一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：用于監(jiān)測(cè)土體含水量的數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊上連接有無(wú)線傳輸模塊，數(shù)據(jù)采集模塊和無(wú)線傳輸模塊上均連接有供電模塊，無(wú)線傳輸模塊上連接有數(shù)據(jù)接收模塊，其中，采集模塊包括單片機(jī)，單片機(jī)上連接有體積含水量監(jiān)測(cè)儀，單片機(jī)與供電模塊相連接，單片機(jī)的輸出端與無(wú)線傳輸模塊連接。通過(guò)設(shè)置于野外的數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)土體體積含水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集土體體積含水量數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將土體體積含水量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收模塊上，以得到土體力學(xué)性質(zhì)與其體積含水量之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，并由此得到土體變形與其體積含水量的關(guān)系，為地質(zhì)災(zāi)害的防治設(shè)計(jì)和施工提供可靠的資料。
【專利說(shuō)明】一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及土體體積含水量監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]土體的含水量對(duì)其工程力學(xué)性質(zhì)影響最大，世界上90%的工程問(wèn)題都是由于土體含水量發(fā)生變化而導(dǎo)致土體的粘聚力等工程力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化而引起的，如1972年發(fā)生的香港寶城滑坡，由于雨水的入滲，導(dǎo)致邊坡土體含水量增加，使得土體內(nèi)聚力急劇降低，土體滑動(dòng)力超過(guò)土的強(qiáng)度，從而誘發(fā)滑坡，死亡67人、(美國(guó))1976年美國(guó)的Teton大壩決堤，由于水的入滲，導(dǎo)致壩體土體含水量增加，大壩發(fā)生剪切變形，導(dǎo)致潰壩，受災(zāi)2.5萬(wàn)人，60萬(wàn)畝土地，32公里鐵路被沖滲透破壞。
[0003]公民建筑地基沉降、大壩決堤、邊坡失穩(wěn)等的一系列重大工程問(wèn)題都是由于土體的含水量變化而間接引起的，因此無(wú)論是在公民房屋上和水利水電重大工程建設(shè)中，還是在地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和防治中，土體的工程力學(xué)性質(zhì)對(duì)土體含水量的響應(yīng)情況一直是備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，現(xiàn)已成為一個(gè)工程界極為重視的問(wèn)題。對(duì)于此，經(jīng)過(guò)不少學(xué)者的艱辛研究和探討，已取得不少成果，但是現(xiàn)在目前對(duì)土體體積含水量的監(jiān)測(cè)采用的儀器都是便攜式土體體積含水量監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較精確，卻無(wú)法做到遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，很難獲取穩(wěn)定的連續(xù)性數(shù)據(jù)，給土體的工程力學(xué)性質(zhì)對(duì)土體含水量的響應(yīng)情況研究帶來(lái)了一些困難。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)上述缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以得到土體力學(xué)性質(zhì)與其土體體積含水量之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，并由此得到土體變形與其體積含水量的關(guān)系，為解釋和預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)。
[0005]為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0006]包括:用于監(jiān)測(cè)土體體積含水量的數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊上連接有無(wú)線傳輸模塊，數(shù)據(jù)采集模塊和無(wú)線傳輸模塊上均連接有供電模塊，無(wú)線傳輸模塊上連接有數(shù)據(jù)接收模塊，其中，采集模塊包括單片機(jī)，單片機(jī)的輸入端上連接有體積含水量監(jiān)測(cè)儀，單片機(jī)的輸出端與無(wú)線傳輸模塊連接。
