基于射頻和NB-IoT的危房監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

王琨

(福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息技術(shù)工程系，福建 福州 350108)

一直以來，中國的老舊危房監(jiān)測管理主要依賴人工[1-2]，近年才逐步提出相關(guān)的信息化系統(tǒng)：文獻[3]提出的危房動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)整合了人工巡查和在線實時監(jiān)測信息，定期出具監(jiān)測報告，但數(shù)據(jù)采集仍依賴人工，耗時費力且不準確；文獻[4]提出利用無人機航拍實現(xiàn)危房狀態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，但對圖像識別率要求較高，且無法實時掌握房屋狀態(tài)；文獻[5]提出了基于傳感器的無人值守式危房智能監(jiān)測系統(tǒng)，可遠程觀測房屋結(jié)構(gòu)變化，并實時報警。從世界范圍內(nèi)來看，危房監(jiān)測需要進一步采用信息化手段，通過室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控，實現(xiàn)建筑物的健康管理[6-8]。上述幾種采用傳感器式的監(jiān)測系統(tǒng)，雖能夠?qū)崟r感測建筑的狀態(tài)，但存在傳感器笨重、線路較多、不易大范圍安裝等問題。

本項目研發(fā)低功耗的智能危房監(jiān)測系統(tǒng)，在每間房屋內(nèi)部部署低功耗的微機電傳感器，采集關(guān)鍵梁、柱、墻信息，通過無線射頻模塊將關(guān)鍵梁、柱、墻節(jié)點連接，構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化傳輸路徑，將信息傳輸?shù)絽R聚節(jié)點篩選整合，最終通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳至云平臺，使用戶可遠程實時掌握各房屋的健康狀況。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

危房監(jiān)測系統(tǒng)的采集端由房屋狀態(tài)監(jiān)測節(jié)點、房屋信息匯聚節(jié)點構(gòu)成。房屋狀態(tài)監(jiān)測節(jié)點帶有三軸加速度傳感器，能采集關(guān)鍵梁、柱、墻的傾角信息。針對不同的房屋戶型結(jié)構(gòu)，采用直接傳輸和存儲轉(zhuǎn)發(fā)的路由算法，確保數(shù)據(jù)得以有效傳輸。房屋信息匯聚節(jié)點是數(shù)據(jù)的匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)中心，收集其它監(jiān)測節(jié)點的信息，對數(shù)據(jù)進行濾波、誤差補償和整理融合后發(fā)送到云平臺。用戶可利用手機APP接入云平臺，根據(jù)不同的權(quán)限，得到不同的房屋信息。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 危房監(jiān)測系統(tǒng)的總體框圖Fig.1 General diagram of dangerous building monitoring system

2 關(guān)鍵模塊原理與設(shè)計

危房監(jiān)測系統(tǒng)主要實現(xiàn)房屋傾角數(shù)據(jù)的采集與傳輸，根據(jù)模塊化的設(shè)計思路，房屋狀態(tài)監(jiān)測節(jié)點主要由傾角傳感器模塊、供電模塊、無線射頻模塊和主控模塊構(gòu)成；房屋信息匯聚節(jié)點主要由GPS定位模塊、溫度傳感器模塊、無線射頻模塊、NB-IoT通信模組和主控模塊構(gòu)成，如圖2所示。傾角傳感器的體積、功耗和精度，無線射頻模塊的選型和路由設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

圖2 危房監(jiān)測系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Hardware circuit block diagram of dangerous building monitoring system

2.1 傾角傳感器模塊設(shè)計

當房屋發(fā)生沉降、扭曲或傾斜時，建筑的承重梁、柱子或承重墻會發(fā)生傾斜，需要采用高精度的傳感器準確測量各關(guān)鍵梁、柱、墻的傾角。工程上使用的傾角測量儀比較重，質(zhì)量約500～5 000 g，工作電壓介于12～48 V，部分采用有線的數(shù)據(jù)傳輸方式不適合直接安裝在房屋內(nèi)部使用，需要選擇體積小巧、功耗較低的傳感器測量傾角。

三軸加速度傳感器體積微小，能夠?qū)崟r測量x、y、z軸上的加速度Ax、Ay、Az。其中，z軸上的傾角θ滿足公式(1)。已知3個軸的加速度值，就能求出z軸的偏移角度。

