（机械电子工程专业论文）基于dsp的路基沉降无线监测技术研究.pdf

摘要 路基沉降无线监测系统通过传感器监测技术和无线网络通信技术实时的采集路基 在施工及工后期间的沉降数据，并根据采集的沉降数据结合沉降计算公式预测出软质岩 石路堤的最终沉降量，进而探求软质岩石路堤的变形规律，解决软质岩石路堤修筑技术 方面存在的问题。 路基沉降无线监测系统主要包括监测单元、数据采集单元、无线通信单元和数据库 管理单元等。路基沉降无线监测系统的设计和应用不仅具有重要的现实意义，而且具有 重要的科学意义。它将对推动和发展数字化、智能化道路工程发挥积极的作用。 本文对路基无线监测系统的3 个关键技术进行了研究，主要的内容包括：开发了 基于d s p 的路基沉降无线监测系统的数据采集单元模块。开发了基于g p r s 无线传输 的路基沉降无线监测系统的无线通信单元模块。开发了基于d e l p h i6 0 和m i c r os q l s e r v e r2 0 0 0 的路基沉降无线监测系统的数据库管理系统单元模块。 数据采集单元模块和无线通信单元模块制作成一块电子电路板，可实现多种不同格 式类型的数据采集、简单的数据处理、数据发送等功能，达到了路基沉降无线监测系统 的要求，同时为同种类型的大型建筑物监测的无线数据采集和研究提供了依据。所设计 的路基沉降无线监测系统数据库管理软件人机界面友好，实现了对路基沉降信息的管 理。 关键词：路基，沉降，监测，数据采集，无线通信，d s p ，g p r s a b s t r a c t w i r e l e s sm o n i t o r i n gs y s t e mo fs u b g r a d es e t t l e m e n ti sa s y s t e mw h i c hc o l l e c tr e a l t i m e d a t at h r o u g hs e n s o r sa n dg e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c ed u r i n ga n da f t e rt h ep e r i o d o f c o n s t r u c t i o n i ti s c a p a b l eo fp r e d i c t i n gt h ef i n a ls e t t l e m e n to fs o f tr o c ke m b a n k m e n t a c c o r d i n gt ot h ed a t aw i t ht h es e t t l e m e n tf o r m u l a ，a n dt h e nf i n do u tt h es o f tr o c ke m b a n k m e n t d e f o r m a t i o nl a wt os o l v et h et e c h n i c a lp r o b l e m so fs o f tr o c ke m b a n k m e n tc o n s t r u c t i o n w i r e l e s sm o n i t o r i n gs y s t e mo fs u b g r a d es e t t l e m e n tm a i n l yi n c l u d e sm o n i t o r i n g u n i t ， d a t aa c q u i s i t i o nu n i t ，w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n su n i t ，d a t a b a s em a n a g e m e n tu n i ta n ds oo n d e s i g na n da p p l i c a t i o no fw i r e l e s sm o n i t o r i n gs y s t e mo fs u b g r a d es e t t l e m e n th a si m p o r t a n t s c i e n t i f i cs i g n i f i c a n c ea sw e l la si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i tw i l lp l a ya na c t i v er o l ei n t h ed e v e l o p m e n to f d i g i t a la n di n t e l l i g e n tr o a dp r o j e c t s t h et h e s i ss t u d i e so nt h et h r e ek e yp a r t so fw i r e l e s sm o n i t o r i n gs y s t e mo fs u b g r a d e s e t t l e m e n t ：t h ed s ps u b g r