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BHM项目中，采集设备种类繁多，导致“一个项目、多种设备、多个厂家”的情况，如果直接采用各设备厂家提供的上位机软件作为采集控制软件，或者通过一些公司提供的云平台接入服务，则无法做到同步采集、统一管理，更无法完成采集系统与数据解析的直接打通，与BHM的初心相悖。

2.1  系统架构

联合西安博川电子科技有限公司，以美国NI公司的产品构架为例，通过“NI+协议集成”方式建立一套开放式采集系统。

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基于NI的采集模式由LabVIEW开发，支持多种类型、多个厂家传感器设备的同步接入，采集软件具备通信功能，可基于自身的通信协议与监测平台进行对接，实现监测数据的实时传输。

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基于协议集成的采集模式，通过建立开放式通信框架，对多家通信协议进行集成，并按照统一编码进行管理，使源于各方设备的监测数据都能与监测平台进行对接。

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通过NI设备的强大功能实现对监测数据的精准采样与动态控制。在此过程中，采集系统向下要对安装的硬件进行统一管理，实现数据采集、转换与存储；向上要与监测平台对接，使监测数据可顺利流转至平台中，为分析系统提供底层的数据支撑。采集系统架构如图3所示。图3 基于NI设备的采集系统架构图

为了对硬件设备进行合理控制，使模数转换、数据整合、指令控制等系统功能合理集成，提高软件内聚性、降低软件耦合性，采用FPGA芯片层、控制系统层和上位机系统层三层架构：

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FPGA芯片层：用于实现动态信号的降频滤波。由于桥梁结构的动态信号带宽较低，为了尽可能多的滤除干扰噪声，采用高频采集结合多级降频滤波的方式对噪声信号进行滤除。

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控制系统层：基于多线程、模块化架构对系统运行进行实时控制。控制系统层通过数据采集引擎、数据存储引擎、状态日志引擎和网络通讯引擎实现采集、存储、通信等功能。

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上位机系统层：实现系统与用户之间交互。将用户的操作指令下达给实时控制器执行，同时接收下层传递的监测数据，并按照统一的通信格式传递至监测平台。

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我们主推以NI为代表的基于虚拟仪器的软硬件构架；如果预算有限，也可采用基于协议集成的采集系统，对各设备厂家提供的数据通信协议进行集成，系统架构如图4。图4 基于协议集成的采集系统架构图
目前系统已经接入长沙金码公司旗下设备的通信协议，以后还将基于该架构集成行业内更多公司的采集设备，由此就可以满足大多数BHM系统硬件的选择需求。基于虚拟仪器的集成和基于协议的集成，这两种方式都无需经过数据库/数据文件中转，将三大软件版块数据打通，也是BHM“实时化”的前提。

2.2  功能模块

2.2.1

设备配置模块

为实现采集系统对监测设备的参数、位置的灵活配置与统一管理，系统基于统一的编码规则通过可视化界面对硬件设备进行动态管理、对测点位置进行逐级绑定，实现采集系统的通用性与可扩展性。该模块包含设备参数管理、结构测点管理两个部分，具体功能如下：

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设备参数管理：各级硬件设备动态配置参数，使采集系统具有容纳各类设备的通用性和可扩展性。

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结构测点管理：对监测单元、监测内容、测试断面、测点布置、传感器类型的具体映射，满足通用性和平台性的要求。

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监测设备动态添加如图5。

图5 监测设备动态添加

2.2.2

采集窗口模块

为了满足用户对实时数据的灵活调用与快速查询，采用多窗口视图设计，用户可自由添加窗口页面并在页面中动态加载视图面板，通过拖动采集通道可直接在面板上展示该通道的实时数据。模块提供多种视图样式，满足对不同信息进行同步展示的需求。具体类型如下：

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事件视图：显示当前系统的事件信息，包括用户登录、配置参数修改、设备增加、删除等。

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波形视图：实现对时域、频域信号的分析与展示。

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数值视图：显示选定通道采集数据的实时值、特征值等。

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表格视图：同步显示多个通道的特征值（最大值、最小值、有效值、均值、峰值、基波幅度及基波频率）。

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采集窗口视图展示如图6。
图6 采集窗口视图展示

2.2.3

数据管理模块

数据管理模块实现监测数据的存储、通信与查询等功能。数据存储包含人工干预、阈值控制、间隔控制三种机制进行触发；网络通信基于心跳包侦测、快速愈合技术构建通信引擎，并对底层TCP/IP 进行优化封装，采用分布式网络通讯架构实现各个采集主机、采集终端与监测平台的通讯；数据查询基于时域与频域两种方式对原始记录进行分析查看。历史数据管理如图7。图7 采集系统历史数据管理