一种用于建筑工程安全施工的无线式倾角测量仪的制作方法

本实用新型属于工程测量领域，更具体地讲，涉及一种用于建筑工程安全施工的无线式倾角测量仪。

背景技术：

在建筑、高速公路、桥梁、大坝等工程的施工活动和使用、维修中，均需要对施工主体和施工机械设备如塔吊、施工升降机等进行倾斜度测量，以保证施工主体及施工机械设备的垂直度符合规范要求。若不能及时调整倾斜度将会导致事故，造成人员伤亡和财产损失。

目前常用的测量倾斜的装置有全站仪，其广泛应用于地上大型建筑及地下隧道工程等精密工程测量或检测领域。但是全站仪成本高、设备笨重，安装工序繁琐，且不能远程采集数据。目前已有的无线倾角测量仪可通过远程收发模块将数据传送给远端控制中心，但是成本较高、不能实现远距离传送，且多采用自身携带的独立电源供电，能量储备有限。由于施工现场的特殊性和复杂性，迫切需要一种可远程采集数据、体积小巧、安装携带方便、永久供电的无线式倾角测量仪。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于建筑工程安全施工的无线式倾角测量仪，其具有可远程采集数据、持久供电、体积小巧、成本低的特点，适用于建筑工程中缺乏供电，缺乏有线通信的环境。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于建筑工程安全施工的无线式倾角测量仪，其包括：包括：输入模块、倾角采集模块、处理模块、无线发送模块、预警模块、供电模块、开关、降温模块；所述输入模块与处理模块通过引脚电性连接，用于输入设定值；所述倾角采集模块与处理模块通过SCL控制端子和SDA数据端子连接，用于采集倾角数值；所述预警模块与所述处理模块分别连接于电阻两端，用于显示预警信号；所述无线发送模块通过输入线、输出线与所述处理模块连接，用于向通讯基站上传所述处理模块采集的倾角数值；所述无线发送模块通过管脚连接有开关；所述供电模块为处理模块、无线发送模块、倾角采集模块、降温模块供电，所述倾角采集模块采用 MPU6050型号整合性6轴运动处理组件，所述处理模块采用超低功耗、型号为PIC18F87K22的单片机，所述无线发送模块采用型号为 GPRS-A6的GPRS卡。MPU6050主要用于采集装置所附塔吊或升降机的倾斜度，并将采集到的物理信号传送给处理模块。进一步优选的，所述的MPU6050型号整合性6轴运动处理组件，可以按处理模块中所设置的频率测量物体的倾斜度；PIC18F87K22的单片机可用于将倾角采集模块采集到的物理信号转换为数字信号，检测所采集数据是否超过设定数据警示界限，并将转换后的数据信息发送到无线数据传输模块；处理模块将所述倾角采集模块采集的信息转换为数据后，由无线发送模块将倾角数据信号通过无线收发天线发射至通信基站，最后上传到指定云端服务器。

所述的输入模块作为处理模块的控制模块，包括设置在接地线与处理模块之间的按钮和电阻，用于写入、更改处理模块内容。进一步优选的，所述写入、更改处理模块内容为更改倾角采集频率和测量数据警示界限。

所述预警模块采用发光二极管。当检测数据超过设定数据警示界限时，预警模块发出告警提示信息。

进一步优选的，所述供电模块包括太阳能电池板、多个并联的蓄电池、第二PIC单片机、多个MOS管和二极管D1，至少设置两个蓄电池和五个MOS管，太阳能电池板输出的直流电经过二极管D1对两个并联的蓄电池充电，第五MOS管和降温模块串联接在太阳能电池板两端；第一蓄电池和第二蓄电池分别通过第三MOS管和第四MOS管连接到电源输出端，第一蓄电池和第二蓄电池还分别通过第一MOS管和第二MOS管连接到太阳能电池输两端，五个MOS管由第二PIC单片机控制，所述降温模块为电动风扇，具体地还包括升降装置，用于使太阳能电池板升起，远离无线式倾角测量仪。