a d es e t t l e m e n tw i r e l e s sd a t aa c q u i s i t i o ns u b u n i t ，t h eg p r s ： w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ss u b u n i t ， t h em a n a g ed a t a b a s es u b u n i tb a s e do nt h ed e l p h i6 0 a n dm i c r os q ls e r v e r2 0 0 0 w h e nt h ed a t aa c q u i s i t i o nu n i ta n dt h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n su n i ta r em a d eo n e e l e c t r o n i cc i r c u i tb o a r d ，i tc a nh o l ds o m en e wf u n c t i o n sa sa c q u i s i t i o no fk i n d so f d a t a ，s i m p l e d a t ap r o c e s s i n g ，d a t at r a n s m i s s i o na n ds oo n i tp r o v i d e st h eb a s i sf o rt h ew i r e l e s sm o n i t o r i n g s y s t e mo fs u b g r a d es e t t l e m e n ta n do t h e rm o n i t o r i n go fo t h e rl a r g e s c a l eb u i l d i n g s t h e w i r e l e s sm o n i t o r i n gs y s t e mo fs u b g r a d es e t t l e m e n th a saf r i e n d l ym a n m a c h i n ec o n t a c t s u r f a c ea n dc a na c h i e v et h em a n a g e m e n to ft h es u b g r a d es e t t l e m e n ti n f o r m a t i o n k e yw o r d s ：s u b g r a d e ，s e t t l e m e n t ，m o n i t o r ，d a t aa c q u i s i t i o n ，w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s ， d s p , g p r s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：绍造 z 叼另年石月ze l 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：超 导师签名： l 可芰厂 f z 叩彦年6 月ze l e 年6 只弓日 长安大学硕士论文 1 1 项目提出的背景 第一章绪论 该项目是陕西省交通厅关于特殊软质岩石路堤浸水变形与修筑技术研究的科技项 目。 我国公路发展很快，特别是从1 9 9 8 年以来，国家实施积极的财政政策，高速公路 得到快速发展。到2 0 0 7 年底，我国公路通车里程已超过3 5 7 3 万公里，继续保持世界 第二。在我国公路建设取得巨大成就的同时，我们也清醒地认识到我国是一个多山的国 家，山区面积占了国土面积的三分之二，山区的公路还属于低等级的公路。这样的公路 已经不能满足社会经济发展的需要，建设社会主义和谐社会要求高速公路走进大山，改 善山区交通不便、路况差的现状。 山区高速公路建设有其自身的特点。一方面，山区地势落差大，填、挖方量大，土 源少，材料运输不便，这些使得山区高速公路路堤的修筑技术难度增大、投资增加；另 一方面，由于隧道多，在加上削坡弃方和路堑挖方，会产生大量的弃渣、弃方，这些弃 渣、弃方的处理，也成了山区高速公路建设遇到的一个棘手的问题。 柞小高速公路是交通部规划的“四纵四横八条西部开发大通道中包头一茂名西部 大通道高速公路的重要路段之一，项目建设条件复杂，穿过山区，全线总长7 1 6 7 k m ， 桥隧比例占路线总长的6 1 ，存在大量的隧道弃渣。根据国家“十一五 科学技术发 展规划提出的“坚持节约优先 、“建立环境友好型社会 的要求。柞小高速公路建设 中尽量使用隧道弃渣和削坡弃方作为路堤填料。 目前，国内外有关硬质岩石填筑高路堤的研究相对较多。但柞小高速公路的隧道弃 渣和削坡弃方中存在大量软质岩石，而有关软质岩石填筑路堤方面的研究较少，公路建 设中尚无设计、施工技术规范和验收标准可循。软质岩石能否作为路堤填料以及如何用 软质岩石填筑路堤就成为国内外公路，铁路建设亟待解决的问题。 