專利名稱：基于Zigbee技術(shù)的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊及其監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于Zigbee技術(shù)的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊及其監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 主要用于環(huán)境振動(dòng)的多點(diǎn)實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)。
技術(shù)背景-
傳統(tǒng)的單通道環(huán)境振動(dòng)測(cè)量?jī)x器， 一般由速度或加速度計(jì)采集信號(hào)、放大、A/D轉(zhuǎn)換、 簡(jiǎn)單處理、顯示等部分組成，其簡(jiǎn)單處理模塊決定了該儀器的功能較為單一，同時(shí)使用者 一般要在儀器邊操作，但裝置的特點(diǎn)在于便攜和讀數(shù)簡(jiǎn)單。
傳統(tǒng)的環(huán)境振動(dòng)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，相比噪聲影響的評(píng)價(jià)在我國(guó)尚很少，目前主要僅限于對(duì)鐵 路與地鐵等的軌道交通進(jìn)行測(cè)量，為實(shí)現(xiàn)儀器的多通道功能，可沿用噪聲的需要用延接電
纜連接安置在遠(yuǎn)處的傳感器；延接電纜限制了這種應(yīng)用范圍，不是成本太高，就是被障礙 物阻擋使得測(cè)量困難。常用最簡(jiǎn)捷的替代方法是由多人、每人操縱一臺(tái)振動(dòng)測(cè)試儀來完成 測(cè)量，但這種方法需通過高度協(xié)作來減少監(jiān)測(cè)的難度與誤差。
較環(huán)境噪聲的遠(yuǎn)距離測(cè)量，目前尚很少有通過internet或電話線，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離的 遙控環(huán)境振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，而提供一種基于
Zigbee技術(shù)的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊及其監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將方便地?cái)U(kuò)展(或替換) 傳統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的功能，而改用遙控測(cè)量環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度，不但能讀數(shù)，而且能用比原有 儀器多得多的方法處理數(shù)據(jù)。當(dāng)多臺(tái)這樣擴(kuò)展的儀器同時(shí)使用時(shí)，將具有強(qiáng)大的多點(diǎn)、實(shí) 時(shí)和同步的網(wǎng)絡(luò)化功能；但相比新增多點(diǎn)同步實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)功能，其需要的額外投資很少。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該基于Zigbee技術(shù)的無線環(huán)境振動(dòng) 處理模塊，其特征在于包括微處理器、電源管理電路和射頻模塊，微處理器與電源管理電 路、射頻模塊均連接，微處理器上設(shè)置有輸入輸出接口。
本發(fā)明還設(shè)置有AD轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路和環(huán)境振動(dòng)傳感器，微處理器通過輸入輸 出接口與AD轉(zhuǎn)換器連接，AD轉(zhuǎn)換器與信號(hào)調(diào)理電路連接，信號(hào)調(diào)理電路由前置放大器與 抗混疊濾波器連接組成，信號(hào)調(diào)理電路與環(huán)境振動(dòng)傳感器連接。
本發(fā)明還設(shè)置有存儲(chǔ)器，微處理器與存儲(chǔ)器連接。
本發(fā)明所述AD轉(zhuǎn)換器設(shè)置有溫度傳感器。
本發(fā)明所述AD轉(zhuǎn)換器設(shè)置有電池電量檢測(cè)電路。
本發(fā)明無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊電源采用充電電池、通用干電池、交流電源中的一種或者交流電源與充電電池、通用干電池之一的組合。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案還包括一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，該無 線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)包括上述的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，還包括傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè) 儀的速度或加速度計(jì)、前置放大部分，傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的前置放大部分與無線 環(huán)境振動(dòng)處理模塊連接。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案還包括一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，該無 線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)包括上述的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，還包括傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè) 儀，傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的輸出接口 (可以通過RS232串行接口或USB接口實(shí)現(xiàn)連 接)與無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊連接。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案還包括一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該無 線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由控制電腦或者網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)與上述的無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)而 成。