[0007]所述無(wú)線傳輸模塊為GPRS設(shè)備，GPRS設(shè)備通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)接收模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0008]所述數(shù)據(jù)接收模塊包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心。
[0009]供電模塊包括太陽(yáng)能板、穩(wěn)壓裝置，以及蓄電池，蓄電池上連接有第一電壓轉(zhuǎn)換裝置和第二電壓轉(zhuǎn)換裝置，第一電壓轉(zhuǎn)換裝置上連接有第一內(nèi)電源，第一內(nèi)電源與無(wú)線傳輸模塊和體積含水量監(jiān)測(cè)儀相連接；第二電壓轉(zhuǎn)換裝置上連接有第二內(nèi)電源，第二內(nèi)電源與單片機(jī)相連接。[0010]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0011]本實(shí)用新型提供了一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置于野外的數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)土體含水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集土體體積含水量數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將土體體積含水量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收模塊上，以得到土體力學(xué)性質(zhì)與其體積含水量之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，并由此得到土體變形與其體積含水量的關(guān)系，為解釋和預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)，為解釋和預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)，為地質(zhì)災(zāi)害的防治設(shè)計(jì)和施工提供可靠的資料，本實(shí)用新型由于采用無(wú)線技術(shù)對(duì)一些環(huán)境惡劣的山區(qū)進(jìn)行監(jiān)控，不僅可以擺脫線纜的束縛，同時(shí)安裝周期短、維護(hù)也方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)，為我們及時(shí)了解所需要的信息提供了極大的方便。
[0012]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的供電模塊采用太陽(yáng)能板以及蓄電池連用，當(dāng)遇到天氣情況特別槽糕、太陽(yáng)能板無(wú)法采集太陽(yáng)能的情況，蓄電池可以提供連續(xù)穩(wěn)定監(jiān)測(cè)的電量，所以此系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖一；
[0014]圖2是本實(shí)用新型土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖二 ；
[0015]圖3是本實(shí)用新型的單片機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本實(shí)用新型的GPRS設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5是本實(shí)用新型的航空插頭的接口結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6是本實(shí)用新型的土體體積含水量監(jiān)測(cè)儀插口結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，I為供電模塊，2為無(wú)線傳輸模塊，3為數(shù)據(jù)采集模塊，4為數(shù)據(jù)接收模塊，5為太陽(yáng)能板，6為穩(wěn)壓裝置，7為蓄電池，8為第一電壓轉(zhuǎn)換裝置，9為第一內(nèi)電源，10為GPRS設(shè)備，11為體積含水量監(jiān)測(cè)儀，12為第二電壓轉(zhuǎn)換裝置，13為第二內(nèi)電源，14為單片機(jī)，15為GPRS網(wǎng)絡(luò)，16為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心、17為信號(hào)口。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)描述。
[0021]如圖1、2所示，本實(shí)用新型提供了一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括:用于監(jiān)測(cè)土體體積含水量的數(shù)據(jù)采集模塊3，數(shù)據(jù)采集模塊3上連接有無(wú)線傳輸模塊2，數(shù)據(jù)采集模塊3和無(wú)線傳輸模塊2上均連接有供電模塊I，無(wú)線傳輸模塊2上連接有數(shù)據(jù)接收模塊4，其中，數(shù)據(jù)采集模塊3包括單片機(jī)14，單片機(jī)14上連接有體積含水量監(jiān)測(cè)儀11，體積含水量監(jiān)測(cè)儀11與第一內(nèi)電源連接，單片機(jī)14與供電模塊I相連接，單片機(jī)14的輸出端與無(wú)線傳輸模塊2連接，數(shù)據(jù)接收模塊4包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心16，所述數(shù)據(jù)采集模塊為體積含水量監(jiān)測(cè)儀11。
