Phát triển thử nghiệm thiết bị SHM sử dụng chip bán dẫn ESP32 và công nghệ 4G-LTE
Email:
daotoan@utc.edu.vn
Từ khóa:
Giám sát sức khỏe kết cấu (SHM), giám sát dao động, MPU-6050, chip ESP32, SIM7600CE, IoT trong xây dựng, 4G, Giám sát sức khỏe kết cấu (SHM), giám sát dao động, MPU-6050, chip ESP32, SIM7600CE, IoT trong xây dựng, 4G
Tóm tắt
Giám sát sức khỏe kết cấu (SHM) đóng vai trò then chốt trong bảo trì công trình hạ tầng dài hạn. Với mục tiêu góp phần xây dựng một giải pháp thay thế kinh tế cho các hệ thống SHM thương mại có giá thành cao. Trên cơ sở phân tích cấu tạo phần cứng khả thi, trong bài báo này, tác giả trình bày quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một hệ thống giám sát dao động kết cấu xây dựng không dây, chi phí thấp, sử dụng cảm biến gia tốc MEMS MPU-6050, chip ESP32 tích hợp module truyền thông di động 4G SIM7600CE. Thiết bị được thiết kế để đo lường gia tốc dao động của kết cấu theo phương Z, xử lý dữ liệu sơ bộ trên ESP32 và truyền dữ liệu theo thời gian thực thông qua kết nối 4G. Các thử nghiệm được thực hiện trên dầm thép trong phòng thí nghiệm để đánh giá hiệu năng thu thập dữ liệu đo. Đối sánh với hệ đo thương mại cũng được tiến hành và so sánh. Kết quả chỉ ra rằng, mặc dù hệ thống chi phí thấp này còn tồn tại những hạn chế so với hệ thống chuyên dụng về độ chính xác dữ liệu, độ tin cậy dài hạn, thiết bị SHM có tiềm năng ứng dụng trong các trường hợp không yêu cầu độ chính xác cao hoặc làm công cụ nghiên cứu, giáo dụcTài liệu tham khảo
[1]. R. Yan et al, Structural Health Monitoring: An Advanced Signal Processing Perspective, Kindle Edition, 2017
[2]. A.C. Rahita, A., Zaki, G. Nugroho, S. Yadi, Internet of Things (IoT) in Structural Health Monitoring: A Decade of Research Trends, Instrumentation, Mesures, Metrologies, 23 (2024). https://doi.org/10.18280/i2m.230205
[3]. Hệ thống quan trắc công trình cầu Thuận Phước: https://www.stic.com.vn/vi/news/du-an-da-thuc-hien/he-thong-quan-trac-cong-trinh-cau-thuan-phuoc-60.html
[4]. B-T. Thanh, et al., Enhancing bridge damage assessment: Adaptive cell and deep learning approaches in time-series analysis, Construction and Building Materials, 439 (2024) 137240. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137240
[5]. H. L. Viet, B.T. Thanh, M. A. Wahab, A two-step failure identification approach using a stochastic optimization-based ensemble learning model for beams without pristine data, Engineering Structures, 334 (2025) 120253. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2025.120253
[6]. Tạ Đức Tuân, Lê Anh Tuấn, Vũ Đình Hương, Nhận dạng tần số dao động riêng của kết cấu bằng phương pháp kích động cưỡng bức, Tạp chí KHCN Xây dựng, 1 (2017) 27-31.
[7]. Nguyễn Công Đức, Trần Văn Một, Phan Công Bàn, Dương Lê Trường, Khảo sát thông số chuyển vị từ tín hiệu cảm biến đo gia tốc kết cấu dầm nhịp giản đơn, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, 18 (2015) 111-120.
[8]. Nguyen Van Tien et al., Application of Low-Cost MEMS in Bridge Monitoring in Vietnam, VJST, 62 (2023).
[9]. Đào Thanh Toản, Thiết bị thu thập dữ liệu không dây sử dụng cảm biến áp điện ứng dụng trong đo dao động kết cầu, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 71 (2020) 135-144. https://doi.org/10.25073/tcsj.71.2.8
[10]. Renda Zhao et al., Review of annual progress of bridge engineering in 2019, Advances in bridge engineering, 1 (2020) 11
[11]. S. Bhatta, J. Dang, Use of IoT for structural health monitoring of civil engineering structures: a state-of-the-art review, Urban Lifeline, 2 (2024) 17. https://doi.org/10.1007/s44285-024-00031-2
[12]. A. Mardanshahi et al., Sensing techniques for structural health monitoring: a state-of-the-art review on performance criteria and new-generation technologies, Sensors, 25 (2025) 1424. https://doi.org/10.3390/s25051424
[13]. X. L. Wang et al., Comparative Study of MCU, FPGA, and SoC for Embedded Systems, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 68 (2021).
[14]. B. P. Chen et al., Embedded System for Structural Health Monitoring: A Review, Journal of Structural Engineering, 147 (2020).