进一步优选地，所述供电模块内的第二PIC单片机的A/D(模/数) 转换端口通过电压差分放大电路和电流取样电路分别对蓄电池输出电压取样、太阳能输出电流、负载电流取样，判断太阳能电池的功率和蓄电池电压，再由第二PIC单片机控制第三MOS管、第四MOS管的开通与关断达到放电欠压的智能保护，由第二PIC单片机控制第一 MOS管、第二MOS管的开通与关断达到充电过压的智能保护，由第二 PIC单片机控制第五MOS管驱动降温模块工作，达到功率过高智能保护。

进一步地，所述电压取样采用差分放大电路，其包括第一运算放大器N1A，所述第一运算放大器N1A的正极引脚3与第一端子VIN+ 之间串联第一电阻R45和第二电阻R43，所述第一运算放大器N1A的负极引脚2与第二端子VIN-之间串联第三电阻R44和第四电阻R42，所述第一运算放大器N1A的引脚2和引脚1之间并联第五电阻R59，所述第一运算放大器N1A的引脚4与正电源+12V连接，所述第一运算放大器N1A的引脚11接地；第一电容C9一端接地，另一端连接在第三电阻R44和第四电阻R42之间；第二电容C10一端接地，另一端连接在第一电阻R45和第二电阻R43之间。

进一步地，电流取样电路包括第二运算放大器N2B和第三运算放大器N2A，所述第二运算放大器N2B的正极引脚5与第一电流检测引脚IS+之间串联有第七电阻R74和第八电阻R73，所述第二运算放大器N2B的负极引脚6与第二电流检测引脚IS-之间串联有第九电阻 R71和第十电阻R70；所述第二运算放大器N2B的负极引脚6与引脚 7之间并联第十一电阻R75，所述第二运算放大器N2B的引脚7还连接第十二电阻R72的一端，第十二电阻R72另一端连接第一电位器 RP2的一端，第一电位器RP2的另一端接地；第三电容C21一端接地，另一端连接在第七电阻R74和第八电阻R73；第四电容C22一端接地，另一端连接在第九电阻R71和第十电阻R70之间；第十三电阻R76一端连接在所述第二运算放大器N2B的正极引脚5和第七电阻R74之间，另一端接地；第五电容C24与第十三电阻R76并联；所述第三运算放大器N2A的正极引脚3与所述第一电位器RP2连接，所述第三运算放大器N2A的引脚8与正电源+12V连接，所述第三运算放大器N2A 的引脚4接地；所述第三运算放大器N2A的负极引脚2与引脚1连接；第六电容C18一端连接在所述第三运算放大器N2A的引脚8与正电源 +12V之间，另一端接地。

进一步优选地，所述处理模块还通过端子连接振荡器，所述振荡器包括晶体、电容，为处理模块提供震荡时钟。

进一步优选地，所述无线发送模块在与所述供电模块的连接管脚旁还连接有滤波电容，用于降低射频干扰。

进一步优选地，所述开关采用PWR模块，其输出电平为2.8V。

通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本实用新型体积小巧，携带、安装方便，便于安装于塔吊、升降机等建筑工程装置设备上；

2、能够实现数据的远程传输，大大简化数据的采集复杂度；

3、使用太阳能电池板，可持续续航，能耗低，减少更换蓄电池等繁琐操作，提高工作效率。

4、通过PIC控制器控制太阳能电池板分别对两个蓄电池进行充电，通过电压差分放大电路采集蓄电池的电压，当蓄电池放电欠压时，控制MOS管断开蓄电池对处理模块、无线发送模块、倾角采集模块的供电，当蓄电池充电过压时，控制MOS管断开太阳能电池对蓄电池的充电，通过电流取样电路采集太阳能电池输出电流，当太阳能电池的输出电压和电流均过大时，说明外界光照强烈温度高，控制MOS管导通太阳能电池对降温模块的供电，加强对处理模块、无线发送模块、倾角采集模块的散热。