[0022]本實(shí)用新型中供電模塊I包括太陽(yáng)能板5、穩(wěn)壓裝置6，以及蓄電池7，蓄電池7上連接有第一電壓轉(zhuǎn)換裝置8和第二電壓轉(zhuǎn)換裝置12，第一內(nèi)電源9與無(wú)線傳輸模塊2和體積含水量監(jiān)測(cè)儀11相連接；第二電壓轉(zhuǎn)換裝置12上連接有第二內(nèi)電源13，第二內(nèi)電源13與單片機(jī)14相連接。其中，蓄電池7電壓為12V，容量為100A.H，太陽(yáng)能板5面積為
1.2mX 1.2m,第一內(nèi)電源9的輸入電壓為12V,輸出電壓為2.5V,第二內(nèi)電源13的輸入電壓為12V，輸出電壓為4.5V。當(dāng)遇到天氣情況特別槽糕、太陽(yáng)能板5無(wú)法采集太陽(yáng)能的情況，蓄電池7可以提供連續(xù)穩(wěn)定監(jiān)測(cè)的電量，所以此系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)。
[0023]本實(shí)用新型的工作過(guò)程為:
[0024]太陽(yáng)能板給蓄電池充電，保證蓄電池7可以持續(xù)的輸出12V的穩(wěn)定電壓，蓄電池7通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換裝置分別給GPRS設(shè)備、單片機(jī)14供電(二者的工作電壓不同)，通過(guò)體積含水量監(jiān)測(cè)儀11將數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)14，單片機(jī)通過(guò)GPRS設(shè)備10將數(shù)據(jù)傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心16。
[0025]本實(shí)用新型的系統(tǒng)連接方式為:
[0026]如圖3、4所示，第二內(nèi)電源13連接單片機(jī)14，單片機(jī)14的輸入電壓為4.5V，其中單片機(jī)14的GND接口連接第二內(nèi)電源13負(fù)極，單片機(jī)14的VCC連接第二內(nèi)電源13正極；
[0027]第一內(nèi)電源9連接GPRS設(shè)備10，第一內(nèi)電源9和GPRS設(shè)備10都有DVI線接口，二者通過(guò)DVI線相連，GPRS設(shè)備10的輸入電壓為2.5V ；
[0028]第一內(nèi)電源9連接體積含水量監(jiān)測(cè)儀11，體積含水量監(jiān)測(cè)儀11連接單片機(jī)14，【具體實(shí)施方式】:體積含水量監(jiān)測(cè)儀11的輸出信號(hào)口連接航空插頭的接口 C，單片機(jī)14的信號(hào)口 17連接航空插頭的接口 C，航空插頭的接口如圖5所示；
[0029]第一內(nèi)電源(9)正極連接航空插頭的接口(a)，負(fù)極連接航空插頭的接口(b)，航空插頭的接口(a)連接體積含水量監(jiān)測(cè)儀(11)正極，航空插頭的接口(b)連接體積含水量監(jiān)測(cè)儀(11)負(fù)極，體積含水量監(jiān)測(cè)儀(11)的輸入電壓為2.5V ；
[0030]GPRS設(shè)備10連接單片機(jī)14。【具體實(shí)施方式】:GPRS設(shè)備10的DVI線接口與單片機(jī)14的RS232接口的通過(guò)DVI線相連；
[0031]在GPRS設(shè)備10的SM卡插入口插入SM卡。
[0032]利用STC芯片燒寫(xiě)軟件向單片機(jī)14的ISP接口燒入預(yù)編的含水量監(jiān)測(cè)VB程序，其中，含水量監(jiān)測(cè)VB程序?yàn)楝F(xiàn)有程序。
[0033]數(shù)據(jù)接收模塊4:根據(jù)GPRS設(shè)備14的串口參數(shù)波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位，直接設(shè)置接收電腦的相關(guān)參數(shù)與之匹配，本實(shí)用新型的GPRS設(shè)備10遵守Comway協(xié)議北京天同誠(chéng)業(yè)科技有限公司基于TCP/IP協(xié)議開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議，安裝Comway無(wú)線串口軟件ComWayWlSerial，添加新的串口映射，并命名為coml名字不固定，讀者可以任意定同時(shí)添加本實(shí)用新型的GPRS設(shè)備10，然后添加已經(jīng)命名好的虛擬串口，這樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就會(huì)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)上。