日本是最早研究用软质岩石作为路基填料的国家。从2 0 世纪6 0 年代就开始对软质 岩石填筑路基的可行性开展了一定的实验研究与工程实践。1 9 6 5 年在东名高速公路挂 川段开始使用沉积软质岩石作为路基填料，随后在中原国道的西宫段、庄原段等相继施 工，但在道路运营过程中出现了较大工后不均匀沉降。 第一章绪论 我国的公路建设中已有一些采用软质岩石作为路堤填料，如太原一旧关高等级公路 泥岩实验段路堤、北京西客站风花砾岩试验段路堤等，建成后运营良好。但工程实践中 也出现了一些有待解决的问题，如湖南省1 8 0 7 、1 8 2 8 和1 8 3 5 等省道、1 0 7 国道k 1 7 7 8 一k 1 7 8 0 段，采用泥质板岩或页岩、白垩纪红砂岩、下第三系泥岩、石灰岩泥灰岩、灰 质页岩等软质岩块填筑的路基，均出现较大的路基变形。 综上所述，从国内外既有工程的调查资料分析可以看出，软质岩石可以用作路基填 筑，但如果在对软质岩石的特性不了解的基础上设计施工，很容易产生较大工后沉降。 为了完成对软质岩石路堤浸水变形、稳定性及修筑技术方面的研究，就需要对路基工后 沉降长期观测。密切关注路堤在降雨后以及运营期间沉降的发展情况。根据观测的数据， 结合沉降计算公式预测软质岩石路堤的最终沉降量。 1 2 路基沉降无线监测技术 现在的我们国家的道路旌工监测路基沉降的方法基本都采用沉降板法这一传统方 法。沉降板法是在道路施工期间在路基下铺设一块沉降板，记录其高度。然后再路基铺 设完毕后测出沉降板高度，然后根据高度差来显示路基沉降情况。这种沉降板法使用传 统的测量仪器，精度为l m m ；并且体积大，安装不便，测点易损，不可恢复；需要人工 逐点测量，不能自动获取数据；阴雨天气无法测量，间断的获取数据；长期人工测量费 用高；人工测量误差不可避免，计算，绘图不方便；不能实现多层测量。另外沉降板法 只能在施工期间测量，一旦道路修好通车，便无法继续监测到路基沉降的状况，缺乏长 期性。 为了能够长期，有效，方便快捷的监测路基沉降状况，我们采用路基沉降无线监测 技术。这种方法是国内首次在公路工程中应用。路基沉降无线监测技术使用硅压阻微差 压传感器测量，测量精度优于l m m ；体积小，安装方便，安装后不易破坏；自动化多点 的数据获取与存储；先进的无线网络，全天候、实时数据获取；长期测量基本无费用； 计算机处理数据，准确、实时、快捷，自动生成图表可直观反映：可以实现多层测量； 另外道路通车后，仍然可以继续监测到路基沉降的状况，从而为软质岩石路堤浸水变形、 稳定性及修筑技术方面的研究提供有力的数据支持。【8 】【1 1 】 2 长安大学硕士论文 1 3 论文研究的内容 本项目研究的路基沉降无线监测系统是通过传感器实时采集公路在施工以及运营 状态下的各种数据，并根据采集的数据反演出路基沉降状态，识别出可能存在的隐患， 进而给出公路的稳定可靠性评估，为公路的修筑和维护提供科学依据。路基沉降无线监 测系统的设计和应用不仅具有重要的现实意义，而且具有重要的科学意义，将对推动和 发展数字化、智能化公路工程发挥积极的作用。 路基沉降无线监测系统主要包括：监测单元、数据采集单元、无线发送单元和数据 库管理单元。 路基沉降无线监测系统设计的前期的工作主要有： 路基沉降无线监测系统的总体设计。 监测单元监测方案的具体设计。 本论文在路基沉降无线监测系统设计前期工作的基础上所作的工作主要包括： 对数据采集模块进行基于d s p 的硬件设计和软件设计。 对无线数据发送模块进行基于g p r s 的硬件设计和软件设计。 对主控站的数据库管理模块进行软件设计，并进行软件测试。 第二章路基沉降无线监测系统 第二章路基沉降无线监测系统 2 1 路基沉降监测系统的组成0 2 4 i i 2 7 i 一般公路距离较长，但是一段距离内的路基填筑材料大体一致，结构变化也基本相 同。道路运营以后，通常在进入此段公路的入口处车流较大，对路基影响变化比较大。 因此要想反映整个公路的健康状态，只需要在公路入口处的一段距离内安装一些传感 器。这些传感器分布在不同填筑材料的路基横断面下，组成传感器网络。 作为路基沉降长期实时监测系统，一般都要把数据采集系统放置在离这段公路有些 距离的公路指挥监控室，这就要求系统设计的测量数据传输距离要比较远。 本系统拟实时无线监测路基沉降的变化，系统总体设计方案如图2 1 所示。系统主 要包括以下几个部分：监测单元、数据采集单元、无线发送单元和数据库管理单元。系 统中的数据采集单元具有多种类型的接口，可以接收不同形式的测试数据，具有一定的 可扩性。 数据采集单元 位 传 ll 移 感 存储 传 器 单元 监控中心 感 适 配 1r 八 器 电微控制单元 路 t g p k s 发送 、 其它外设 2 1 1 监测单元设计 一、路基沉降值监测 图2 1 系统总体框图 4 瞄费人学硕士论文 路基沉降监测系统采用硅压阻式传感器，它是一种低功耗、高精度、单总线数字输 出、宽温度范围、高可靠性工业级产品。传感器测量原理如图2 2 所示： 微差压d p i 一液柱高差h i h o 一沉降值 留22 传感器测量原理示意图 为了准确测量路基沉降值，我们要选一个参考点，也就是基准点。