5.电压差分放大电路将各电压变换为0-2.5V的电压取样信号，送到PIC单片机的AD转化接口进行处理控制，电路实现变比为100V： 2.5V。

6.电流取样电路采用的也是差分放大电路，将各电流信号变换为0～2.5V的电压取样信号，送到PIC单片机进行处理控制，放大电路的变比为22.5mV：2.5V。

附图说明

图1是本实用新型倾角传感器结构示意图；

图2是本实用新型倾角传感器电路系统原理图；

图3是本实用新型倾角传感器供电模块电路系统原理图；

图4是本实用新型倾角传感器电压差分放大电路系统原理图；

图5是本实用新型倾角传感器电流取样电路系统原理图；

图6是本实用新型倾角传感器外观结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由图1-2所示可知，一种用于建筑工程安全施工的无线式倾角测量仪，其包括：输入模块1、倾角采集模块2、处理模块3、无线发送模块4、预警模块5、供电模块6、开关7、降温模块。处理模块还连接震荡电路8，包括晶体14和电容15、16，无线发送模块还连接滤波电容10。开关采用PWR模块，其输出电平为2.8V，滤波电容用于降低射频干扰。上述部件按照机械设计、电路设计组装到一起。

本装置拟采用PIC16F873型号单片机，是整个测量仪的核心部件。单片机对陀螺仪采集到的信息进行处理、分析、最终输出采集数据，当数据超过设定范围时可通过预警模块发出告警提示信息，相当于数据处理中转站。其中设定范围可通过输入模块根据用户的需求调整，输入模块包括设置在处理模块与接地线之间的按钮和电阻，电阻起限流作用，按钮用来人工输入低电平脉冲信号，本装置通过输入模块在单片机内设置每隔0.1s自动采集一次数据，根据需要设定数据范围为塔吊垂直度不超过4‰，当数据超过设定范围时预警模块发出预警。预警模块采用发光二极管，在发光二极管与处理模块之间设有电阻，用于限流，拟由可闪烁红色LED灯灯带组成，当数据超过预先设定的倾斜度范围时，红色指示灯闪烁。

采用MPU6050型号整合性6轴运动处理组件，主要负责测量塔吊倾斜度，并将采集到的信息发送给其连接的单片机。每隔0.1s测量一次所附标准节的倾斜度，将所测信息传输给单片机。

采用型号GPRS-A6的GPRS模块，将单片机处理的数据上传到通信基站11，然后通过通信基站上传到云端服务器12，笔记本电脑、手机、PDA、平板电脑等移动终端设备可通过登录云端账号查看检测的数据，可作为监控工作人员的参考数据。

供电模块6采用太阳能电池板不断续航，不需要频繁更换电池，可以提高工作人员的工作效率，供电模块为处理模块、无线发送模块、倾角采集模块、降温模块供电，由于无线倾角测量仪是应用在建筑领域的，例如无线式倾角测量仪壳体72安装在塔吊操作室顶棚测量塔吊71的倾斜角，白天阳光直射，尤其是夏天温度过高，或太阳能电池板功率过大，蓄电池过压都会影响PIC16F873单片机的运算和 MPU6050传感器的测量,雨天缺少照明同样影响供电模块的供电，为实现不间断供电，并解决散热问题，如图3和6供电模块包括太阳能电池板VSUN1、多个并联的蓄电池VO1和VO2、第二PIC单片机PIC2、多个MOS管和二极管D1，至少设置两个蓄电池和五个MOS管，太阳能电池板VSUN1输出的直流电经过二极管D1对两个并联的蓄电池充电，第五MOS管MOS5和降温模块串联接在太阳能电池板两端VS+、 VS-；第一蓄电池VO1和第二蓄电池VO2分别通过第三MOS管MOS3和第四MOS管MOS4连接到电源输出端L+、L-，第一蓄电池和第二蓄电池还分别通过第一MOS管MOS1和第二MOS管MOS2连接到太阳能电池输两端VS+、VS-，五个MOS管由第二PIC单片机PIC2控制，如图3 和6，所述降温模块包括并联的电动风扇M1，由电磁芯M2和弹簧62 控制的升降机构63，升降机构安装于无线式倾角测量仪壳体72两侧，升降机构上端连接太阳能电池板VSUN1，升降机构下端连接无线式倾角测量仪壳体72，升降机构内包括位于升降机构底部的电池芯M2和放置于电池芯上的永磁铁64，永磁铁顶端连接弹簧62，弹簧底端抵触在升降机构底部，夏季太阳能电池板功率过大时，当电磁芯M2得电时产生斥力对永磁铁64产生推力，克服弹簧62的拉力用于使太阳能电池板升起，远离无线式倾角测量仪，太阳能电池板与无线式倾角测量仪壳体72间产生间隙用于隔热，而在冬季太阳能电池板功率不足，第二PIC单片机不会控制MOS5导通，太阳能电池板始终贴附在无线式倾角测量仪壳体72表面，向壳体72内传热，保温。电动风扇 M1位于无线式倾角测量仪壳体72侧面，朝向太阳能电池板底部与无线式倾角测量仪壳体72顶面的接触面，风扇M1转动后产生气流用于强化扇热。

