基於PSD位移感測器的線上橋樑沉降監測系統
該專案是2018年中國（國際）感測器創新創業大賽中，我們的參賽作品。在這裡寫一篇總結，分享給家。
作品背景：
中國作為一個橋樑大國，橋樑沉降監測方面的需求巨大，實現橋樑沉降的高精度高效測量是一個有必要研究的問題。據調查，目前，橋樑沉降監測的儀器一般是：全站儀、水準儀、水平測斜儀等。檢測方式：人工進入現場操作儀器，配合測量工具測量等。這種傳統的監測方式存在很多問題，比如：測量精度無法保證、測量受環境限制、只能單點測量、人工消耗大，測量成本高等等。為此，我們實驗室在利用現有的條件，設計中出一套通用的監測系統。
1.設計目標
- 快速、高精度測量
- 自動線上測量
- 多點同時測量
- 遠端監測控制
2.總體設計
2.1系統結構圖
安裝在各測量點的測量模組由PSD位移感測器與Zigbee組成，感測器採集到的資料經過Zigbee無線傳輸到閘道器，由閘道器控制器進行處理，資料經處理後，再通過GPRS無線通訊模組，將資料上傳至伺服器，伺服器將資料儲存到資料庫，資料再通過Web網頁進行顯示，使用者可以通過手機或電腦終端瀏覽網頁實現對橋樑沉降資料的實時監測以及對系統的控制。
2.2測量示意圖
實際 測量中要選取，一個點作為基點，基點保持不動（可以在地面上打樁等方式）
說明：
1、在下圖中，把鐳射放在第一個橋墩是為了畫圖方便。
2、把鐳射和PSD感測器放在一起構成串聯，這樣能夠檢測多個點。、、
如何計算橋樑的沉降呢？
這裡的PSD位移感測器是一個二維的感測器，可以檢測到X 與Y方向的變化量，從而產生不同的訊號。原理是：當鐳射照在PSD感測器上時，感測器的兩端會產生2個電壓值，根據鐳射照射的位置不同，產生不同的電壓值。當我們選擇基點不動，測量點1處的PSD會根據橋樑沉降致使鐳射照在它上的位置發生微小的變化，從而產生不同的電壓值。我們將採集到的2個電壓值轉變為X和Y方向的位移量，在經過不同時刻採集到的資料X資料做差，便得到值Δx1或者Δy1，也即是橋樑的水平偏移量或者豎直沉降量；測量點2的沉降量和偏移量的計算稍有不同:由於測量點1所在的橋墩本身就可能發生沉降。我們先假設測量1的橋墩不動。那麼測量點2的豎直沉降量Δx2'=Xt-X0(這裡的Xt指不同時刻採集到的X的實際位移量。X0指在在開始測量時的最初的X的實際位移量)。而實際
2.3硬體設計
測量模組如圖：
閘道器控制器部分：
伺服器部分：
採用阿里的雲伺服器
通用版ECS優點：
● 彈性可伸縮。
● 部署快，運維效率高
● 定價低，按需付費
專案中考慮眾多環境等外部因素，比如野外的橋樑，鐳射的供電問題，鐳射的選型,PSD的選型等等，具體的細節問題都有相關的方案，可以加我的郵箱聯絡，同時歡迎批評指教。（[email protected]）
2.3軟體設計
軟體總流程圖：
zigbee程式工作流程圖如下圖：
閘道器程式工作流程圖如下：
閘道器程式主要目的是進行協議的轉換，實現與測量模組以及伺服器之間的資料傳輸。
服務端程式工作流程圖如下：
服務端程式實現與資料庫的連線以及與閘道器之間的資料接收發送。
web程式設計包括登入介面和監控平臺頁面程式設計。
在登入介面輸入登入賬號和密碼，進入到監控平臺頁面，進行操作，web程式軟體工作流程圖如下：
3.除錯結果
這裡用最終的介面展示：
除錯結果說明：
1.儀器的精度約為0.1mm，完全滿足《工程測量規範》GB50026-2007中對於大型橋樑相鄰變形觀測點高程中誤差小於0.3mm的要求。沉降量為0.01mm時都可檢測到。
2.儀器開啟後，會實時進行檢測並將檢測到的資料通過GPRS模組傳送到伺服器，資料會存入到資料庫並顯示到監控平臺頁面上，通過監控平臺頁面，可以對儀器進行遠端控制，實現鐳射開啟關閉。
3.測量過程中，各測量點開啟鐳射進行測量的時間差極小，在測量點較少的情況下，幾乎可以實現各測量點的同步測量。
4.優勢與價值
優勢：
這是我們本科階段的專案成果，歡迎各位指教！郵箱：[email protected]
- 體積小，攜帶方便、安裝簡單
- 儀器測量速度快，精度高，人為造成的誤差小
- 遠端監測，無需測量人員一次次進入現場測量，節省人工
- 多個點一次測量到位，無需測量人員重複找定位點、拆卸、搬運儀器
- 儀器操作簡單，終端介面友好，非專業測量人員也能看懂資料
- 測量成本低，一次購買，可多次多工程使用，價效比高
應用價值：儀器的應用價值重點在於效能和成本，在實現相同功能的情況下，效能優越且成本低的儀器，具有的應用價值也就越高。
從價效比來看：
儀器的應用價值重點在於效能和成本，在實現相同功能的情況下，效能優越且成本低的儀器，具有的應用價值也就越高。
從價效比來看：
儀器的應用價值重點在於效能和成本，在實現相同功能的情況下，效能優越且成本低的儀器，具有的應用價值也就越高。
從價效比來看：