(1)

綜合考慮工作電壓、分辨率、體積等因素，傾角傳感器采用博世系列的三軸低功耗加速度傳感器BMA253。該器件供電電壓為1.62～3.60 V，工作模式在正常模式、深度暫停模式、低功耗模式和暫停模式之間切換，最低功耗電流低至6.5 μA。BMA253采用差分電容原理將角度變化轉(zhuǎn)換為加速度信號輸出，轉(zhuǎn)換精度為12位數(shù)字分辨率，體積為2 mm × 2 mm × 0.95 mm的長方體。在同類傳感器中，其分辨率較高、體積較小、功耗較低，綜合性能最優(yōu)，能夠滿足設(shè)計需求。

2.2 通信模塊設(shè)計

由于危房監(jiān)測的特殊性，可以在房屋的關(guān)鍵梁、柱、墻上通過鉚釘或螺絲安裝傾角傳感器模塊，形成房屋狀態(tài)監(jiān)測節(jié)點。監(jiān)測節(jié)點通過預(yù)先設(shè)計的路由協(xié)議進行組網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點。每戶設(shè)置一個匯聚節(jié)點，將收集到的信息整合后上傳云平臺。

目前常用的近距離無線通信技術(shù)包括ZigBee、WiFi、藍牙及無線射頻技術(shù)。其中無線射頻技術(shù)的通信頻段主要包括230、315、433 MHz和2.400 GHz頻段，前3個頻段雖然通信距離可以達到幾千米，但是信號穿透能力弱、傳輸速度慢且不易組網(wǎng)，因此采用起始頻率為2.400 GHz、帶寬為0.125 GHz的無線射頻技術(shù)作為近距離無線通信的備選方案。對比ZigBee、WiFi、藍牙和無線射頻(2.400 GHz)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)無線射頻(2.400 GHz)技術(shù)功耗低、開發(fā)成本低、抗干擾能力好，因此采用無線射頻(2.400 GHz)技術(shù)作為近距離無線通信手段，具體參數(shù)對比見表1。

無線射頻模塊采用nRF24L01，工作頻率為2.400～2.525 GHz，工作頻段最多可分為126個可供選擇的頻道，頻道的工作頻率如式(2)所示，式中F0為工作頻率，RFCH為模塊寄存器配置的頻率值，通信雙方必須保持相同的工作頻率才能通信。nRF24L01數(shù)據(jù)傳輸率為1 Mbps或2 Mbps，當工作在2 Mbps模式時，RFCH的值必須大于等于2，才能避免模塊間的干擾。藍牙、Wi-Fi等技術(shù)的工作頻率也在2.400 GHz，但對nRF24L01的干擾較少，主要有兩個原因：第一，射頻模塊本身數(shù)據(jù)傳輸率較高，傳輸時間短，可有效避免碰撞。第二，采用跳頻技術(shù)[9]，將0.125 GHz帶寬的信道劃分為若干個無線電頻率通道，收發(fā)雙方傳輸信號的載波按照預(yù)定規(guī)律進行離散變化，設(shè)置相同的時間段，發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)時，如果在指定時間段內(nèi)未收到應(yīng)答信號，則按照既定規(guī)律自動切換到下一頻道重新發(fā)送；接收端在接收數(shù)據(jù)時，如果在指定時間段內(nèi)沒有收到有效數(shù)據(jù)，則按照相同的規(guī)律自動切換到下一頻道繼續(xù)檢測載波信號。跳頻技術(shù)的時間間隔非常短，能夠有效完成數(shù)據(jù)傳輸。

F0=2 400+RFCH(MHz)

(2)

表1 近距離無線通信技術(shù)對比

nRF24L01采用增強型的ShockBurst模式傳輸數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)幀格式如表2所示。當測量的傾角值在-90°到90°之間時，數(shù)據(jù)幀大小約為9 B，即72 b。匯聚節(jié)點以戶為單位收集信息。匯聚節(jié)點對收集到的監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)量進行整合，只保留節(jié)點編號和傾角角度信息，通過匯聚節(jié)點整合后，數(shù)據(jù)量更加精簡。