基准点应该安置 在稳定的地基上，或者可以安装在夯入地下的一个方形铁管上，外加保护罩。基准点固“ 定不变，设定基准点与液管液面之间高度为h o ，传感器与液管液面之间高度为h i ，分 别测出h i 与h o 的值，h i h o 的值可看为传感器相对于基准点的高度。随着沉降的发生， 传感器的位移发生变化。h i h o 的值也会发生相应的变换，两次h i h o 值的差即为沉降 值。路基沉降监测如图23 所示： 路基 腿女 路基内壹装 联接下一 十剧量尊1 - ：无线通信模块 口l 图23 路基沉降监测示意图 第二章路基沉降无线监测系统 二、监测断面及监测点的布置 在柞小高速有代表性的2 9 标段选择沉降观测断面。2 9 标是一段宽2 2 米，路基高 度约1 2 米的公路。为了监测这段公路的路基沉降情况，我们在路的起始段选择相隔大 约4 米的三个断面；在行车的道的最能受力部位放置传感器。1 2 米高的路基我们放置 三层传感器，可以测出不同材料的路基沉降情形。2 9 标监测断面布置及监测点布置如 图2 4 、2 5 所示： 2 4 0 0 0 e w 气掰麓o i l 、 桩号t 一， 逍厶罄 a i g p r s 网络一 互联网一 用户数据中心这个通路上，u d p 的传输有效性 9 9 ，t c p 的 传输有效性1 0 0 。而对于传输速率来讲：当数据量比较小时，u d p 和t c p 相差不大； 当数据量比较大时候，u d p t c p 。 通过对t c p 和u d p 的比较和分析，在路基沉降无线监测系统中的数据传输部分，系 统最终采用t c p 的传输方式。 3 3 3 路基沉降无线监测系统的g p r s 模块的设计1 1 0 1 1 2 0 1 1 2 5 i 3 3 3 1g p r s 模块的选型 第二章基于d s p 的数据采集及无线通信系统设计 在本单元中，g p r s 模块主要完成与c p u 之间的数据交换和通过移动公司的g p r s 网 络与监控中心进行数据交换。由于g p r s 模块和c p u 之间是通过串口交换数据的，因此 选择的g p r s 具备u a r t 。通过移动公司的g p r s 网络与监控中心进行数据交换可以通过 t c p i p 协议栈实现。因此选择的g p r s 模块应该内嵌t c p i p 协议栈。我们在系统中选 用的是索尼一爱立信公司生产的g r 4 7 ，因为它使用方便，有很好的技术支持，性价比 很高，且模块内嵌t c p i p 协议栈。下面简单介绍g r 4 7 模块的功能。 、s m s 发送：支持p d u 和t e x t 模式 接收：支持p d u 和t e x t 模式 二、d a t a g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ( g p r s ) 该模块是个b 类终端，能够提供g p r s 和 g s m 连接服务。 c i r c u i ts w i t c h e dd a t a ( c s d ) g r 4 7 g r 4 8 模块能够以9 6 k b p s 的速度建立电路交换 数据链路。 g r 4 7 模块具有很多参数，下面简单介绍一下： 一、g r 4 7 模块系统连接接口 与模块的电气连接( 除了天线) 都是通过系统连接接口实现的，该系统连接接口为 双列6 0 脚的接口。图3 1 2 是该模块从下往上看的仰视图。 图3 1 2g r 4 7 模块仰视图 6 0 个管脚中并不需要用到所有的管脚，下面介绍其中用到的各个管脚。 脚1 、3 、5 、7 、9 为v c c 电源管脚。 3 2 长安大学硕十论文 脚2 、4 、6 、8 、1 0 为d g n d 数字地管脚。 脚1 4 为o n o f f 模块开关输入管脚，该管脚内部接有上拉电阻，开路状态。 脚1 5 为s i m v c cs i m 可供电电压管脚。模块通过该管脚给外部的s i m 卡提供3 v 供 电电压。 脚1 6 为s i m p r e s e n c es i m 卡状态输入管脚。该管脚内部接有上拉电阻，开路状态， 设计电路时可以直接接地。因为当该管脚输入为“1 时，表明s i m 卡不存在，而当该 管脚输入为“0 ”时，表明s i m 卡存在。 脚1 7 为s i m r s ts i m 卡复位输出引脚。 脚1 8 为s i m d a t as i m 卡数据输入输出管脚。模块通过管脚与s i m 卡交换数据。 脚1 9 为s i m c l ks i m 卡时钟输出管脚。模块通过该管脚为s i m 卡提供时钟信号。 脚3 2 为d s p 输出管脚。 脚3 4 为v l o 供电电压输出管脚。 脚3 7 为d t r 输入管脚。 脚3 8 为d c d 输出管脚。 脚3 9 为r t s 输入管脚。 脚4 0 为c t s 输出管脚。 脚4 1 为t d 模块串口输入管脚 脚4 2 为r d 模块串口输出管脚。 脚6 0 为a g n d 模拟地管脚。该管脚与其他的数字地管脚在模块内部连接在一起。在 系统设计中应注意把模拟地管脚与数字地分开连接。 二、g r 4 7 模块供电电压 外部电源通过模块管脚l 、3 、5 、7 、9 供电。