專利名稱：一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于巖土監(jiān)測領(lǐng)域，尤其是一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器。
背景技術(shù)：
在工程施工過程中，巖土的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個工程及施工人員的生命安全。在工程施工以后，人們對巖土的自然狀態(tài)進(jìn)行了改變后，對巖土的穩(wěn)定性監(jiān)測、分析顯得更為重要。若處理不當(dāng)，不僅將危及工程本身安全，而且會殃及臨近的建構(gòu)筑物及人員的安全、造成巨大損失，因此，準(zhǔn)確、及時(shí)、全面、系統(tǒng)的監(jiān)測巖土信息在工程施工中和施工后有
著重要意義。巖土自動監(jiān)測技術(shù)是融合了巖土、結(jié)構(gòu)、自動化、計(jì)算機(jī)等多個專業(yè)的一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)。隨著控制器硬件、軟件的發(fā)展，監(jiān)測設(shè)備的改進(jìn)與提高，系統(tǒng)化、自動化、遠(yuǎn)程化、智能化是巖土監(jiān)測工作今后發(fā)展的發(fā)向。近年來，國內(nèi)巖土監(jiān)測技術(shù)雖然得到了一定程度的發(fā)展，但是，其監(jiān)測技術(shù)主要集中在現(xiàn)場監(jiān)測儀設(shè)備和數(shù)據(jù)處理軟件的改進(jìn)和提高上，而在巖土監(jiān)測中的數(shù)據(jù)采集及傳輸自動化程度依然較低。目前，在巖土監(jiān)測過程中，通常是在工程現(xiàn)場將監(jiān)測儀埋入地下，引出若干根信號線在地上，其中數(shù)據(jù)采集工作基本以監(jiān)測人員現(xiàn)場儀器采集方式完成，人力成本太高，且使得監(jiān)測工作量大和耗時(shí)長，實(shí)時(shí)性和監(jiān)測頻率也難達(dá)到要求，尤其是在施工條件復(fù)雜，監(jiān)測條件惡劣的工程現(xiàn)場更難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、能夠自動實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸功能的一種掩埋 式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，由密封盒及其內(nèi)部的傳感器電路構(gòu)成，傳感器電路包括采集控制單元、無線傳輸模塊、電源管理單元、蓄電池及監(jiān)測儀接口單元，電源管理單元的輸入端與蓄電池相連接且輸出端連接到采集控制單元、無線傳輸模塊、監(jiān)測儀接口單元上為其供電，采集控制單元分別與無線傳輸模塊、監(jiān)測儀接口單元和電源管理單元相連接，該無線傳輸模塊通過密封盒上安裝的天線與現(xiàn)場服務(wù)器相連接實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能，該監(jiān)測儀接口單元與監(jiān)測儀相連接。而且，所述的電源管理單元的輸入端還連接有外部交流電源接口。而且，所述的密封盒為具有防塵、防水、抗沖擊和承受一定掩埋壓力的性能的密封盒。而且，所述的天線外安裝有保護(hù)天線和使天線在掩埋條件下工作的天線防護(hù)套。而且，所述監(jiān)測儀接口單元與監(jiān)測儀之間通過密封盒上安裝的快速插拔型防水接頭相連接。[0012]而且，所述的采集控制單元由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成。而且,所述的無線傳輸模塊采用zigbee無線傳輸模塊。而且，所述的監(jiān)測儀接口單元采用RS485接口模塊；RS485接口模塊可同時(shí)連接多個數(shù)字類型的監(jiān)測儀。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:1、本無線智能傳感器能夠?qū)r土變化信息及時(shí)準(zhǔn)確地上傳到現(xiàn)場服務(wù)器，可避免人工逐點(diǎn)采集，節(jié)約人力成本，可方便地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集與傳輸。2、本無線智能傳感器通過無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可方便實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)，一個現(xiàn)場服務(wù)器能與多個傳感器之間相互通信。3、本無線智能傳感器具有供電靈活及功耗較低的特點(diǎn)，蓄電池可提供傳感器較長期運(yùn)行所需要的電能；同時(shí)具有休眠功能，在不采集數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)，以節(jié)約電能。4、本無線智能傳感器安裝在密封盒內(nèi)，本身可隨監(jiān)測儀埋在地下或安裝在地表，密封盒和監(jiān)測儀之間使用快速插拔型防水接頭相連，只留出天線在地表即可，同時(shí)，密封盒也可安裝于地表等妥當(dāng)之處，具有安裝方便的特點(diǎn)。
5、本無線智能傳感器具有防潮、防水、抗壓和抗沖擊的特點(diǎn)，可在惡劣巖土監(jiān)測環(huán)境下正常工作。6、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)巖土監(jiān)測的自動化數(shù)據(jù)采集與傳輸功能，具有自動化程度高、組網(wǎng)靈活方便、成本低廉等特點(diǎn)，可廣泛用于自然巖體及巖土地質(zhì)、地表工程邊坡和支護(hù)、地下隧道和建筑工程穩(wěn)定性監(jiān)測領(lǐng)域。