例如由控制電腦與若干個(gè)無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)無線組網(wǎng)而成，控制電腦可盲與魯棒 地接受監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)加入組網(wǎng)，與無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過中斷方式控制，控制電腦同步發(fā) 送振動(dòng)采集命令至設(shè)定的無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)定時(shí)段內(nèi)同步監(jiān)測(cè)同一監(jiān)測(cè)斷 面(所述監(jiān)測(cè)斷面通常是線狀聲源——道路、高架橋梁、軌道交通、鐵路之類和單幢建筑 物內(nèi)的許多點(diǎn)受到單一振動(dòng)源的影響面，下同)的若干個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)情況，并由控制電 腦進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。也可以由控制電腦、網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)和無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)而成，網(wǎng) 關(guān)計(jì)算機(jī)與控制電腦通過有線或者無線連接，網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)與無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)無線連 接，網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)與無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過中斷方式控制，控制電腦同步發(fā)送振動(dòng)采集 命令至設(shè)定的網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)，網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)同步發(fā)送振動(dòng)采集命令至設(shè)定的無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè) 節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)定時(shí)段內(nèi)同步監(jiān)測(cè)若干多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的若干多個(gè)批監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)情況，并 由控制電腦進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。
本發(fā)明控制電腦或者網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)可以采用各種計(jì)算機(jī)，例如便攜式筆記本電腦，控制 電腦通過射頻接收發(fā)送模塊與無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊交換信息,控制電腦或其他計(jì)算機(jī)構(gòu) 成網(wǎng)關(guān)，為全功能設(shè)備。多個(gè)臺(tái)無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊或者無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊與環(huán)境 振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的組合就可以由一臺(tái)控制電腦(即網(wǎng)關(guān))來遙測(cè)，這樣每一臺(tái)無線環(huán)境振動(dòng) 處理模塊(又可以是無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊與傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的組合，或者無 線環(huán)境振動(dòng)處理模塊與傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的振動(dòng)傳感器、前置放大部分的組合) 構(gòu)成了一個(gè)無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，控制電腦構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)接點(diǎn)，所有的節(jié)接點(diǎn)形成了 一種網(wǎng)絡(luò)化多點(diǎn)實(shí)時(shí)同步的無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
本發(fā)明可使用USB接口或RS-232轉(zhuǎn)換器(或者使用開發(fā)工具JTAG)連接調(diào)試電腦直 接下載程序，而不需再有編程器。為了最大限度地節(jié)約電源，在硬件設(shè)計(jì)方面，要盡量采用低功耗器件，微處理器通常選用嵌入式CPU，射頻單元主要由低功耗、短距離、基于 Zigbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的無線通信模塊組成。無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)具有振動(dòng)傳感器、信號(hào)處 理和無線通信功能，既是信息包的發(fā)起者，也是信息包的轉(zhuǎn)發(fā)者，通過網(wǎng)絡(luò)自組織和中繼 路由，將數(shù)據(jù)向網(wǎng)關(guān)(控制電腦，通常采用筆記本電腦，是一個(gè)移動(dòng)的平臺(tái))發(fā)送；網(wǎng)關(guān) 還可以使用多種方式與外部網(wǎng)絡(luò)通信，如移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、Internet或GPRS等。