供电电压为3 3 v ，允许在3 o v _ - 4 0 v 之间浮动。最大不能超过5 5 v 。最大工作电流平均值为 6 0 0 m a ，最大值为 2 a 。由于模 块内部并没有内部电容提供大电流，所以在系统设计外部电源模块的时候要考虑在电源 3 3 第三章基于d s p 的数据采集及无线通信系统设计 输入端设置大电容来提供大的峰值电流。 三、g r 4 7 模块串行数据接口 模块提供三个u a r t 实现与外部系统之间的异步通信功能。 u a r t l 是一个完全的r s 2 3 2 异步串行通信接口。 u a r t 2 可用于g p s 单元接口，可以下载全歼和日志信息。 u a r t 3 可用于内嵌应用软件接口。 3 3 3 2g p r s 模块的硬件设计 g p r s 通信选用s o n ye r i c s s o n 公司的g r 4 7 模块。g r 4 7 是带有g s m g p r s 全套语音 和数据功能的先进无线模块，内置t c p i p 协议栈，可用a t 指令建立连接，使用户可以 最大程度的缩短g p r s 产品的研发周期，其电路连接图如图3 1 3 所示t 由于g r 4 7 的o n o f f 引脚上1 5 秒的低电平会翻转g r 4 7 的上电状态，因此利用d s p 的i o p f o 引脚控制g r 4 7 的上电。g r 4 7 的供电电平是3 3 v ，但由于内部的工作电平是 2 7 v ，故s c i t x d 信号需要通过电阻分压才能进入g r 4 7 。g r 4 7 的d t r 信号由t l l 6 c 7 5 2 b 的d t r a 信号控制。而t l l 6 c 7 4 2 b 的d t r a 信号可以通过其m c r 寄存器设定，g r 4 7 的d c d 信号连接到d s p 的i o p f l 引脚上，d s p 可通过g r 4 7 的d c d 引脚状态得知g p r s 连接是否 掉线，g r 4 7 收到短信时，g r 4 7 的r i 引脚信号变为低电平，d s p 可用a t 指令读回短信 内容。 当d s p 由于某种情况复位时，需要判断g r 4 7 的上电状态再进行相应的操作，为此 g r 4 7 的电源输出脚需连接到d s p 的电源输出引脚连接到d s p 的一路a d 口上。当d s p 上电时检测该引脚的a d 转换值，若大于2 5 v 则认为g r 4 7 已经上电。 3 4 长安大学硕十论文 图3 1 3g r 4 7 电路图 3 3 3 3g r 4 7 模块对i n t e r n e t 中的站点进行访问 我们需要通过g r 4 7 模块和互联网中口地址为2 0 2 1 0 4 2 3 7 9 2 的站点建立t c p 连 接并传输数据，并且在数据传输完毕后关闭此连接。 ( 1 ) 设置p d p 上下文：a t + c g d c o n t = 1 ，“i p ”，“心厦n e t ”最后一个参数是a p n ， 中国移动开通的g p r s 网络的a p n 名就是“c m n e t 或者“c m w a p ，但是对于其 它专网来说，a p n 可能就是其它字符串了。 ( 2 ) 激活i p ：a t * e 2 i p a = i ，l 执行完这条命令并成功返回后，g p r s 网络会给g r 4 7 模块动态分配一个口地址。我们可以使用a t * e 2 i p i 命令来查询当前分配的口地址。 第三章基于d s p 的数据采集及无线通信系统设计 ( 3 ) 建立t c p 连接：a t * e 2 n a o = i ，“2 0 2 1 0 4 2 3 7 9 2 ”，3 0 0 0 在这条命令中，指明了 建立连接的类型，对方的m 地址和端口号。在这里，我们和口地址为2 0 21 0 4 2 3 7 9 2 的站点建立了一条t c p 连接，使用的端r n 号是3 0 0 0 。当命令成功返回c o n n e c t 字符 串时，连接就建立了，此时g r 4 7 进入了在线模式。 ( 4 ) 传输数据：成功建立连接以后，g r 4 7 就进入在线模式，这时就可以开始通过 u a r t l 传输用户数据了，传输的速率取决于当地g p r s 网络的情况一 ( 5 ) 返回命令模式：在在线模式当中，如果释放d t r 信号，这时g r 4 7 就会从在线 模式转换到命令模式，不过此时还是会继续保持原来建立的连接。进入命令模式后，用 户又可以通过串口发送a t 命令来查询当前状态或者执行其它的操作。 ( 6 ) 返回在线模式：当用户执行完所需的 t 命令后，可以使用a t o 命令来重新返 回到在线模式。如果原来的连接没有因为其它原因中断的话，那么用户可以继续传输数 据。 ( 7 ) 关闭连接：如果对方释放了当前连接或者因为其它原因中断了当前连接时，g r 4 7 会返回到命令模式，并且通过u a r t l 返回字符串“n oc a r r i e r ”。 ( 8 ) 释放口：当完成数据传输后，用户可以使用a t * e 2 i p a 一0 ，1 来释放之前分配给 g r 4 7 的地址。 