利用LabVIEW和WSN技术实现对一座12世纪的名胜古迹的监测

西班牙，阿吉拉尔场的Santa María la Real基金，为一座可以追溯到12世纪教堂及其修道院开展了一项修复工程。项目由Castile 和 León地方政府通过Románico Norte计划提供资金，来支持Santa María la Real基金和遗产监测系统计划（MHS）。本地行动小组País Románico也通过环境农业渔业部的开发计划为Santa María la Real基金和遗产监测系统计划筹措资金。 　　在这座具有历史意义的教堂改造完成后，基金会意识到遗迹需要连续监测从而保护教堂不受环境衰退的侵害。因此，小组开发了一套实验性的方案用于监测教堂的环境参数，包括如下几方面 在本项目中，西班牙阿吉拉尔场的Santa María la Real基金为了保护一座12世纪的历史教堂，实施了一项创新的监测系统。该系统利用了LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）软件和无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）技术，以实时监测并保护教堂免受环境损害。此项目得到了Castile 和 León地方政府以及País Románico本地行动小组的支持。 监控系统主要关注以下几个环境参数： 1. 教堂外部的空气温度和相对湿度，这对于保持教堂建筑材料的稳定性至关重要。 2. 教堂内部中殿17个位置的空气温度和相对湿度，确保室内环境适宜且不会对装饰和壁画造成损害。 3. 微型气象站的数据采集，包括风速、降雨量等，以全面了解教堂周围的气候条件。 4. 结构振动的测量，预防因地震或其他原因引起的潜在损坏。 为了实施这个系统，团队选择了WSN技术来收集温度、湿度和振动数据。他们使用了NI WSN-9791网关，以及WSN-3202模拟输入节点，配合HMP50温度和湿度计，进行每10秒一次的读取。数据会被计算成每分钟的平均值，并通过网关发送至远程站点。此外，使用了NI WLS-9163 Wi-Fi模块与三轴加速计集成，以监测结构振动。 系统的核心是LabVIEW，它被用来设计和管理整个监测系统，实现多线程运行，包括： 1. 处理来自传感器网络和气象站的数据。 2. 读取加速度计的测量结果。 3. 将数据上传至互联网数据库，以便远程监控和分析。 4. 创建用户界面，提供直观的数据显示和控制功能。 在硬件部署上，团队面对了挑战，如隐藏设备以保持教堂美感，以及解决信号覆盖问题。他们采用了高增益外部天线增强信号，并将节点安装在防水、易隐藏的位置。此外，还使用了Service Keeper和Service Mill工具，使LabVIEW应用程序能在Windows系统中以服务的形式运行，确保系统的持续稳定工作。 气象站通过串行总线与Wi-Fi接入点连接，通过DIGI Realport软件仿真串口，使LabVIEW能读取气象站数据。同样，WLS-9163 Wi-Fi客户端也被连接到Wi-Fi接入点，LabVIEW通过模拟输入通道读取加速度计数据。 即使在恶劣的环境中，该监测网络也能正常运作，节点能够在信号强度仅为8%的情况下仍能传输数据，实际操作中，大多数节点通常能保持超过20%的信号强度，体现了系统的可靠性和适应性。 这个项目展示了如何利用先进的技术和软件，如LabVIEW和WSN，来保护和监测历史建筑，为文化遗产的保护提供了科技支持。这种创新的解决方案不仅可以应用于此教堂，还可以推广到其他类似的名胜古迹，以确保它们在未来得以保存。