[15]. P.M. Ferreira et al., Embedded sensors for structural health monitoring: methodologies and applications review, Sensors, 22 (2022) 8320. https://doi.org/10.3390/s22218320
[16]. O.S. Sonbul, M. Rashid, Towards the structural health monitoring of bridges using wireless sensor networks: a systematic study, Sensors, 23 (2023) 8468. https://doi.org/10.3390/s23208468
[17]. Espressif Systems, ESP32 Technical Reference Manual, 2020.
[18]. T. M. Murray, D. E. Allen, E. E. Ungar, D. B Davis, AISC Design Guide 11: Floor Vibrations Due to Human Activity (Second Edition), American Institute of Steel Construction, 2016.
[19]. K. Anil, Chopra Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, Prentice Hall, 1995.
[2]. A.C. Rahita, A., Zaki, G. Nugroho, S. Yadi, Internet of Things (IoT) in Structural Health Monitoring: A Decade of Research Trends, Instrumentation, Mesures, Metrologies, 23 (2024). https://doi.org/10.18280/i2m.230205
[3]. Hệ thống quan trắc công trình cầu Thuận Phước: https://www.stic.com.vn/vi/news/du-an-da-thuc-hien/he-thong-quan-trac-cong-trinh-cau-thuan-phuoc-60.html
[4]. B-T. Thanh, et al., Enhancing bridge damage assessment: Adaptive cell and deep learning approaches in time-series analysis, Construction and Building Materials, 439 (2024) 137240. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137240
[5]. H. L. Viet, B.T. Thanh, M. A. Wahab, A two-step failure identification approach using a stochastic optimization-based ensemble learning model for beams without pristine data, Engineering Structures, 334 (2025) 120253. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2025.120253
[6]. Tạ Đức Tuân, Lê Anh Tuấn, Vũ Đình Hương, Nhận dạng tần số dao động riêng của kết cấu bằng phương pháp kích động cưỡng bức, Tạp chí KHCN Xây dựng, 1 (2017) 27-31.
[7]. Nguyễn Công Đức, Trần Văn Một, Phan Công Bàn, Dương Lê Trường, Khảo sát thông số chuyển vị từ tín hiệu cảm biến đo gia tốc kết cấu dầm nhịp giản đơn, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, 18 (2015) 111-120.
[8]. Nguyen Van Tien et al., Application of Low-Cost MEMS in Bridge Monitoring in Vietnam, VJST, 62 (2023).
[9]. Đào Thanh Toản, Thiết bị thu thập dữ liệu không dây sử dụng cảm biến áp điện ứng dụng trong đo dao động kết cầu, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 71 (2020) 135-144. https://doi.org/10.25073/tcsj.71.2.8
[10]. Renda Zhao et al., Review of annual progress of bridge engineering in 2019, Advances in bridge engineering, 1 (2020) 11
[11]. S. Bhatta, J. Dang, Use of IoT for structural health monitoring of civil engineering structures: a state-of-the-art review, Urban Lifeline, 2 (2024) 17. https://doi.org/10.1007/s44285-024-00031-2
[12]. A. Mardanshahi et al., Sensing techniques for structural health monitoring: a state-of-the-art review on performance criteria and new-generation technologies, Sensors, 25 (2025) 1424. https://doi.org/10.3390/s25051424
[13]. X. L. Wang et al., Comparative Study of MCU, FPGA, and SoC for Embedded Systems, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 68 (2021).
[14]. B. P. Chen et al., Embedded System for Structural Health Monitoring: A Review, Journal of Structural Engineering, 147 (2020).
[15]. P.M. Ferreira et al., Embedded sensors for structural health monitoring: methodologies and applications review, Sensors, 22 (2022) 8320. https://doi.org/10.3390/s22218320
[16]. O.S. Sonbul, M. Rashid, Towards the structural health monitoring of bridges using wireless sensor networks: a systematic study, Sensors, 23 (2023) 8468. https://doi.org/10.3390/s23208468
[17]. Espressif Systems, ESP32 Technical Reference Manual, 2020.
[18]. T. M. Murray, D. E. Allen, E. E. Ungar, D. B Davis, AISC Design Guide 11: Floor Vibrations Due to Human Activity (Second Edition), American Institute of Steel Construction, 2016.
[19]. K. Anil, Chopra Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, Prentice Hall, 1995.
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
06/05/2025
Nhận bài sửa
09/06/2025
Chấp nhận đăng
10/06/2025
Xuất bản
15/06/2025
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Phạm Văn, H., Nguyễn Duy, A., & Đào Thanh, T. (1749920400). Phát triển thử nghiệm thiết bị SHM sử dụng chip bán dẫn ESP32 và công nghệ 4G-LTE. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 76(5), 650-661. https://doi.org/10.47869/tcsj.76.5.1
Số lần xem tóm tắt
68
Số lần xem bài báo
30