如图3-5，所述供电模块内的第二PIC单片机的A/D(模/数)转换端口通过电压差分放大电路和电流取样电路分别对蓄电池输出电压取样、太阳能输出电流、负载电流取样，判断太阳能电池的功率和蓄电池电压，再由第二PIC单片机控制第三MOS管、第四MOS管的开通与关断达到放电欠压的智能保护，由第二PIC单片机控制第一MOS管、第二MOS管的开通与关断达到充电过压的智能保护，由第二PIC单片机控制第五MOS管驱动降温模块工作，达到功率过高智能保护。

所述电压取样采用差分放大电路，接在各电压输入输出端，将各电压变换为0～2.5V的电压取样信号，送到第二PIC单片机的AD转化接口进行处理控制，电路实现变比为100V：2.5V。具体电路如图 4所示，其包括第一运算放大器N1A，所述第一运算放大器N1A的正极引脚3与第一端子VIN+之间串联第一电阻R45和第二电阻R43，所述第一运算放大器N1A的负极引脚2与第二端子VIN-之间串联第三电阻R44和第四电阻R42，所述第一运算放大器N1A的引脚2和引脚 1之间并联第五电阻R59，所述第一运算放大器N1A的引脚4与正电源+12V连接，所述第一运算放大器N1A的引脚11接地；第一电容C9 一端接地，另一端连接在第三电阻R44和第四电阻R42之间；第二电容C10一端接地，另一端连接在第一电阻R45和第二电阻R43之间。

其中，电流取样也采用的是差分放大电路，接在负载电阻RS1两端，将电流信号变换为0～2.5V的电压取样信号，送到PIC单片机的 AD转化接口进行处理控制，放大电路的变比为22.5mV:2.5V。电流取样电路包括第二运算放大器N2B和第三运算放大器N2A，所述第二运算放大器N2B的正极引脚5与第一电流检测引脚IS+之间串联有第七电阻R74和第八电阻R73，所述第二运算放大器N2B的负极引脚6与第二电流检测引脚IS-之间串联有第九电阻R71和第十电阻R70；所述第二运算放大器N2B的负极引脚6与引脚7之间并联第十一电阻 R75，所述第二运算放大器N2B的引脚7还连接第十二电阻R72的一端，第十二电阻R72另一端连接第一电位器RP2的一端，第一电位器 RP2的另一端接地；第三电容C21一端接地，另一端连接在第七电阻 R74和第八电阻R73；第四电容C22一端接地，另一端连接在第九电阻R71和第十电阻R70之间；第十三电阻R76一端连接在所述第二运算放大器N2B的正极引脚5和第七电阻R74之间，另一端接地；第五电容C24与第十三电阻R76并联；所述第三运算放大器N2A的正极引脚3与所述第一电位器RP2连接，所述第三运算放大器N2A的引脚8 与正电源+12V连接，所述第三运算放大器N2A的引脚4接地；所述第三运算放大器N2A的负极引脚2与引脚1连接；第六电容C18一端连接在所述第三运算放大器N2A的引脚8与正电源+12V之间，另一端接地。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。