[0034]監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作前，需要校檢GPRS設(shè)備10的連接情況，如圖4所示，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，為GPRS設(shè)備10供電，若PWR燈閃爍，說(shuō)明GSM網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)不成功，PWR燈常亮，即GPRS設(shè)備完成了 GSM網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，若LINK燈常亮，說(shuō)明GPRS設(shè)備10已經(jīng)連接到GPRS服務(wù)器，若DATA燈閃爍，GPRS設(shè)備10正在接收數(shù)據(jù)到接收機(jī)上，總之，為GPRS設(shè)備10供電以后，PffR燈常亮，LINK燈常亮，DATA燈閃爍，說(shuō)明此時(shí)GPRS設(shè)備10在正常的運(yùn)行，正在接收數(shù)據(jù)到接收機(jī)。
[0035]基于上述步驟，供電模塊1、無(wú)線傳輸模塊2、數(shù)據(jù)采集模塊3、數(shù)據(jù)接收模塊4形成，供電模塊I連接無(wú)線傳輸模塊2，供電模塊I連接數(shù)據(jù)采集模塊3，監(jiān)測(cè)儀器模塊3連接無(wú)線傳輸模塊2，無(wú)線傳輸模塊2連接數(shù)據(jù)接收模塊4，構(gòu)成了一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0036]體積含水量監(jiān)測(cè)儀11的工作原理:[0037]土壤中的體積含水量，與土壤表現(xiàn)出來(lái)的介電常數(shù)成固定函數(shù)關(guān)系。采用頻域測(cè)量方法，測(cè)量中間探針與兩側(cè)探針之間的電容量，該電容與介電常數(shù)成正比，經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換、單片機(jī)運(yùn)算處理，即可獲得與土壤體積含水量成正比的線性電壓(電流或485信號(hào))輸出。
[0038]利用一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)陜西某滑坡進(jìn)行了實(shí)例監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)部位如圖6所示，用六個(gè)含水量監(jiān)測(cè)儀11分別對(duì)滑體裂縫處、滑體處監(jiān)測(cè)，深度分別是20cm、40cm、80cm，監(jiān)測(cè)時(shí)間8個(gè)月，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)性較好，并且該系統(tǒng)功耗很低，遇到天氣情況特別槽糕、太陽(yáng)能板無(wú)法采集太陽(yáng)能的情況，蓄電池還是可以提供500小時(shí)的連續(xù)穩(wěn)定監(jiān)測(cè)的電量，所以此系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，能夠適應(yīng)野外無(wú)人值守?zé)o電源或不用電源的地方，并且可以提供精確的、連續(xù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括:用于監(jiān)測(cè)土體體積含水量的數(shù)據(jù)采集模塊(3 )，數(shù)據(jù)采集模塊(3 )上連接有無(wú)線傳輸模塊(2 )，數(shù)據(jù)采集模塊(3 )和無(wú)線傳輸模塊(2)上均連接有供電模塊(1)，無(wú)線傳輸模塊(2)上連接有數(shù)據(jù)接收模塊(4)，其中，采集模塊(3)包括單片機(jī)(14)，單片機(jī)(14)的輸入端上連接有體積含水量監(jiān)測(cè)儀(11)，單片機(jī)(14)的輸出端與無(wú)線傳輸模塊(2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)線傳輸模塊(2)為GPRS設(shè)備(10)，GPRS設(shè)備通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)(15)與數(shù)據(jù)接收模塊(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)接收模塊(4)包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的土體體積含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，供電模塊(I)包括太陽(yáng)能板(5)、穩(wěn)壓裝置(6)，以及蓄電池(7)，蓄電池(7)上連接有第一電壓轉(zhuǎn)換裝置(8)和第二電壓轉(zhuǎn)換裝置(12)，第一電壓轉(zhuǎn)換裝置(8)上連接有第一內(nèi)電源(9)，第一內(nèi)電源(9)與無(wú)線傳輸模塊(2)和體積含水量監(jiān)測(cè)儀(11)相連接；第二電壓轉(zhuǎn)換裝置(12)上連接有第二內(nèi)電源(13)，第二內(nèi)電源(13)與單片機(jī)(14)相連接。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK203812391SQ201420158052
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】莊建琦, 馬鵬輝 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)