專(zhuān)利名稱(chēng)：基于單片機(jī)gsm無(wú)線(xiàn)模塊的多參數(shù)邊坡災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及公路、巖土工程領(lǐng)域的邊坡多參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
壓力、深部位移及軸力變化是反映邊坡安全的重要參數(shù)。對(duì)其進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)對(duì)了解邊坡工程現(xiàn)狀、及時(shí)采用加固措施有其重要意 義。目前，上述參量數(shù)據(jù)的采集多是工程師利用數(shù)據(jù)采集箱進(jìn)行人工采集，需要到現(xiàn)場(chǎng)跟每一個(gè)傳感器接線(xiàn)連接，采集頻率信號(hào)需人工記錄下來(lái)并以手工方式輸入到計(jì)算機(jī)中，然后還需查找相應(yīng)傳感器的編號(hào)、頻率及相應(yīng)位移等參數(shù)的計(jì)算系數(shù)。若巡回測(cè)量300多個(gè)測(cè)量點(diǎn)各一次，需要一個(gè)月左右的時(shí)間，操作時(shí)間長(zhǎng)。這種人工記錄、人工輸入數(shù)據(jù)的方式，資料整理工作量大；且極易改變數(shù)據(jù)的可靠性。尤其是不能及時(shí)獲取工程數(shù)據(jù)，了解邊坡安全狀態(tài)。由于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，單一參數(shù)采用GPRS方式發(fā)送到計(jì)算機(jī)上。這種方式如要測(cè)量多個(gè)傳感器或多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，需利用傳輸導(dǎo)線(xiàn)將各個(gè)傳感器或多個(gè)測(cè)量點(diǎn)連接到本地工控機(jī)上，成本高且導(dǎo)線(xiàn)裸露在地表外部極易被破壞，影響數(shù)據(jù)的正常收集。雖然GSM數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已經(jīng)公開(kāi)了實(shí)用新型，目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)上述三種邊坡參數(shù)通過(guò)一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、保存及無(wú)線(xiàn)傳輸且不發(fā)生混淆的裝置，這就影響了工程師及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)邊坡工程災(zāi)害，防止災(zāi)害的發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一套邊坡工程多參數(shù)自動(dòng)采集、無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)牡统杀?、可靠系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由復(fù)數(shù)個(gè)振弦式監(jiān)測(cè)傳感器、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)GSM發(fā)射模塊及安全保護(hù)箱組成。每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)前端單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由基于C8051F930的單片機(jī)、傳感器激勵(lì)模塊、信號(hào)接收與處理模塊、報(bào)警裝置、12 C總線(xiàn)形式的E2PR0M、2G容量的SD卡、鍵盤(pán)輸入模塊、顯示模塊及GSM無(wú)線(xiàn)模塊及配備兩套軟件。每個(gè)前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配一個(gè)GSM模塊，通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成整個(gè)邊坡工程的分布式測(cè)量網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)每個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)GSM發(fā)射模塊、傳感器防水傳輸一起密封在水泥箱內(nèi)部。每個(gè)傳感器包括一個(gè)12 C串行總線(xiàn)E2PR0M存貯器，其中包括傳感器初始化特征數(shù)據(jù)，即傳感器的類(lèi)型、傳感器的編號(hào)、在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)點(diǎn)以及標(biāo)定參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和無(wú)線(xiàn)傳輸采用全自動(dòng)化操作模式，中央處理模塊自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的采集、標(biāo)度變換及傳輸，所有數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為了直接物理參量值，便于數(shù)據(jù)后續(xù)自動(dòng)管理、成圖成表的自動(dòng)完成。中央處理模塊通過(guò)讀取E2PR0M芯片中特征數(shù)據(jù)以達(dá)到對(duì)傳感器類(lèi)別的判斷及傳感器計(jì)數(shù)頻率到工程參量的轉(zhuǎn)換，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特定格式的封裝后，以GSM無(wú)線(xiàn)短消息形式發(fā)送到終端手機(jī)上。上述三種參數(shù)的振弦傳感器可以安裝在同一個(gè)數(shù)據(jù)采集箱上進(jìn)行輪流采集、傳輸。采集周期通常是每2小時(shí)測(cè)量一次數(shù)據(jù)(相對(duì)于人工采集數(shù)據(jù)已經(jīng)密集很多)，并在本地?cái)?shù)據(jù)采集中存貯到SD卡里，作為備用。在現(xiàn)場(chǎng)整體自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝后，通過(guò)水泥箱進(jìn)行防水、防破壞處理。本實(shí)用新型智能化程度高，功耗低，能在一套系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)邊坡工程中多種參數(shù)的測(cè)量及全國(guó)范圍內(nèi)的傳輸，為預(yù)報(bào)邊坡工程災(zāi)害及 時(shí)提供數(shù)據(jù)支持，并能減少大量的人工成本。

