùn）行錯誤（wù）時實現單片機的複位;其三是晶振電路，為單片機提（tí）供（gòng）時鍾信號（hào），供其執行軟件程序操作（zuò），保障單片機時序電路的正常運轉。
　　2.1.2 GPRS通信電路
　　選取 GPRS模塊將采集到的傳（chuán）感器數據進行上傳，將其工作電壓設為 ，將 接口與 接口與主控單元對應（yīng）接口相連，並基於串口通信方式將 接口、 接（jiē）口與（yǔ） Mega2560的接（jiē）口13、接口15相（xiàng）連，實現與主控單元間的數據（jù）傳輸（shū），完（wán）成GPRS通信電路設計。
　　2.1.3傳感器模塊（kuài）
　　選用 加速度傳感器、 應力傳感器（qì）、 溫濕度傳感（gǎn）器與 風速傳感器完成傳感器模（mó）塊的設計，分別用於測量橋（qiáo）梁的振（zhèn）動、應變、溫濕度、風速等參數。其（qí）中 加速度傳感器是一款超低功耗、3軸加速度計，在測量狀態下的功耗為 、待機狀態下功耗僅為 ，采用數字型輸出模式與 位二進（jìn）製補碼，可利（lì）用 通信接口或 數（shù）字接口實現數據訪問，具有體積小、質地輕薄特點; 應力傳感器為電阻式壓力傳感器，基於感測區域（yù）接（jiē）收到的壓力值，將其轉化為電（diàn）阻值（zhí）形式，進而由此（cǐ）生成（chéng）測量信息，具有敏感度（dù）高、抗幹擾性能強、可實現動態檢測、成本低等性能優勢; 溫濕度（dù）傳感器采用數字型輸出口，基於數字采集、溫濕度（dù）傳感技術輸出 位數字（zì）信號，並選取電容式感濕元件與（yǔ） 型測溫元件完成硬件部分設計，實現與單片機（jī）的直接（jiē）通（tōng）信; 風速傳感器選取 、 兩（liǎng）種供電方式，可實現脈衝、模擬電流、模擬電壓、 數字傳輸等多種輸出方式，具有檢（jiǎn）測精確、抗氧化、抗電磁幹（gàn）擾等性能優勢[2]。
　　2.1.4係（xì）統電源電路
　　該係統采用  單片機與USB接（jiē）口直接供電方式，利用電源適配器可將其與計算機（jī）、220V市電間（jiān）進行直接連接，選取DC插頭與主（zhǔ）控電路 插座進行直接連接，完成（chéng）係統電源電路的設（shè）計。
　　2.2係統運行（háng）測試
　　采用 編輯器進行橋梁監測預警係統的測試，用戶可直接利用開（kāi）發的QY監測軟件訪問雲服務（wù）器，獲取控製單元檢（jiǎn）測到（dào）的傳感（gǎn）器數據，實時掌握橋梁（liáng）的健康狀態信息。在啟動QY監測軟件後，將呈現出直觀（guān）的傳感（gǎn）器節點列表，供用戶點擊任意節點、跳轉到相應的傳感器節點界麵，並顯示出橋梁的撓度、振動、風速參（cān）數，實現對橋梁運行狀態的實時監（jiān）測。同時，該軟件將獲（huò）取到的傳感器參數數據進行算法分析，利用折線圖控件展現出傳感器數據的曆史變化趨勢;當用戶切換至地圖界麵時，軟件將為用戶提供任一節點所處的地理（lǐ）位置區域，供用戶（hù）定位橋梁節點所處定位;當用戶切換至（zhì）橋梁運行狀態界麵時，可通過觀察餅狀圖掌（zhǎng）握（wò）橋梁的運行狀態，分別表現為“正（zhèng）常狀態”、“待維修”與“危險（xiǎn）”三種類型;在用戶退（tuì）出（chū）軟件後，該（gāi）程序在後台仍與 服務器間建立通信（xìn）傳輸關係（xì），用於（yú）實現橋梁（liáng）運行狀（zhuàng）態（tài）的實（shí）時更新，當檢（jiǎn）測到狀態數據超出設定閾值時，即會自（zì）動觸發報警裝置（zhì），基於 機製通知用戶（hù）出現異常狀態信息，以此發揮在線監測與有效（xiào）預警功能。
　　結（jié）論：
　　本文基於物聯網技術進行（háng）了橋梁健康狀（zhuàng）態在（zài）線監測預警係統的設計，選取傳感器布設在相應節點實現狀態數據（jù）的有效采集，配合無線通信技術完成組網與上傳，通過訪問雲服務端掌握橋梁（liáng）健康狀態的實時數據，並基於（yú）標準值偏差觸發報警功（gōng）能，實（shí）現橋（qiáo）梁質量安全問題（tí）的有效預（yù）警，進一步（bù）提升橋梁維護效率。