去掉無線裝置的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器將保持其原有功能。另一種選擇是，只保留傳統(tǒng)單通道 環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀中的振動(dòng)傳感器(探頭)、前置放大部分(包括抗混疊濾波)，去除后續(xù)的 放大、簡(jiǎn)單處理、顯示等部分功能，與無線通信模塊結(jié)合甚至集成，構(gòu)成新型、低成本的 無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，可構(gòu)成強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)化多點(diǎn)實(shí)時(shí)同步的無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。而 無線通信模塊，隨著計(jì)算機(jī)芯片集成技術(shù)的高度發(fā)達(dá)，己可以采用將單片機(jī)與AD轉(zhuǎn)換功 能嵌入無線通信模塊的芯片，其現(xiàn)有許多產(chǎn)品已達(dá)到僅有7隱X7mm的微小平方尺寸，這 樣無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成成本可實(shí)現(xiàn)最大幅度地降低，很容易實(shí)現(xiàn)構(gòu)造巨大的網(wǎng) 絡(luò)。
本發(fā)明所提供的環(huán)境振動(dòng)測(cè)量功能與傳統(tǒng)的環(huán)境振動(dòng)測(cè)量裝置相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 本裝置可使用充電電池、通用干電池或交流電源，便于攜帶和使用，適用于室內(nèi) 與室外最大間距達(dá)200m以內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境的振動(dòng)測(cè)量。這一距離范圍為環(huán)境振動(dòng)評(píng)價(jià)技術(shù) 規(guī)范通常所要求的研究范圍，恰巧也是Zigbee無線技術(shù)所能覆蓋的作用距離，為本技術(shù) 低成本無縫銜接地應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)提供了前提條件。
2、 多個(gè)無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)形成網(wǎng)絡(luò)使用，可以同步或間隔一定微小時(shí)間差、實(shí) 時(shí)、方便地應(yīng)用于對(duì)線狀聲源(橋梁、道路、公路、高架橋梁/道路、軌道交通、鐵路、 磁浮交通)和單幢建筑物內(nèi)的許多點(diǎn)受到單一振動(dòng)源(高層建筑電梯、水泵房等)進(jìn)行振 動(dòng)隨距離(或高度，或方向，或空間，如高層建筑的不同樓層剖面)衰減規(guī)律的監(jiān)測(cè)。無 線化可從根本上解決被障礙物阻擋使得振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀應(yīng)用范圍受到很大的限制、以及延接電 纜纏繞與不便和成本過高等一系列的問題。此外，可以利用特定頻率的無線通訊信號(hào)，自 動(dòng)測(cè)量出所布置環(huán)境振動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)模塊之間以及與網(wǎng)關(guān)之間的距離，通過這一自動(dòng)定位 的功能，為完成監(jiān)測(cè)布點(diǎn)提供方便的輔助手段。同時(shí)，對(duì)于地鐵一類的線狀振動(dòng)源，可在 活塞風(fēng)道內(nèi)外，通過設(shè)置無線信號(hào)中繼接力的無線模塊，實(shí)現(xiàn)在地下隧道軌枕和地面監(jiān)測(cè) 剖面或建筑物內(nèi)的多點(diǎn)實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)；而用現(xiàn)在的多臺(tái)儀器與人工的方法，地面以上的協(xié) 作，因?yàn)殡y于感知列車何時(shí)由遠(yuǎn)而近的進(jìn)近過程，較難準(zhǔn)確啟動(dòng)儀器采樣，只能簡(jiǎn)單地提 早很長(zhǎng)時(shí)間開始采樣，來避免延誤。
3、 采集的數(shù)據(jù)可根據(jù)需要用軟件編程作任意的、使用者想要的處理， 一個(gè)程序即儀 器的一項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能。至少可以實(shí)現(xiàn)以下兩種方案的傳送與處理第一種方案，是將每臺(tái)傳統(tǒng)振動(dòng)儀本身賦予的測(cè)量與處理結(jié)果(主要評(píng)價(jià)量為最大Z 振級(jí)、統(tǒng)計(jì)振級(jí)及其偏差等)發(fā)給網(wǎng)關(guān)，通過帶接收為主模塊同步收集至筆記本電腦，畫 制規(guī)范要求的振動(dòng)與結(jié)構(gòu)和時(shí)間關(guān)系的衰減曲線第二種方案，是將每個(gè)無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的瞬時(shí)或某個(gè)時(shí)間周期測(cè)量值同步發(fā)給 網(wǎng)關(guān)，由控制電腦進(jìn)行設(shè)計(jì)所需要的數(shù)據(jù)處理與畫圖。
以上所述的無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)可以是無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊(包括AD轉(zhuǎn)換器、 信號(hào)調(diào)理電路和環(huán)境振動(dòng)傳感器)，又可以是傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的全部或者其前 端部分與無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊的組合。
無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)測(cè)甚至多至上百個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，可進(jìn)行長(zhǎng) 時(shí)間的不間斷環(huán)境振動(dòng)測(cè)量，根據(jù)監(jiān)測(cè)要求輸出數(shù)據(jù)報(bào)告與畫圖。
4、 將傳統(tǒng)環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀中的振動(dòng)傳感器與前置放大部分保留，去除A/D轉(zhuǎn)換、處 理、顯示等部分功能，與單片機(jī)、AD轉(zhuǎn)換和無線通信模塊等集成，極易構(gòu)成新型、低成 本的無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境振動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)。