数据采集及无线通信单元电路板如图3 1 4 所示： 图31 4 数据采集及无线通信单元电路板 k 安人学硕士论文 3 4 数据采集及无线通信模块软件设计 软件设计是系统应用中关键的问题，它是整个路基沉降无线监测系统设计的核心。 软件又分为两大部分：系统软件和用户程序。系统软件包括数据采集以及数据无线发送 等模块。用户程序是针对用户设计的使用这个系统的应用程序。系统软件设计是在硬件 设计的基础之上，根据要实现的要求，使用特定的编程软件编写的合理程序。本系统软 件设计采用模块化设计，将系统分为若干个模块，分别实现各自的功能。 3 4 1 系统软件设计1 3 i 数据采集及无线通信模块软件设计主要完成对传感器获得的数据进行采集、处理及 发送的基本功能。设计软件时，按照模块化的设计思路，将程序划分为主程序模块，自 检子程序模块，数据采集( a d ) 模块，定时器处理模块等。每个功能模块对应相应的 子程序，完成各自的功能，下面简要介绍一下主要的功能模块。 一、主程序模块：主要完成a d 转换、事件管理器以及其它基本功能块的初始化。 二、自检子程序模块：自检子程序模块主要为整个系统可以正常运行所设计的。当 电源模块或者其它的系统模块发生故障，通过硬件电路将驱动脉冲封锁，同时产生外部 中断。可以在界面进行显示，提醒操作人员做出应急的反应。 三、数据采集( a d ) 模块：主要功能是实现传感器的数据采集及初步的处理。 四、定时器处理模块：主要功能是实现系统可以定时采集和发送数据。 3 4 2 软件设计流程图 系统的软件设计流程图如图3 1 5 、图3 1 6 、图3 1 7 、图3 1 8 所示。 3 5 本章小结 1 根据系统的方案，提出了数据采集单元模块和无线通信模块的硬件组成及功能。 2 通过分析数据采集单元模块的要求，选择d s p 作为数据采集单元的主控制器， 并对d s p 及选用的t i 公司的t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 芯片做简单介绍。 3 7 第三章基于d s p 的数据采集及无线通信系统设计 3 进行了数据采集单元模块的设计，其中包括时钟模块，串口扩展模块，c a n 总 线模块，显示模块，电源模块的设计。 4 通过分析无线通信模块的要求，选择g r 4 7 模块作为g p r s 通信控制模块，并 对s o n ye r i c s s o n 公司的g r 4 7 模块做了简单介绍。 5 进行了无线通信模块的设计。 6 对数据采集及无线发送模块进行了软件设计。 图3 1 5a d 中断子程序流程图 3 8 长安人学硕士论文 图3 1 6 主程序流程图 3 9 第三章基丁d s p 的数据采集及无线通信系统设计 图3 1 7 自检予程序流程图 长安大学硕士论文 t l 定时器中断 上 开启中断 1 l t 1p r = p e r l 0 d 1 l l t c m p 贮p e r i o 。眨 土 t1c n t = 0 x 0 0 0 0 土 设置t 1 c o n 上 发送数据子程序 上 初始化定时器 1 l 清除中断标志 1 l 返回 图3 1 8 定时器中断子程序流程图 4 l 第四章路基沉降无线监测数据库系统开发 第四章路基沉降无线监测数据库系统开发 4 1 软件开发工具的选择 路基沉降无线检测系统的设计是由m i c r os o ls e r v e r2 0 0 0 和d e l p h i6 0 联合开 发的。软件设计遵循模块化设计的思想，采用结构化程序设计方案，人机界面友好，具 有了良好的可移植性、通用性和可修改性。 4 1 1 数据库采用m i c r os q l s e r v e r2 0 0 0 1 7 l 微软的s q ls e r v e r 是一项完善的客户服务器系统。s q ls e r v e r 需要安装在w i n d o w s n t 的平台上，而w i n d o w sn t 可以支持i n t e l3 8 6 ，p o w e rp c ，m i p s ，a l p h ap c 和r i s c 等平台，它使s q ls e r v e r 具备足够的威力和功能。 s q ls e r v e r 提供服务器端的软件，这部分需要安装在n ts e r v e r 上，s q ls e r v e r 的用户端则可以安装在许多用户端p c 系统中，w i n d o w s 可以让用户端进行数据库的建 立，维护及存取等操作，s o ls e r v e r 可以最多定义3 2 7 6 7 个数据库，每个数据库中， 可以定义2 0 亿个表格，每个表格可以有2 5 0 个字段，每个表格的数据个数并没有限制， 每一个表格可以定义2 5 0 个索引，其中有一个可以是c l u s t e r e d 索引。 