Langattoman tärinämittausverkon mittausvastaanotin

Abstract

Insinöörityössä perehdyttiin tärinään, sen etenemiseen maaperässä sekä tärinöiden mittaukseen. Erilaiset rakennustoiminnot, kuten louhinta ja paalutus, aiheuttavat rakenteille vaarallisia tärinöitä. Jotta rakenteiden vaurioitumisvaaraa voidaan arvioida, tärinöitä mitataan erityisillä tärinämittareilla. Tärinämittarit ovat monikanavaisia mittalaitteita, joissa analoginen tärinäsignaali muutetaan digitaaliseksi dataksi tallennusta varten. Rakennustärinöiden mittauksessa on vakiintunut käyttöön heilahdusnopeuden mittaus, joka korreloi parhaiten syntyneiden vaurioiden suuruuden kanssa. Koska rakennustärinöiden mittauksessa ei ole vielä kaupallisesti sovellettu lyhyen kantaman langattomia anturiverkkoja, perehdyttiin insinöörityössä myös ZigBee-standardin mukaisen anturiverkon toimintaan.

Insinöörityön tavoitteena oli rakentaa langattoman tärinämittausverkon mittausvastaanotin mittausverkon hallintaan ja mittausdatan lukemiseen antureilta.

Työssä rakennettiin ZigBee-mittausverkon päätelaite, jolla voidaan ohjata mittausantureita sekä mittausverkkoa ja lisäksi sillä voidaan lukea verkossa olevien anturien mittaustietoja. Mittausvastaanotinta ohjaa ATMega 128-mikrokontrolleri. Laitteessa on 128 x 64 pisteen graafinen LCD-näyttö sekä 8-näppäiminen näppäimistö. Tiedonsiirtoa varten laitteessa on Meshneticsin valmistama ZigBit-moduuli.

Laite toimi rakennetuilta osiltaan odotusten mukaisesti ja laitteen toimintaa ZigBee-verkossa testattiin menestyk-sekkäästi Meshneticsin WSN Monitor -ohjelmalla, Meshneticsin valmistamien kehityskorttien kanssa.

This Bachelor’s thesis is about vibration, its physical properties as a wave and the measurement of it. Vibration on the earth is composed of four different formations of waves: the P and S waves as the basic element of waves in an earthquake, for instance. The Rayleigh and Love waves are more or less mixtures of P and S waves. All four types of waves have a different appearance and way of movement in soil. The effect on structures also varies, the Rayleigh and Love waves being responsible for the most of the damages produced.

The measurement of vibration in soil is conducted with purpose-built measurement devices. These devices usually have 4-6 measurement channels, a digitizer and embedded memory for the storage of measurement data. The price of these devices ranges from 6 000 to 10 000 euros.

The ZigBee standard defines a protocol for short range wireless networking. ZigBee is indented for use in sensor systems and control signaling within the range up to 100 meters and comprising data throughput up to 250 Kbps.

The initial idea of the thesis was to develop a wireless measurement network for measuring vibration in buildings during rock blasting or piling operations. The system consists of the controlling unit attachable to a PC and several wireless vibration sensors.

There are growing markets for sensor networks and cheap sensors, and there is no similar existing system in the markets currently. The initial idea being too large for a thesis, it was narrowed to comprise the development of a controlling unit for the measurement network.

The controlling unit was designed to operate under the Atmel’s ATMega 128 microcontroller and the ZigBee networking features were designed to be utilized by the Meshnetics ZigBit module and Bitcloud protocol stack.