表2 增強型ShockBurst模式的數(shù)據(jù)幀格式

遠距離傳輸采用NB-IoT技術(shù)，目前大部分地區(qū)NB網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普及，所選的NB05-01模組體積小、功耗低、成本低，傳輸速率介于160～250 Kbps，可解決家用Wi-Fi斷網(wǎng)的困擾，很適合小數(shù)據(jù)量的房屋傾角監(jiān)測數(shù)據(jù)收發(fā)。

2.3 無線網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計

每戶一般只設(shè)一個匯聚節(jié)點，該節(jié)點對安裝位置無特殊要求，可以采用電源適配器引入市電供電。其它監(jiān)測節(jié)點由于安裝位置不同，節(jié)點數(shù)較多，只能采用電池供電。因此，有必要設(shè)計低功耗的路由協(xié)議，保證監(jiān)測節(jié)點盡可能長時間地工作，避免經(jīng)常更換電池帶來不便。

實際上，一戶可能是只有一間房屋，也可能是包含兩間以上的房屋。對于一戶一屋的情況，nRF24L01在無墻遮擋的通信距離能達到100 m，所有監(jiān)測節(jié)點的數(shù)據(jù)可以直接傳輸給匯聚節(jié)點。根據(jù)nRF24L01的頻率特性，可以劃分為126個頻道，每個監(jiān)測節(jié)點分配不同的頻道作為起始頻率，匯聚節(jié)點在接收數(shù)據(jù)時，設(shè)置為對應(yīng)的頻道就可以收到相應(yīng)數(shù)據(jù)。對于一戶兩屋或兩屋以上的情況，如果房屋面積較大或有墻遮擋，nRF24L01的傳輸信號會較大衰減，一些監(jiān)測節(jié)點無法直接和匯聚節(jié)點通信，故需采用部分監(jiān)測節(jié)點作為中繼節(jié)點，將信息傳送給匯聚節(jié)點。

具體的路由產(chǎn)生過程如下：由匯聚節(jié)點獲取鄰接節(jié)點位置，形成鄰接矩陣，如果還有孤立節(jié)點，匯聚節(jié)點的下一級節(jié)點就重復(fù)前述步驟，直到所有的節(jié)點都被遍歷。接著，考慮節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的消耗、節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)對鄰接節(jié)點的消耗以及節(jié)點接收響應(yīng)的消耗，按照式(3)計算出源節(jié)點到目的節(jié)點的基本代價矩陣，基本代價矩陣里的元素值代表直接連通的兩個節(jié)點的傳輸功耗，綜合兩個矩陣，計算出每個監(jiān)測節(jié)點到匯聚節(jié)點的最低功耗，就能得到最優(yōu)路徑表。

Eitotal=Ei+Etr-cost×adj(i)+Ere-cost×adj(d)

(3)

式中，Eitotal指從節(jié)點i到目的節(jié)點的總功耗，Ei指節(jié)點i發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的功率消耗，Etr-cost指傳輸數(shù)據(jù)時，節(jié)點i對各鄰接節(jié)點影響的功率消耗，Ere-cost指收到數(shù)據(jù)后，回復(fù)確認信息對其各鄰接節(jié)點的影響功率消耗，adj(i)和adj(d)分別指節(jié)點i和目的節(jié)點d的鄰居數(shù)目。

以一戶三居室的房屋為例，分布在室內(nèi)節(jié)點對應(yīng)的拓撲圖如圖3所示，數(shù)字代表傳感器節(jié)點的編號，節(jié)點0為匯聚節(jié)點，其它節(jié)點為監(jiān)測節(jié)點，該房屋的鄰接矩陣Asd，如式(4)，矩陣中“1”表示該節(jié)點與其是鄰接節(jié)點，可直接通信；“0” 表示不是鄰接節(jié)點，不能直接通信。再根據(jù)式(3)，綜合nRF24L01考慮的能耗狀態(tài)及計算的簡便性，設(shè)直接通信時Ei=2.0 mW，穿墻時時Ei=3.0 mW，Etr-cost=Ere-cost=0.2 mW，計算出源節(jié)點到目標節(jié)點的基本代價矩陣Psd，如式(5)所示。

(4)

(5)