5、 由于集成化的無線化環(huán)境振動(dòng)處理模塊很容易做到極小的體積，還可將其應(yīng)用于 多點(diǎn)實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)與匯集建筑物中的固體傳聲，如來自電梯井的振動(dòng)影響，用于診斷、研 究與優(yōu)化防治措施；其中，通過在電梯井內(nèi)和各樓層內(nèi)附加設(shè)置單純的無線化環(huán)境振動(dòng)處 理模塊(非環(huán)境振動(dòng)傳感器)，可在網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)或手提電腦上實(shí)現(xiàn)定位計(jì)算，同步跟蹤電 梯振動(dòng)源的實(shí)時(shí)方位和移動(dòng)軌跡，為監(jiān)測(cè)提供常規(guī)振動(dòng)測(cè)量方法所根本無法提供的重要數(shù) 據(jù)。
6、 環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，按監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范，需要避開許多人為的干擾。傳統(tǒng)儀器使用時(shí) 必須有操作者和儀器同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)，極易引起過路行人和動(dòng)物的好奇與圍觀，因而常常干擾 測(cè)量。傳統(tǒng)振動(dòng)儀經(jīng)無線功能擴(kuò)展后，人機(jī)分離，可很好地解除相關(guān)問題。
7、 利用無線電磁波的穿透功能，本發(fā)明將可很容易地克服許多使用常規(guī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀 器所不能逾越的障礙，包括穿透土壤，但帶有鋼筋等金屬屏蔽的情景除外。例如可應(yīng)用 本發(fā)明構(gòu)成的新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)河流、遮擋建筑物等描述其隔振性能的相關(guān)振動(dòng)參數(shù)， 避免諸如傳統(tǒng)環(huán)境振動(dòng)測(cè)量?jī)x因不能布線或看不見到來振動(dòng)事件的麻煩，因而可避免對(duì)特 定監(jiān)測(cè)時(shí)因采用替代簡(jiǎn)化方案所可能引入的不必要誤差，將具強(qiáng)大的應(yīng)用潛力與前景。
8、 去掉無線裝置的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器將保持其原有功能。
9、 本裝置也可將網(wǎng)關(guān)便攜式電腦通過internet、電話線、手機(jī)等技術(shù)，或作為GPRS 環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布點(diǎn)技術(shù)中的一種終端，通過已廣泛配置的藍(lán)芽超短程通信技術(shù)或無線 上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)向?qū)嶒?yàn)室傳送的超遠(yuǎn)程處理，實(shí)現(xiàn)動(dòng) 態(tài)、準(zhǔn)確地跟蹤被研究現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境振動(dòng)的變化，以便采取對(duì)策與優(yōu)化防治措施，包括專設(shè)延伸性局部加密布設(shè)振動(dòng)探頭，以提高監(jiān)測(cè)精度。
10、 除了網(wǎng)關(guān)和重要中繼節(jié)點(diǎn)，利用Zigbee協(xié)議，新的環(huán)境振動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn) 盲的自動(dòng)加入與移除。
11、 本發(fā)明將主要應(yīng)用于基于環(huán)境振動(dòng)測(cè)量規(guī)范的多點(diǎn)實(shí)時(shí)同步的監(jiān)測(cè)，因此借助正 在興起并蓬勃進(jìn)展的Zigbee技術(shù)可以很容易、簡(jiǎn)捷地和低成本地實(shí)現(xiàn)。但是，也可以應(yīng) 用于其他振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，例如對(duì)含有高頻機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量與研究，其最大的區(qū)別 是對(duì)采樣率和數(shù)據(jù)處理容量的要求，如僅用Zigbee技術(shù)將可能造成協(xié)議幫綁定的掉線， 以及傳送數(shù)據(jù)的堵塞，解決方案之一是提高硬件的性能，諸如利用DMA功能，或者采用高 位(從8位提高增加到16位或32位，根據(jù)計(jì)算機(jī)集成度18個(gè)月加倍的莫爾Gordon Moore 定理，已經(jīng)有類似的產(chǎn)品可供應(yīng)用)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，以及其他的非Zigbee技術(shù)。根 據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)并不難實(shí)現(xiàn)，但其目前最大的障礙是可能需要增加實(shí)現(xiàn)的成本。
12、 配置與常規(guī)儀器相同的校正。
13、 某些Zigbee芯片廠家在其芯片引出了跟蹤電池電量的功能，經(jīng)必要的修正，可 借助其觀察所操縱的龐大系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)，必要時(shí)迅速更換電池。