s q ls e r v e r 所使用的数据库查询语言称为t r a n s a c t s q l ，它是s q ls e r v e r 的核心， t r a n s a c t - s q l 强化了原有的s o l 关键字以进行数据的存取，储存及处理等功能， t r a n s a c t s q l 扩充了流程控制指定，可以使你方便的编写功能强大的存储过程，他们 存放在服务器端，并预先编译过，执行速度非常块，触发是一种特殊的存储过程，用来 确保s q ls e r v e r 数据库引用的完整性，你可以建立插入，删除和更新触发以控制相关 的表格中对数据列的插入，删除和更新，你还可以使用规则( r u l e ) ，缺省( d e f a u l t ) 以及限制( c o n s t r a i n t s ) ，来协助将新的数值套用到表格中去1 4 1 2 软件开发环境d e i p h i 6 0 1 3 1 1 9 i 监测软件是整个系统的核心，控制和管理整个系统，处理系统中的数据。监测软件 4 2 长安大学硕士论文 主要完成的功能包括：g p r s 模块的控制，数据库操作，信息处理和控制命令的交互生 成和执行。根据功能，系统划分为相应的模块，实现模块化设计，使系统的中心软件易 于调试、维护和升级。监测软件的开发使用的是d e l p h i 6 0 。d e l p h i 是著名的b o r l a n d ( 现在已和i n p r i s e 合并) 公司开发的可视化软件开发工具。“真正的程序员用c ，聪 明的程序员用d e l p h i ”，这句话是对d e l p h i 最经典、最实在的描述。d e l p h i 被称为第 四代编程语言，它具有简单、高效、功能强大的特点。和v c 相比，d e l p h i 更简单、更 易于掌握，而在功能上却丝毫不逊色；和v b 相比，d e l p h i 则功能更强大、更实用。可 以说d e l p h i 同时兼备了v c 功能强大和v b 简单易学的特点。它一直是程序员至爱的编 程工具。 d e l p h i 具有以下的特性：基于窗体和面向对象的方法，高速的编译器，强大的数 据库支持，与w i n d o w s 编程紧密结合，强大而成熟的组件技术。但最重要的还是o b j e c t p a s c a l 语言，它才是一切的根本。o b j e c tp a s c a l 语言是在p a s c a l 语言的基础上发展 起来的，简单易学。 d e l p h i 提供了各种开发工具，包括集成环境、图像编辑( i m a g ee d i t o r ) ，以及各 种开发数据库的应用程序，如d e s k t o pd a t a b a s ee x p e r t 等。除此之外，还允许用户挂 接其它的应用程序开发工具，如b o r l a n d 公司的资源编辑器( r e s o u r c ew o r k s h o p ) 。 在d e l p h i 众多的优势当中，它在数据库方面的特长显得尤为突出：适应于多种数 据库结构，从客户机服务机模式到多层数据结构模式；高效率的数据库管理系统和新 一代更先进的数据库引擎；最新的数据分析手段和提供大量的企业组件。 d e l p h i 发展至今，从d e l p h i1 、d e l p h i2 到现在的d e l p h i 6 ，不断添加和改进各 种特性，功能越来越强大。d e l p h i6 添加了对i d e ( 集成开发环境) 的很多改进新特 性，扩展了数据库支持( a d o 和i n t e r b a s e 数据库) ，带有i n t e r n e t 支持的m i d a s 改进 版，t e a m s o u s e 版本控制工具，转换功能，框架概念以及很多的新组件与新特性。 4 2 数据库管理系统实现的关键技术 4 2 1s q l 技术 1 s q l 简介 4 3 第四章路基沉降无线监测数据库系统开发 结构化查询语言( s q l ) 是工业标准数据库操作语言，是d e l p h i 与数据库引擎之间 进行通讯的基本方法，字大多数关系型数据库管理系统中，都需要用到s q l 。 一个s q l 语句被传送给一个基于s q l 的查询引擎，产生结果数据集合。结果集合以 行( 记录) 和列( 字段) 的形式给出。 2 s q l 语句 s q l 语句由命令、子句、运算符和合计函数构成，这些元素组合起来组成语句，用 来更新和操作数据库。 任何s q l 命令都是以下面几种命令开头：s e l e c t 、c r e a t e 、d r o p 、a l t e r 、i n s e r t 或u p d a t e 。主要使用这些命令来指定所要进行操作的类型。 ( 1 ) s e l e c t 命令：用于在数据库中查找满足特定条件的记录。它是所有s o l 语句中 最常用的一个命令。s e l e c t 命令可以生成一个数据库中的一个或多个表的某些字段的 结果集合。 ( 2 ) c r e a t e 、d r o p 和a l t e r 命令：用于操纵整个表。其中c r e a t e 命令用于创建新的 表、字段和索引，d r o p 命令用来删除数据库中的表和索引，a l t e r 命令通过添加字段或 改变字段定义来修改表。 ( 3 ) i n s e r t 、d e l e t e 和u p d a t e 命令：主要适用于单个记录。