圖3 三居室房屋網(wǎng)絡(luò)拓撲圖Fig.3 Network topology of a three-bedroom house

利用式(4)和式(5)，通過最少節(jié)點遍歷法求出源節(jié)點和目標節(jié)點間的最低能耗，就能確定它們之間的最優(yōu)路徑。以求本例最復(fù)雜的節(jié)點2到節(jié)點0的最優(yōu)路徑為例。根據(jù)式(4)可知，從節(jié)點2到節(jié)點0無直接通路，只能通過中轉(zhuǎn)的形式到達；通過普通遍歷的方法，可以得到以下5種路徑，分別為：

(1)節(jié)點2→節(jié)點1→節(jié)點0；

(2)節(jié)點2→節(jié)點3→節(jié)點1→節(jié)點0；

(3)節(jié)點2→節(jié)點3→節(jié)點4→節(jié)點0；

(4)節(jié)點2→節(jié)點3→節(jié)點5→節(jié)點0；

(5)節(jié)點2→節(jié)點3→節(jié)點4→節(jié)點5→節(jié)點0。

利用公式(5)，可以得到5種路徑對應(yīng)的功耗分別為：

(1)P20-1= 4.2+3.4 =7.6 (mW)；

(2)P20-2= 3.2+4.6+3.4=11.2 (mW)；

(3)P20-3= 3.2+4.6+4.4=12.2 (mW)；

(4)P20-4=3.2+4.4+4.2=11.8 (mW)；

(5)P20-5= 3.2+4.6+3.4 = 14.2 (mW)。

很明顯，通路(1)消耗的功耗最少。綜上，中間節(jié)點越多，消耗的功率越大。因此，采用最少節(jié)點遍歷法尋找兩節(jié)點間的通路，如果通路有多條，再比較功耗大小，選擇功耗最低的那條路徑作為最優(yōu)路徑。

3 加速度傳感器的傾角標定

實際工程中，監(jiān)測節(jié)點采集的傾角數(shù)據(jù)是判斷危房狀態(tài)的核心要素，根據(jù)中國住建部2016年發(fā)布的《危險房屋鑒定標準》(JGJ125-2016)，對于不同層高的傾斜率限值要求不同，傾斜率下限為0.5%，換算成傾斜角約為0.3°，因此傳感器采集的傾角誤差要低于0.3°。

本設(shè)計研究了基于位置、溫度等的誤差補償技術(shù)，對傳統(tǒng)的六位置標定法[10]進行改進，采用溫度分段式六位置標定法設(shè)計。根據(jù)所使用的三軸加速度傳感器誤差原理，建立如下模型：

(6)

式中，Ni(i=x,y,z)為加速度傳感器的輸出響應(yīng)，Ai(i=x,y,z)為加速度傳感器對應(yīng)軸的激勵加速度，ki(i=x,y,z)為加速度傳感器的標度因數(shù)，kij(i=x，y，z；j=x，y，z；i≠j)為加速度傳感器的非正交誤差，Di(i=x,y,z)為加速度傳感器的零偏。該模型在標定時，僅需確定6個位置就能求得12個參數(shù)，位置參數(shù)如表3所示。

表3 三軸加速度傳感器的坐標軸取向及各軸重力加速度

將加速度傳感器放在傾角精度誤差低于0.01°的轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺帶有溫控裝置，保持恒溫。通過控制轉(zhuǎn)臺使加速度傳感器達到相應(yīng)的位置，記錄此時的輸出響應(yīng)Nij(i=x,y,z；j=1，2，3，4，5，6)，代入公式(6)，即可求得相應(yīng)的值。例如，當加速度傳感器處于位置1和位置6時，得到

(7)

(8)

從式(7)、式(8)可得

(9)

(10)

同理，將加速度傳感器置于位置2、5時，得到

(11)

(12)

將加速度傳感器置于位置3、4時，得到

(13)

(14)

將式(10)、式(12)、式(14)中對應(yīng)的Dx、Dy、Dz平均，得到

(15)

標定時，通過六位置法，利用式(9)、(11)、(13)、(15)就能求解模型中的所有參數(shù)。由于加速度傳感器是每20℃約產(chǎn)生0.1°的誤差，因此在標定時，以20℃為單位劃分溫度范圍，固定最高溫度和最低溫度，分兩次使用“六位置法”，求出相關(guān)參數(shù)，取其平均值，得到此溫度段的最終參數(shù)。輸入新的加速度值時，根據(jù)不同溫度段模型進行誤差補償，得到Nx、Ny、Nz的精確值，從而確定精確的傾角。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