圖I是邊坡多參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意具體實(shí)施方式
以下對(duì)本實(shí)用新型做出進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，前端現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊I數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)2上，然后通過(guò)GSM發(fā)送模塊3發(fā)送到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)公共系統(tǒng)4上，通過(guò)公共系統(tǒng)4終端手機(jī)5信息交換，如圖I所示。每個(gè)前端單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)配一個(gè)獨(dú)立的GSM模塊，現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)不采用有線(xiàn)連接，也不需要在現(xiàn)場(chǎng)建立基站。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)2由C8051F930單片機(jī)最小化系統(tǒng)、傳感器激勵(lì)模塊、信號(hào)接收與處理模塊、報(bào)警裝置、12 C總線(xiàn)形式的E2PR0M、2G容量的SD卡、鍵盤(pán)輸入模塊、顯示模塊組成。三種物理參量的變換采用振弦傳感器。工作方式為傳感器激勵(lì)信號(hào)由單片機(jī)PWM波經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后產(chǎn)生，傳感器被激勵(lì)后，釋放激勵(lì)信號(hào)，傳感器器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波和整形后變換為頻率信號(hào)。由單片機(jī)拾取頻率信號(hào)后，通過(guò)軟件轉(zhuǎn)化為物理參量的直接表示。然后單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)讀取傳感器中12 C中特征數(shù)據(jù)，與物理量數(shù)據(jù)、采用時(shí)間一起打包號(hào)進(jìn)行GSM無(wú)線(xiàn)傳輸。多個(gè)傳感器的激勵(lì)和信號(hào)采集分別通過(guò)切換多路模擬開(kāi)關(guān)和多路分配器進(jìn)行選擇，開(kāi)關(guān)的切換通過(guò)程控方法實(shí)現(xiàn)。壓力、深部位移及軸力測(cè)量都選用單線(xiàn)圈振弦傳感器，傳感器安裝到測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)前先進(jìn)行初始化操作。包括①系統(tǒng)對(duì)每個(gè)即將投入工程中的傳感器進(jìn)行校正，通過(guò)在測(cè)量范圍內(nèi)均勻取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)試結(jié)果正確的才投入實(shí)際工程使用，避免在將傳感器安裝在地表下后使得測(cè)量點(diǎn)失效，不符合出廠參數(shù)的傳感器利用附圖2中的2模塊給予出錯(cuò)提示，正確的在模塊2上顯示正確數(shù)據(jù)在每個(gè)傳感器前端配備一個(gè)12 C總線(xiàn)型E2PR0M芯片，或購(gòu)買(mǎi)具有12 C總線(xiàn)型E2PR0M芯片的傳感器，利用配套軟件初始化程序，將每個(gè)傳感器的特征初始化數(shù)據(jù)保存在前端傳感器系統(tǒng)的E2PR0M芯片中，包括傳感器的類(lèi)型、傳感器的編號(hào)、在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)點(diǎn)以及標(biāo)定參數(shù)。傳感器特征碼采用三位BCD格式。壓力數(shù)據(jù)以#P#開(kāi)頭；深部位移數(shù)據(jù)格式以#S#開(kāi)頭。軸力數(shù)據(jù)格式以#Z#開(kāi)頭。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首先讀取保存在前端傳感器系統(tǒng)E2PR0M芯片中特征數(shù)據(jù)，然后將特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)識(shí)別傳感器類(lèi)別，若解析#P#特征碼，將采集到的頻率數(shù)按照壓力傳感器的計(jì)算公式轉(zhuǎn)化為壓力直接表示值，以固定六位BCD表示，將傳感器特征碼、傳感器編號(hào)、傳感器在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)點(diǎn)編號(hào)及測(cè)量數(shù)據(jù)以GSM無(wú)線(xiàn)短消息形式發(fā)送到終端手機(jī)上。上述三種參數(shù)的振弦傳感器可以安裝在同一個(gè)數(shù)據(jù)采集箱上進(jìn)行輪流采集、傳輸。在測(cè)量點(diǎn)原位位置，對(duì)整個(gè)電子系統(tǒng)采用水泥箱進(jìn)行排水和防護(hù)處理。在水泥箱靠近樁基礎(chǔ)部分開(kāi)設(shè)排水槽，離基礎(chǔ)IOCM高處擱置網(wǎng)狀金屬網(wǎng)絡(luò)，并將整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擱置其上。在水泥箱上部開(kāi)設(shè)小槽，進(jìn)行通風(fēng)和無(wú)線(xiàn)通信用。頂部采用斜坡?tīng)钤O(shè)計(jì)，利用排水。