一種新型的高速鐵路橋梁監測系統

　　系統硬件電路

　　Imote2

　　Imote2搭載了一個強大的Marvell公司PXA271處理器芯片，并集成了德州儀器CC2420射頻芯片。與以往無線傳感器網路的平臺相比，Imote2提供了更多存儲資源，包括256kB的SRAM、32MB的SDRAM和32MB的Flash。Imote2從真正意義上打破了無線傳感器網絡平臺在計算能力和內存方面的局限性，可以在數字圖像傳輸和工業震動監測等領域廣泛應用。圖2為Imote2的系統組成[4~5]。

　　Imote2包含處理器PXA271，該處理器可工作在低電壓(0.85V)和低頻(13MHz)模式，可進行低功耗操作。PXA271是多芯片模塊，即在一個封裝內集成3個芯片：處理器、32MB FLASH以及32MB SDRAM。處理器提供多種I/O，能夠靈活的支持不同種類的傳感器、A/D、射頻器等。處理器還包括多個定時器和一個時鐘。另外，PXA271處理器板還包含了一個無線MMX協處理器。增加了30條媒體處理器指令，支持隊列及視頻操作，并兼容Intel MMX和SSE integer指令。

　　Imote2接口板包含2個USB串口和1個JTAG接口，可通過高級接口連接到Imote2上。接口板可以通過mini–B USB接口連接到PC機上的USB口。JTAG接口是標準20針接口，兼容標準適配器。因此，可使用Marvell軟件開發工具套件及類似工具，為Imote2的閃存進行軟件開發、調試和重新編程。

　　Imote2節點平臺

　　由圖3可知，一個Imote2節點平臺包括應變、加速度等各類傳感器、ADS1256、電源管理單元和Imote2節點。它們被大量布散在橋梁關鍵監測區域，它們通過無線信道相連，形成一個多跳的自組織網絡系統，利用Imote2強大的處理器對橋梁的撓度、應變等主要結構的受力狀態進行監測，是整個系統的核心部分。

　　ADS1256與電容傳感器相連，Imote2分別與存儲器、電源模塊和ADS1256相連。電容傳感器和ADS1256是由電源管理單元供電的。對于電容加速度傳感器與ADS1256的連接，采用了單極輸入方式進行通信，將多個傳感器分別接于ADS1256的輸入端。ADS1256通過采用四線制(時鐘信號線SCLK、數據輸入線DIN、數據輸出線DOUT和偏片選線CS)SPI通信方式與Imote2連接進行通信。這里低噪聲、高精度的24位模擬-數字轉換器和SPI接口技術以及電容傳感器的使用，使在數據采集過程中做到了精度高，測量范圍大，靈敏度高，動態響應快，穩定性好等優點[6]。

　　IRIS

　　在鐵路橋梁兩端的無線傳感器節點不需要強大的計算能力，但必須保持低功耗和以及足夠的無線傳輸距離。一直以來測量多個數據并且保持低功耗和以及足夠的傳輸距離是無線傳感器網絡的兩大軟肋，但可借助Crossbow最新推出的另外一款IRIS節點平臺，能夠提供低功耗和遠距離無線傳輸的雙重優勢，無需煩惱于如何取舍功率和作用距離。

　　IRIS工作在2.4GHz、支持IEEE 802.15.4/ZigBee協議，具有更廣的作用范圍，傳輸距離較以往產品提高三倍。在處理器和射頻平臺方面，XM2110基于ATmega1281處理芯片。ATmega1281是一款低功耗的處理器。在傳感器板方面，Crossbow為IRIS提供多種傳感器板和數據獲取板，并且都能夠通過標準51針擴展接口與其連接[7]。

　　IRIS節點平臺

　　由圖4可知，一個IRIS節點平臺包括磁鋼傳感器，MDA300數據采集板，IRIS節點。傳感器通過IRIS提供的MDA300數據采集板與IRIS連接，MDA300提供8個ADC通道、8個數字通道以及I2C接口用于外接各類傳感器[8]。

　　它位于鐵路橋梁的兩端，當有列車通過時，磁鋼傳感器就會自動采集和處理數據，處理完的數據由IRIS的射頻模塊進行無線傳輸，IRIS足夠的無線傳輸距離可以將開始或停止數據采集的信號發送給無線傳感器網絡的網關節點，最終控制分散在橋梁關鍵監測區域的Imote2節點平臺的數據采集時間。