其中i n s e r t 命令用于 在数据库中用单一的操作添加一个记录，d e l e t e 命令用于删除数据表中已经存在的一 个记录，u p d a t e 命令用来修改特定记录或字段的值。 s q l 子句是用来指定条件的，这些条件被用来定义要选定或要操作的数据。表4 1 列出了s q l 语句中常用的子旬及用途。 子句用途 f r o m 用来指定从其中选定记录的表的名称 w h e r e 用来指定所选记录必须满足的条件 g r o u pb y 用来把选定的记录分成特定的组 h a v i n g 用来说明每个组需要满足的条件 o r d e rb y 用来按特定的次序将记录排序 表4 1s q l 语句中常用的子旬及其用途 长安人学硕士论文 本系统在编写数据库查询功能时，使用了较多的s q l 语句。比如：“s e l e c t 路基名 称测量人f r o m 路基基本信息表”就是一条通过路基基本信息表查询相关信息的s q l 语 句。 4 2 2a d o 数据控件技术及o r e p o r t 报表控件介绍 1 a d o 数据控件和q r e p o r t 介绍 d e l p h i6 提供了以下几页数据库应用程序开发中设计的控件： 1 ) d a t aa c c e s s ( 数据访问页) ：用于访问数据库中的表。 2 ) d a t a c o n t r o l s ( 数据控制页) ：用于与用户交互，显示和修改数据。 3 ) d b e x p r e s s ：用于进行开发跨平台的数据库应用程序。 4 ) d a t a s n a p ：d e l p h i6 中一个透明的中介软件接口。 5 ) b d e ：用于连接数据库。 6 ) a d o ：用于访问m i c r o s o f t 公司的a c t i v e xd a t ao b j e c t s 格式数据库的控 件。 7 ) i n t e r b a s e 和i n e t e r b a s ea d m i n ：用于访问i n p r i s e 公司自己的i n t e r b a s e 数据库。 8 ) d e c i s i o nc u b e ：用于对数据库进行统计和分析。 9 ) q r e p o r t ：用于制作报表。 1 0 )s e r v e r s ：用于访问m i c r o s o f t 的o f f i c e 系列产品。 a d o 数据集访问控件可以算是对数据库应用程序开发的最大改进。通过a d o 数据集 访问控件，可以不借助b d e 数据引擎而是通过m i c r o s o f t 的o l ed b 来访问更为广泛的 数据库中的数据( 包括本系统使用的m s s q l 2 0 0 0 数据库) 。o l e d b 为任何数据源提供了 高性能的访问，这些数据源包括关系和非关系数据库、电子邮件和文本系统、文本和图 形、自定义业务对象等等。本系统开发使用了a d o 控件。在报表( 含打印) 部分系统使 用了q r e p o r t 控件。该控件页控件如图4 2 所示 4 5 第四章路基沉降无线监渊数据库系统开发 订c e 暑li n t n - t e x 口r e 暑量li a t e r n e tlw e b s n f 量s t h 鼍t d e c i s i o nc u b -q r e p o r tlt i n3 1ls 蛳口1 量slk c t i y - x ；对话报 | 重i 秘螫塾塾萤= 孰秀曼一氧筠罄割孰磬鹫氪餮斡零 其中主要的一些控件介绍如下： 图4 2 控件页控件图 1 ) t q u i c k r e p 控件：报表的核心，t q u i c k r e p 制作报表的基本思路就是按照表头、 标题、表格标题栏( 列名标题) 、表尾这几部分将报表分成若干表段的。每个标段占据 整张报表的不同位置，实现不同的功能。q u i c k r e p o r t 的报表格式，使得制作报表变得 非常容易，而其版面的排布可以复杂多变，从而为用户提供更多的更全面的报表。 2 ) t q r l a b e l 控件：显示报表上的标签信息。 3 ) t q r d b t e x t 控件：连接数据库的，显示明细数据的基本元素。 4 ) t q r s y s d a t a 控件：用来打印一些辅助信息，例如打印日期、报表页数、报表标 题等。 5 ) t q r c o m p o s i t e r e p o r t 控件：该控件可以把几个报表合并为一张报表。 6 ) t q r e x p r 控件：提供给用户以表达式的方式筛选数据或者统计数据。 7 ) t q r d e m o ：显示和打印多行文本。 2 a d o 数据控件的功能 a d od a t a 控件使用a c t i v e x 数据对象( a d o ) 来快速建立数据约束控件和数据提供者 之间的连接，并快速创建记录集，然后将数据通过数据约束控件提供给用户，其中数据 约束控件可以是任何具有“数据源”属性的控件，而数据提供者可