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2025东南大学土木工程专业C语言课程设计报告--董旭

一、项目背景与目标

随着我国经济的快速发展，基础设施建设需求日益增长，土木工程作为国民经济的重要支柱产业，对高质量人才的需求也日益迫切。东南大学土木工程专业作为国内顶尖的土木工程学科，一直致力于培养具有创新精神和实践能力的高级工程技术人才。为满足这一需求，2025年东南大学土木工程专业特开设了C语言课程设计，旨在通过课程设计培养学生的编程能力和工程实践能力。

C语言作为一种经典的编程语言，以其高效、简洁和强大的功能，广泛应用于土木工程领域，如结构分析、有限元计算、工程绘图等。通过C语言课程设计，学生可以掌握C语言的基本语法、数据结构、算法设计等知识，为后续的土木工程相关课程学习和实践打下坚实的基础。

本次C语言课程设计以“智能结构健康监测系统”为主题，旨在培养学生运用C语言解决实际工程问题的能力。该系统通过采集桥梁、隧道等大型基础设施的健康数据，实现对结构状态的实时监测和预警。据统计，我国每年因结构安全问题导致的交通事故和人员伤亡事件时有发生，因此，开发智能结构健康监测系统具有重要的现实意义。本系统预计能够实现数据的实时采集、传输和处理，为我国基础设施的安全运行提供有力保障。

二、系统设计

(1)系统设计首先从需求分析入手，明确了智能结构健康监测系统的功能模块，包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块和用户界面模块。数据采集模块负责收集桥梁、隧道等基础设施的健康数据，如应变、位移、温度等，数据传输模块负责将采集到的数据实时传输至监控中心，数据处理模块负责对数据进行解析、分析和处理，最后用户界面模块则向用户提供直观的健康状态报告。

以某大型桥梁为例，该桥梁全长1000米，共有100个监测点，每个监测点需采集应变、位移、温度等数据。系统设计采用分布式数据采集方式，通过部署在监测点的传感器实时采集数据，然后通过无线传输模块将数据发送至监控中心。监控中心的数据处理模块能够对采集到的数据进行实时分析，一旦发现异常情况，立即向相关人员发送预警信息。

(2)在系统架构方面，智能结构健康监测系统采用分层架构设计，包括感知层、传输层、应用层和展示层。感知层负责数据的采集，传输层负责数据的传输，应用层负责数据处理和分析，展示层则负责将分析结果以图形、表格等形式展示给用户。这种分层架构有利于提高系统的可扩展性和可维护性。

以某高速公路隧道为例，该隧道全长5公里，共有50个监测点。系统采用分层架构设计，感知层通过布置在隧道内的传感器实时采集数据，传输层利用光纤通信技术将数据传输至监控中心，应用层对数据进行处理和分析，展示层则通过Web界面向管理人员展示实时监测数据和预警信息。该架构有效提高了隧道的运维效率，降低了运维成本。

(3)系统设计还充分考虑了安全性、可靠性和实时性。安全性方面，系统采用加密传输技术，确保数据在传输过程中的安全性；可靠性方面，系统设计采用冗余设计，如多个传感器同步采集数据，提高数据的可靠性；实时性方面，系统采用高速数据传输技术，确保数据能够实时传输至监控中心。以某跨江大桥为例，该大桥全长2000米，共有200个监测点。系统采用高速数据传输技术，确保数据采集间隔在1秒以内，满足实时监测需求。通过以上设计，智能结构健康监测系统能够为桥梁、隧道等大型基础设施的安全运行提供有力保障。

三、实现与测试

(1)系统实现阶段，首先进行了硬件选型和传感器配置。根据项目需求，选用了高精度应变计、位移计和温度传感器等，并确保传感器具备良好的抗干扰能力和稳定性。在软件开发方面，采用C语言作为主要编程语言，结合了数据结构、算法设计等知识，实现了数据采集、传输、处理和展示等功能。

以数据采集模块为例，通过编写相应的驱动程序，实现了对传感器的实时读取，并将采集到的数据存储在缓冲区中。在数据传输模块中，采用了TCP/IP协议进行数据传输，确保了数据的可靠性和实时性。数据处理模块则通过编写算法，对采集到的数据进行滤波、解析和计算，提取出关键的健康指标。

(2)测试阶段，首先进行了单元测试，针对每个模块的功能进行单独测试，确保模块的独立性和正确性。例如，对数据采集模块进行测试，验证其能否正确读取传感器数据；对数据处理模块进行测试，检查其计算结果的准确性。随后，进行了集成测试，将各个模块组合在一起，测试系统整体的功能和性能。

在实际测试中，选取了多个典型场景进行模拟，如模拟桥梁在不同载荷下的应变变化、模拟隧道内部温度变化等。通过对比实际监测数据与模拟数据，验证了系统的准确性和可靠性。此外，还进行了压力测试，模拟高并发情况下的系统性能，确保系统在高负载下仍能稳定运行。

(3)在测试过程中，对系统进行了性能优化。针对数据传输模块，优化了数据压缩算法，提高了数据传输效率；针对数据处