本發(fā)明同時(shí)具有對(duì)環(huán)境振動(dòng)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)，避免應(yīng)用常用振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀時(shí)需大 量人力物力和布線連接復(fù)雜等困難；利用電磁波的穿透力，克服某些許多使用常規(guī)振動(dòng)監(jiān) 測(cè)儀器所不能逾越的障礙；同時(shí)還可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位之間距離的測(cè)定，以及應(yīng)用 附加設(shè)置無線信號(hào)參考節(jié)點(diǎn)，完成對(duì)振源的自動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)等功能，生產(chǎn)成本低，可大量應(yīng) 用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊的一種結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例第二種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例第一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制電腦無線模塊流程圖。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例第一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制電腦無線模塊發(fā)送信號(hào)至各 節(jié)點(diǎn)的流程圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例第一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1 圖6，本發(fā)明實(shí)施例無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊的第一種結(jié)構(gòu)適用于對(duì)傳統(tǒng)單 通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的擴(kuò)展，即將傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀(或者傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng) 監(jiān)測(cè)儀的速度或加速度計(jì)、前置放大部分)和本發(fā)明實(shí)施例無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊的微處 理器1的輸入輸出接口 11 (例如USB或RS232轉(zhuǎn)換器)連接構(gòu)成無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊包括微處理器1、電源管理電路2和射頻模塊3，以上模塊集成形 成微型化的嵌入式系統(tǒng)，這一種結(jié)構(gòu)的好處是充分利用原有的環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，成本低、 改建工作量小。參見圖2、本發(fā)明實(shí)施例無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊的另一種結(jié)構(gòu)包括微處理 器l、電源管理電路2、射頻模塊3、存儲(chǔ)器4、 AD轉(zhuǎn)換器5、信號(hào)調(diào)理電路6和環(huán)境振動(dòng) 傳感器7 (—般推薦使用精度較高的電容式)，微處理器1與電源管理電路2、射頻模塊3、 存儲(chǔ)器4、 AD轉(zhuǎn)換器5均連接，AD轉(zhuǎn)換器5與信號(hào)調(diào)理電路6連接，信號(hào)調(diào)理電路6與 環(huán)境振動(dòng)傳感器7連接，該結(jié)構(gòu)構(gòu)成了無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的最常用的一種無線環(huán)境 振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，是本發(fā)明無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的支持基礎(chǔ)與實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。本發(fā)明實(shí)施例無 線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由若干個(gè)全功能設(shè)備(例如控制電腦、網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)等)與若干個(gè)削減功 能設(shè)備即無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)(例如無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，或無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊 與傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的組合，或無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊與傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān) 測(cè)儀的振動(dòng)傳感器、前置放大部分的組合)組網(wǎng)而成，參見圖3。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn) 了許多種無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，它們?cè)趯?shí)現(xiàn)原理上是相似的，只是分別采用了不同的微處 理器或者不同的通信與協(xié)議方式，例如采用自定義協(xié)議、IEEE802. 11協(xié)議、Zigbee協(xié)議、 藍(lán)牙協(xié)議以及UWB通信方式等等。
由于交通和工業(yè)環(huán)境振動(dòng)的傳播距離范圍與評(píng)價(jià)要求最遠(yuǎn)大都在100m范圍以內(nèi)，同 時(shí)根據(jù)有關(guān)的環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)規(guī)范，如最新的《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-2008)中對(duì)環(huán) 境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的規(guī)范要求，環(huán)境振動(dòng)采樣時(shí)間間隔應(yīng)不大于ls，數(shù)據(jù)量屬于相對(duì)低傳 輸范圍，因此本發(fā)明無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)可采用低功耗的微處理器、通信模塊、電源管 理電路等，節(jié)點(diǎn)功能模塊示意圖如圖1、圖2所示?？刂齐娔X、網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)、無線環(huán)境振 動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)接可以采用各種網(wǎng)絡(luò)連接模式，例如星形、樹形或網(wǎng)狀模式。
ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的無線技術(shù)，主要用于近距離無線連接。依 據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，它可在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需 要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以 它們的通信效率非常高。
一般而言，隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加。相對(duì)于 現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù),ZigBee技術(shù)將是最低功耗和成本的技術(shù)。同時(shí)由于ZigBee技 術(shù)的低數(shù)據(jù)速率和通信范圍較小的特點(diǎn)，也決定了 ZigBee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小 的業(yè)務(wù)。ZigBee協(xié)議有如下的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
■數(shù)據(jù)傳輸速率:可控制在10k字節(jié)/秒到250k字節(jié)/秒。
■待機(jī)模式下功耗低:在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池可使用六個(gè)月到兩年，免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。這也是ZigBee的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
■成本低:ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低,協(xié)議簡(jiǎn)單,所以大大降低了成本。且免收專利費(fèi)。
■網(wǎng)絡(luò)容量大:每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備。
■時(shí)延短:通常時(shí)延都在15毫秒至30毫秒之間，能滿足本應(yīng)用的要求。
■安全:ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法。
■有效范圍小室內(nèi)有效覆蓋范圍10 75米之間，室外具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大
小和各種不同的應(yīng)用模式而定,基本上能夠覆蓋環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)的地形環(huán)境。
■工作頻段靈活:使用頻段為2. 4GHz、868MHz(歐洲)及915MHz(美國(guó))，均為免執(zhí)照頻段。
本發(fā)明可以將一臺(tái)振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀功能遞增加為在一定的距離范圍外，不直接操作該臺(tái) 儀器，而改用遙控測(cè)量環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度，不但能讀數(shù)，而且能用比原有儀器多得多的方法處 理數(shù)據(jù)。當(dāng)多臺(tái)這樣擴(kuò)展的儀器同時(shí)使用時(shí)，將具有強(qiáng)大的多點(diǎn)、實(shí)時(shí)和同步的網(wǎng)絡(luò)化功 能。但相比新增多點(diǎn)同步實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)功能，其需要的額外投資很少。
除了科研和一些特殊監(jiān)測(cè)的少量情形要求外，隨著我國(guó)有關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)導(dǎo)則的規(guī) 范化與系列化，我國(guó)國(guó)家環(huán)保部己針對(duì)相關(guān)規(guī)劃、行業(yè)和項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)與環(huán)境竣工 驗(yàn)收中，明文要求開展一系列多點(diǎn)同步實(shí)時(shí)環(huán)境振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，使得環(huán)境振動(dòng)的多點(diǎn)實(shí)時(shí)同 步監(jiān)測(cè)具有巨大的技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)。
凡是本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案和技術(shù)特征的簡(jiǎn)單變形或組合，均應(yīng)認(rèn)為落入本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種基于Zigbee技術(shù)的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，其特征在于包括微處理器、電源管理電路和射頻模塊，微處理器與電源管理電路、射頻模塊均連接，微處理器上設(shè)置有輸入輸出接口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，其特征在于還設(shè)置有AD轉(zhuǎn)換器、 信號(hào)調(diào)理電路和環(huán)境振動(dòng)傳感器，微處理器通過輸入輸出接口與AD轉(zhuǎn)換器連接，AD轉(zhuǎn)換器 與信號(hào)調(diào)理電路連接，信號(hào)調(diào)理電路與環(huán)境振動(dòng)傳感器連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，其特征在于還設(shè)置有存儲(chǔ)器，微 處理器與存儲(chǔ)器連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，其特征在于所述AD轉(zhuǎn)換器設(shè)置有 溫度傳感器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，其特征在于所述AD轉(zhuǎn)換器設(shè)置有 電池電量檢測(cè)電路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一權(quán)利要求所述的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，其特征在于無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊電源采用充電電池、通用干電池、交流電源中的一種或者交流電源與充電 電池、通用干電池之一的組合。