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受 上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種基于單片機(jī)GSM無(wú)線(xiàn)模塊的多參數(shù)邊坡災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由復(fù)數(shù)個(gè)振弦式監(jiān)測(cè)傳感器(I)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)(2)、無(wú)線(xiàn)GSM發(fā)射模塊、兩套單片機(jī)應(yīng)用軟件及安全保護(hù)箱組成，其特征在于還包括多個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)分布于邊坡工程現(xiàn)場(chǎng)，借助GSM網(wǎng)絡(luò)，組成分布式多點(diǎn)多參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；每個(gè)傳感器(I)嵌入I2C型E2PR0M，其四線(xiàn)輸出端與單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)(2)輸入接口相連，系統(tǒng)(2)輸出端接模塊輸入端，模塊輸出端以無(wú)線(xiàn)發(fā)射方式連接GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)(2)，將所采集數(shù)據(jù)打包后通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)射到接收終端手機(jī)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單片機(jī)GSM無(wú)線(xiàn)模塊的多參數(shù)邊坡災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)將應(yīng)用到邊坡工程的壓力傳感器、深部位移傳感器及軸力傳感器包括I2C總線(xiàn)串行AT24C256模塊，且每個(gè)AT24C256芯片內(nèi)固化了每種傳感器的類(lèi)別特征代碼、工程測(cè)點(diǎn)、傳感器的編號(hào)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單片機(jī)GSM無(wú)線(xiàn)模塊的多參數(shù)邊坡災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)中央控制模塊，能根據(jù)采集參數(shù)的預(yù)警值自動(dòng)加密壓力、位移和軸力數(shù)據(jù)的采集，并將采集數(shù)據(jù)和權(quán)力要求3中初始化信息及采樣時(shí)間信息一起進(jìn)行數(shù)據(jù)打包處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于單片機(jī)GSM無(wú)線(xiàn)模塊的多參數(shù)邊坡災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征包括一個(gè)低功耗的Silicon Lab公司的C8051F930單片機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單片機(jī)GSM無(wú)線(xiàn)模塊的多參數(shù)邊坡災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于能同時(shí)接入壓力傳感器、深部位移傳感器及軸力傳感器，并共用激勵(lì)電路和信號(hào)處理模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單片機(jī)GSM無(wú)線(xiàn)模塊的多參數(shù)邊坡災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于保護(hù)箱底側(cè)面開(kāi)排水槽，上部四面留小槽，做通風(fēng)口和無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸，底部槽的大小長(zhǎng)10CM，寬2CM，頂部槽大小長(zhǎng)10CM，寬2CM。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種邊坡多參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)和實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)，包括復(fù)數(shù)個(gè)振弦式傳感器、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)GSM發(fā)射模塊及安全保護(hù)箱，首先對(duì)每類(lèi)參量測(cè)量傳感器配備E2PROM芯片，于其中電寫(xiě)入種類(lèi)代碼、編號(hào)、測(cè)量點(diǎn)及物理參量計(jì)算系數(shù)；然后利用前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)多種采集數(shù)據(jù)自動(dòng)分類(lèi)、保存及封裝后，以GSM無(wú)線(xiàn)傳輸方式向接收終端發(fā)射數(shù)據(jù)，并在測(cè)試基礎(chǔ)構(gòu)件上設(shè)計(jì)水泥箱對(duì)整個(gè)電子設(shè)備進(jìn)行防水、安全保護(hù)，以上述整套系統(tǒng)，解決了邊坡監(jiān)測(cè)工程中常見(jiàn)的壓力、深部位移及軸力數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、保存及全國(guó)范圍的無(wú)線(xiàn)傳輸，并確保了數(shù)據(jù)的有效性和安全性，為預(yù)防工程邊坡災(zāi)害及時(shí)提供了多種數(shù)據(jù)支持；也更好地為實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的全自動(dòng)化管理，減少了工程業(yè)內(nèi)人工資料整理的工作量服務(wù)。
文檔編號(hào)G08C17/02GK202443568SQ20112035874
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者劉暉, 張可能, 彭環(huán)云, 易繼軍, 李鳳玲, 趙愛(ài)瓊 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)