圖1是本實(shí)用新型的傳感器電路方框圖；圖2是本實(shí)用新型的應(yīng)用連接示意圖；圖3是由本實(shí)用新型構(gòu)成的基坑自動監(jiān)測系統(tǒng)連接示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳述。一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，如圖1及圖2所示，由密封盒及其內(nèi)部的傳感器電路構(gòu)成，在密封盒上安裝有天線和快速插拔型防水接頭，在天線外設(shè)有天線防護(hù)套實(shí)現(xiàn)對天線的保護(hù)功能，通過快速插拔型防水接頭可以與監(jiān)測儀相連接。密封盒內(nèi)的傳感器電路包括采集控制單元、無線傳輸模塊、電源管理單元、蓄電池、外部電源接口及監(jiān)測儀接口單元，電源管理單元與外部電源接口及蓄電池相連接進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換并連接到采集控制單元、無線傳輸模塊、監(jiān)測儀接口單元上為其供電，采集控制單元與無線傳輸模塊相連接，該無線傳輸模塊通過天線與現(xiàn)場服務(wù)器相連接實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能；采集控制單元與監(jiān)測儀接口單元相連接，該監(jiān)測儀接口單元通過防水接頭與監(jiān)測儀相連接用于采集監(jiān)測儀數(shù)據(jù)；采集控制單元與電源管理單元相連接實(shí)現(xiàn)電源管理功能。下面對一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器的各個部分分別進(jìn)行說明:密封盒采用不銹鋼密閉制成，具有防潮、防水、抗壓和抗沖擊的特點(diǎn)，其抗壓強(qiáng)度值為0.1Mpa，抗沖擊強(qiáng)度值為lkj/m2。該密封盒設(shè)有快速插拔型防水接頭和監(jiān)測儀相連，使得更換密封盒及蓄電池變得十分方便。密封盒外側(cè)天線部分使用專門的天線防護(hù)套進(jìn)行保護(hù)。傳感器電路中的采集控制單元是以單片機(jī)芯片(例如51單片機(jī)芯片或其他單片機(jī)芯片)為核心，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、復(fù)位等基本功能，在傳感器空閑時(shí)進(jìn)入休眠節(jié)電狀態(tài)，以便降低功耗，節(jié)約電能，方便準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)采集監(jiān)測儀數(shù)據(jù)。在采集控制單元上的安裝有數(shù)據(jù)采集控制程序，該數(shù)據(jù)采集控制程序包括定時(shí)、設(shè)備啟動、采集數(shù)據(jù)和休眠等處理功能，在對監(jiān)測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理過程，該過程中包括數(shù)據(jù)定義、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和和傳輸頻率等內(nèi)容，能夠根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定采集時(shí)間，自動采集監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后通過無線傳輸模塊上傳到現(xiàn)場服務(wù)器上。無線傳輸模塊以CC2530F256芯片為核心的zigbee傳輸單元或其它無線智能通信模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸功能，同時(shí)可方便實(shí)現(xiàn)多個填埋式基坑監(jiān)測傳感器和現(xiàn)場服務(wù)器之間的組網(wǎng)通信。監(jiān)測儀接口單元可以采用RS485接口模塊，用于接入數(shù)字量信號類型的基坑監(jiān)測儀，實(shí)現(xiàn)采集基坑監(jiān)測儀的檢測的數(shù)字信號的功能。監(jiān)測儀接口單元通過RS485接口可同時(shí)與多個監(jiān)測儀通信，監(jiān)測儀可以使鋼筋應(yīng)力計(jì)、固定式測斜儀、水位計(jì)、壓力計(jì)等。電源管理單元是在外部提供220V或380V交流電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對自身蓄電池進(jìn)行充電的單元。蓄電池選用12V閥控式鉛酸蓄電池，蓄電池是在沒有外部供電的情況下可長期持續(xù)運(yùn)行的重要部分。當(dāng)有外部供電時(shí)可通過電源管理單元實(shí)現(xiàn)自身充電，外部電源接口單元是來方便實(shí)現(xiàn)外部電源供電及給蓄電池充電的重要部分。電源管理單元在采集控制單元的控制下對供電設(shè)備中蓄電池進(jìn)行管理，在必要的情況下接入太陽能電池，并且通過與電源管理單元相連接的監(jiān)測儀對供電工作狀況和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。下面以圖3所示的基坑自動監(jiān)測系統(tǒng)為例，說明本實(shí)用新型的具體應(yīng)用。在該自動監(jiān)測系統(tǒng)中，無線智能傳感器采用蓄電池供電方式，無線智能傳感器I通過RS485接口與監(jiān)測儀al、監(jiān)測儀a2、……、監(jiān)測儀an相連接，無線傳感器2通過RS485接口與監(jiān)測儀