危房監(jiān)測系統(tǒng)房屋終端的主程序流程如圖4所示。當網(wǎng)絡(luò)注冊成功后，匯聚節(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲生成最佳路由表，按此路由對各房屋節(jié)點的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集，經(jīng)濾波、誤差補償，得到精確數(shù)據(jù)。如果接收到來自云平臺的數(shù)據(jù)采集命令，則啟動GPS模塊，采集當前位置和時間信息，通過NB網(wǎng)絡(luò)將時間、位置及房屋狀態(tài)信息發(fā)送到云平臺，進入低功耗類模式；否則，自行判斷房屋狀態(tài)數(shù)據(jù)，若超出警戒值，將信息上報到云平臺；若未超出警戒值，則不做任何動作。最后，都進入低功耗類模式，等待下一次的中斷喚醒。

圖4 危房監(jiān)測系統(tǒng)房屋終端主程序流程圖Fig.4 Flow chart of the housing terminal of the dangerous building monitoring system

“采集房屋狀態(tài)數(shù)據(jù)信息”部分，主要包括利用nRF24L01進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。nRF24L01采用增強型的ShockBurst模式處理數(shù)據(jù)包，該模式下能夠自動進行數(shù)據(jù)重發(fā)，自動產(chǎn)生應(yīng)答信號，且數(shù)據(jù)傳輸時間短，有效避免數(shù)據(jù)碰撞，降低能耗，具體數(shù)據(jù)幀格式如表3所示。

采用nRF24L01進行通信的流程主要包括數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收兩部分，根據(jù)接收到的“發(fā)送能使”和“接收使能”信號來判斷。當發(fā)送數(shù)據(jù)時，設(shè)置數(shù)據(jù)前綴，發(fā)送數(shù)據(jù)，在規(guī)定時間內(nèi)收到應(yīng)答信號，則表示發(fā)送成功；未接收到應(yīng)答信號，則按照既定規(guī)律跳頻重新發(fā)送，直到接到應(yīng)答信號為止。當接收數(shù)據(jù)時，先檢測載波，在頻道匹配的情況下解析數(shù)據(jù)包，當目的地址等于節(jié)點地址時，讀取數(shù)據(jù)，進行CRC校驗，如果校驗不成功，則按照既定規(guī)律跳頻，重新接收數(shù)據(jù)；當目的地址和節(jié)點地址不相等時，進行轉(zhuǎn)發(fā)。

本系統(tǒng)的APP功能主要包括注冊登錄模塊、房屋數(shù)據(jù)查看模塊和房屋數(shù)據(jù)分析模塊。設(shè)計時，將設(shè)備的IMEI碼與用戶信息綁定，一般使用者可以通過身份注冊認證，登錄查看自家房屋的狀態(tài)信息，但無法查看別人家的信息。只有管理員賬號有權(quán)限查看所有房屋信息，并對一段時間區(qū)域內(nèi)的房屋狀態(tài)信息導(dǎo)出，以實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)房屋進行整體的預(yù)警和決策。

5 系統(tǒng)結(jié)果測試

依據(jù)上述軟硬件設(shè)計達成的系統(tǒng)，對系統(tǒng)的精度進行測試，利用誤差精度低于0.01°的標準模塊設(shè)置不同的傾角，對比本系統(tǒng)輸出的角度和標準測試角度，具體結(jié)果如表4所示。

表4 傾角測試結(jié)果對比

續(xù)表

由表4可見，在標準的-90°到90°范圍內(nèi)，本系統(tǒng)中傳感器傾角的誤差精度均小于0.1°，不僅滿足危房標準中“傾斜度精度低于0.3°”的要求，并且誤差精度更小，有利于通過數(shù)據(jù)的長期積累，實現(xiàn)對房屋狀態(tài)的精準分析和預(yù)判。

為測試系統(tǒng)通信的可靠性，將數(shù)據(jù)采集、接收節(jié)點放在距離不同、干擾不同和障礙物不同的空間測試，nRF24L01的數(shù)據(jù)傳輸率為1 Mbps。節(jié)點每1 s發(fā)送一次采集數(shù)據(jù)包，干擾信號來源于對Wi-Fi和4G手機的不間斷使用，障礙物是建筑物的墻壁，記錄5 min內(nèi)收到的數(shù)據(jù)包，根據(jù)公式(16)，可以得到表5的數(shù)據(jù)采集率統(tǒng)計表。