7、 一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，其特征在于包括權(quán)利要求1所述的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，還包括傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的速度或加速度計(jì)、前置放大部分，傳統(tǒng)單通道 環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的前置放大部分與無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊連接。
8、 一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，其特征在于包括權(quán)利要求1所述的無線環(huán)境振動(dòng)處 理模塊，還包括傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，傳統(tǒng)單通道環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的輸出接口與無線 環(huán)境振動(dòng)處理模塊連接。
9、 一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于由控制電腦與若干個(gè)無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè) 節(jié)點(diǎn)無線組網(wǎng)而成，控制電腦與無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過中斷方式控制，控制電腦同步發(fā) 送振動(dòng)采集命令至設(shè)定的無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)定時(shí)段內(nèi)同步監(jiān)測(cè)同一監(jiān)測(cè)斷面 的若干個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)情況。
10、 一種無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于由控制電腦、網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)和無線環(huán)境振 動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)而成，網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)與控制電腦通過有線或者無線連接，網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)與無線環(huán) 境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)無線連接，網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)與無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過中斷方式控制，控制電 腦同步發(fā)送振動(dòng)采集命令至設(shè)定的網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)，網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)同步發(fā)送振動(dòng)采集命令至設(shè)定的 無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)定時(shí)段內(nèi)同步監(jiān)測(cè)若干個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的若干批監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng) 情況。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Zigbee技術(shù)的無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊及其監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊包括微處理器、電源管理電路和射頻模塊，微處理器與電源管理電路、射頻模塊均連接，微處理器上設(shè)置有輸入輸出接口。還可設(shè)置AD轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路和環(huán)境振動(dòng)傳感器，以便直接監(jiān)測(cè)。無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)由無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊，或者無線環(huán)境振動(dòng)處理模塊與傳統(tǒng)環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的組合，能完成環(huán)境振動(dòng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和傳送的任務(wù)。無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由控制電腦或者網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)與上述的無線環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)而成。本發(fā)明擴(kuò)展了傳統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的功能，可遙控操作，對(duì)環(huán)境振動(dòng)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析和處理。
文檔編號(hào)G01H17/00GK101553050SQ20091009831
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者張繼萍 申請(qǐng)人:浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院