bl、......、監(jiān)測儀bn相連接,無線智能傳感器η通過RS485接口與監(jiān)測儀cl、......、監(jiān)測儀
cn相連接。無線智能傳感器可以放置于地上安全位置，如無線智能傳感器I和無線智能傳感器n，也可以填埋在較淺地下位置并且只露出天線在地表處，如無線智能傳感器2和監(jiān)測儀一起填埋在較淺地下位置。現(xiàn)場服務(wù)器與無線智能傳感器1、無線智能傳感器2、……、無線智能傳感器η之間采用一個主站和多個從站的通信方式。本自動監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理是:首先由現(xiàn)場服務(wù)器發(fā)出采集或喚醒指令，然后無線智能傳感器內(nèi)的采集控制單元根據(jù)指令內(nèi)容進(jìn)行喚醒或數(shù)據(jù)采集監(jiān)測儀得到指令后響應(yīng)；然后測得信號以報(bào)文形式送入采集控制單元，經(jīng)過單片機(jī)處理后再通過zigbee無線透明傳輸方式傳送給現(xiàn)場服務(wù)器；最后現(xiàn)場服務(wù)器把數(shù)據(jù)上傳于中心服務(wù)器，并發(fā)布。當(dāng)無線智能傳感器沒有數(shù)據(jù)采集及信號傳輸時(shí)，采集控制單元發(fā)出指令斷開監(jiān)測儀供電電路，進(jìn)入休眠節(jié)電模式。當(dāng)無線智能傳感器有數(shù)據(jù)采集或信號傳輸時(shí)，采集控制單元發(fā)出指令接通監(jiān)測儀供電電路，進(jìn)入工作模式。需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實(shí)用新型包括并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其特征在于:由密封盒及其內(nèi)部的傳感器電路構(gòu)成，傳感器電路包括采集控制單元、無線傳輸模塊、電源管理單元、蓄電池及監(jiān)測儀接口單元，電源管理單元的輸入端與蓄電池相連接且輸出端連接到采集控制單元、無線傳輸模塊、監(jiān)測儀接口單元上為其供電，采集控制單元分別與無線傳輸模塊、監(jiān)測儀接口單元和電源管理單元相連接，該無線傳輸模塊通過密封盒上安裝的天線與現(xiàn)場服務(wù)器相連接實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能，該監(jiān)測儀接口單元與監(jiān)測儀相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其特征在于:所述的電源管理單元的輸入端還連接有外部交流電源接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其特征在于:所述的密封盒為具有防塵、防水、抗沖擊和承受一定掩埋壓力的性能的密封盒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其特征在于:所述的天線外安裝有保護(hù)天線和使天線在掩埋條件下工作的天線防護(hù)套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其特征在于:所述監(jiān)測儀接口單元與監(jiān)測儀之間通過密封盒上安裝的快速插拔型防水接頭相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其特征在于:所述的采集控制單元由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其特征在于:所述的無線傳輸模塊采用zigbee無線傳輸模塊。
8 .根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其特征在于:所述的監(jiān)測儀接口單元采用RS485接口模塊；RS485接口模塊可同時(shí)連接多個數(shù)字類型的監(jiān)測儀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其特征在于:所述的蓄電池為12V蓄電池。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種掩埋式巖土工程監(jiān)測無線智能傳感器，其主要技術(shù)特點(diǎn)是由密封盒及其內(nèi)部的傳感器電路構(gòu)成，傳感器電路包括采集控制單元、無線傳輸模塊、電源管理單元、蓄電池及監(jiān)測儀接口單元，采集控制單元分別與無線傳輸模塊、監(jiān)測儀接口單元和電源管理單元相連接，該無線傳輸模塊通過密封盒上安裝的天線與現(xiàn)場服務(wù)器相連接實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能，該監(jiān)測儀接口單元與監(jiān)測儀相連接。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)巖土監(jiān)測的自動化數(shù)據(jù)采集與傳輸功能，具有自動化程度高、組網(wǎng)靈活方便、成本低廉等特點(diǎn)，可廣泛用于自然巖體及巖土地質(zhì)、地表工程邊坡和支護(hù)、地下隧道和建筑工程穩(wěn)定性監(jiān)測領(lǐng)域。
文檔編號H05K5/06GK203149799SQ20132011431
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者王毅, 李斌, 王國偉, 魏成娟, 朱全斌 申請人:天津市建筑科學(xué)研究院有限公司