(16)

由表5可見，不同情況下，5 m內(nèi)的數(shù)據(jù)采集率均為100%，無丟包；10 m內(nèi)的數(shù)據(jù)采集率最差為96.33%。丟包數(shù)隨著通信距離的增長而增加。一般一戶房屋內(nèi)的最大直線距離在10 m以內(nèi)，因此能滿足實際通信需求。

表5 不同情況下數(shù)據(jù)采集率統(tǒng)計表

為測試房屋狀態(tài)監(jiān)測節(jié)點的功耗，采用1節(jié)3 400 mA·h的鋰電池進行供電，為了快速得到統(tǒng)計結(jié)果，將5個相同的監(jiān)測節(jié)點并聯(lián)取電，每1 s采集傳輸一次數(shù)據(jù)，測試得到電池約在75 h后耗盡電量。按照上述測試結(jié)果，采用1節(jié)3 400 mA·h的鋰電池對1個節(jié)點供電，節(jié)點每1 h采集傳輸一次數(shù)據(jù)，則可以工作22 500 h，即2.57 a，也能夠滿足系統(tǒng)的功耗要求。

系統(tǒng)通過遠程采集危房信息，綜合展示房屋各關(guān)鍵支柱、梁、墻的信息、傾角實時變化的曲線。通過歷史數(shù)據(jù)，得到某房屋所有支柱節(jié)點傾角的變化曲線，如圖5。房屋支柱的傾角變化如表6所示。

圖5 危房監(jiān)測系統(tǒng)曲線圖Fig.5 Diagram of dangerous building monitoring system

從圖5、表6可以清晰的看出房屋中每個支柱一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)變化情況。從傾角數(shù)值和傾角變化兩個維度，將數(shù)據(jù)分為3個級別分析，就能形成對房屋狀態(tài)的三級二維預(yù)警。對傾角數(shù)值劃分為3個級別，當單次傾角值小于0.2°時，支柱狀態(tài)健康；當單次傾角值在0.2°到0.3°之間時，提示輕度風(fēng)險；當單次傾角值超出0.3°時，進行報警。同時，對支柱傾角的變化程度進行監(jiān)測，監(jiān)測等級也分為3級，當傾角變化值在0.1°以內(nèi)時，支柱目前狀態(tài)健康；當傾角變化值在0.1°和0.2°之間時，提示輕度風(fēng)險；當傾角變化值超出0.2°時，進行報警。實際上，結(jié)合房屋狀態(tài)數(shù)據(jù)及周邊建設(shè)情況和天氣情況，就能有效預(yù)測房屋狀態(tài)。

表6 房屋支柱的傾角變化表

6 結(jié)語

本設(shè)計將無線傳感網(wǎng)、微機電傳感器等技術(shù)引入危房監(jiān)控領(lǐng)域，通過對關(guān)鍵梁、柱、墻節(jié)點的監(jiān)測，實現(xiàn)了對整個房屋的監(jiān)測，監(jiān)測的傾角誤差精度低于0.1°，為利用人工智能算法做出精準預(yù)判奠定基礎(chǔ)。本設(shè)計具有“低功耗”和“智能化”的顯著特色?！暗凸摹敝饕w現(xiàn)在兩個方面：(1)采用新一代傳感器博世BMA253，利用加速度測量傾角，并采用微控制器實時控制，使該傳感器工作在“正常模式”、“深度暫停模式”等模式之間實時切換，有效降低能耗；(2)采用低功率傳輸技術(shù)，優(yōu)化路由算法，利用低功耗射頻芯片，有效提高系統(tǒng)的生命周期?！爸悄芑币搀w現(xiàn)在兩個方面：(1)危房數(shù)據(jù)采集智能化，摒棄以往人工采集的不準確性和非實時性，采用三軸加速度傳感器遠程實時采集，改進傳感器標定算法，使傾角誤差精度低于0.1°；(2)采集端發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)及時報警，上位機利用云平臺對海量數(shù)據(jù)進行分類存儲，生成按日、按月的房屋狀態(tài)曲線，實現(xiàn)了對房屋狀態(tài)的監(jiān)測。