一种重载铁路桥梁监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于3G通信网络的分布式重载铁路桥梁健康监测系统，属于桥梁技术领域。
【背景技术】
[0002]桥梁健康监测技术是指利用信息技术手段获取桥梁振动状态下的技术参数，并对技术参数进行综合建模分析，从而对桥梁的健康状态进行评估和预警的专门技术。我国既有铁路桥涵建设年代跨度大，设计、建设标准不一，结构类型多样，状态差异大，对桥梁进行有效的健康监测是保证铁路运输安全的重要措施。近年来，大型桥梁健康监测装置大多采用工业集散测控架构模型，所有监测数据经简单预处理后均交给上层数据中心进行处理，造成数据中心处理任务繁重，且具有可靠性差，信息协同能力弱等缺点，难以适应大型运输线路的多对象健康监测需求。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种重载铁路桥梁监测系统，以满足大型运输线路的监测需要。
[0004]本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的:
[0005]一种重载铁路桥梁监测系统，构成中包括中心计算机、中心控制器和多个信息采集单元，每个信息采集单元的输入端接对应的桥梁监测传感器，所述中心控制器通过以太网获取各个信息采集单元发送的监测信息，并通过3G网络和互联网将监测信息上传至中心计算机。
[0006]上述重载铁路桥梁监测系统，所述信息采集单元包括主处理器、从处理器、单元以太网接口芯片、单元网络变压器、A/D转换器、GPS模块和多个信号调理电路，所述单元以太网接口芯片接于主处理器的通信接口上并通过单元网络变压器与网络插座连接；所述从处理器通过SPORT接口和IIC接口与主处理器连接并通过SPI接口与A/D转换器连接，所述GPS模块的RXD和TXD端分别接从处理器的TXD和RXD端，每个信号调理电路的输入端接对应的桥梁监测传感器，输出端接A/D转换器的信号输入端。
[0007]上述重载铁路桥梁监测系统，所述中心控制器包括中心处理器、USB Host控制器、3G模块、中心以太网接口芯片和中心网络变压器，所述3G模块通过USB Host控制器与中心处理器连接，所述中心以太网接口芯片接于中心处理器的通信接口上并通过中心网络变压器与网络插座连接。
[0008]上述重载铁路桥梁监测系统，所述信号调理电路包括抗混滤波器、差分驱动器和两个精密仪表放大器，第一精密仪表放大器的输入端接桥梁监测传感器，输出端依次经电阻、抗混滤波器和第二精密仪表放大器接差分驱动器的VIN+端，所述差分驱动器的VIN-端接参考电压，输出端接A/D转换器的差分信号输入端。
[0009]上述重载铁路桥梁监测系统，所述信号调理电路还包括多路模拟开关，所述多路模拟开关的三个输入端分别接参考电压、电源负极和第一精密仪表放大器的输出端，输出端接抗混滤波器的输入端，多路模拟开关的控制端接从处理器的控制信号输出端。
[0010]上述重载铁路桥梁监测系统，所述中心控制器与各个信息采集单元之间也可以通过无线局域网通讯。
[0011]本实用新型的信息采集单元采用主从式双DSP结构，可在采集数据的同时对数据进行处理，信息采集单元仅把数据上传到中心计算机，这样既缓解了中心计算机处理压力，同时还解决了传统桥梁监测装置的带宽问题，能够满足大型运输线路的监测需要。
【附图说明】
[0012]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0013]图1为本实用新型的结构示意图；
[0014]图2为中心控制器的电原理图；
[0015]图3为信息采集单元的电原理图；
[0016]图4为信号调理电路的电原理图。
[0017]图中各标号为:U1、中心处理器，U2、USB Host控制器，U3、3G模块，U4、中心以太网接口芯片，U5、中心网络变压器，U6、主处理器，U7、单元以太网接口芯片，U8、单元网络变压器，U9、从处理器，U10、A/D转换器，UlUGPS模块，U12、抗混滤波器，U13、差分驱动器，U14、多路模拟开关，TLl?TL4、第一信号调理电路?第四信号调理电路，F1、第一精密仪表放大器，F2、第二精密仪表放大器，R、电阻。
【具体实施方式】
[0018]本实用新型提供了一种使用3G网络的重载铁路桥梁监测系统，解决了现有系统中采用工业集散测控架构，可靠性低，信息协同能力弱，极度依赖控制中心的问题，实现了系统的移植性、可重组性、远程和分散化。
[0019]重载铁路桥梁健康监测系统采用三层分布式结构，信息采集单元负责数据的采集与本地处理，中心控制器负责现场数据的上传和控制命令的下传，中心计算机负责接收数据并实时显示状态曲线。分布式桥梁监测系统的结构框图如图1所示。
[0020]中心控制器和信息采集单元之间通过IEEE802.llb/g连接，而中心控制器和中心计算机之间通过3G网络连接。
[0021]信息采集单元是监测系统的核心，负责现场数据的处理和上传，并能够接收后台服务器发送过来的控制指令。信息采集单元采用主从式双DSP结构，主控系统处理器称之为主处理器，A/D系统的处理器称之为从处理器。主处理器U6负责数据及命令的收发、数据存储、系统自诊断等工作，从处理器U9负责A/D采集、GPS同步、应变调理板控制等工作。二者通过高速同步串行外设接口(Synchronous Serial Peripheral Port，SPORT)和通用输入输出接口(General-purpose Input/Output，GP10)进行数据交换。在物理结构上，信息采集单元采用双电路板结构，二者在电气上采用变压器隔离方式，避免主控系统与A/D系统的互相干扰。
[0022]主从式双DSP设计
[0023]主处理器U6和从处理器U9均采用BF536处理器，主从处理器之间的数据交换包括两部分:采集数据和控制命令。二者之间的通讯包括两个信道:使用SPORT接口实现A/D到主控的数据传输和使用IIC接口实现主控到A/D的控制命令传输。二者之间的通讯接口如图3所示。控制命令包括对A/D采集通道的参数设置，比如采样频率、滤波参数、处理方式等。主控系统通过GP10_INT通知从处理器，从处理器一旦收到GP10_INT中断后即进入IIC通讯模式，主处理器通过2个GP1管脚模拟IIC的时序，把命令发送给从处理器。从处理器每次把Is的数据发送给主处理器，同样在每次发送数据前，从处理器通过GP10_INT2中断主处理器，收到中断后主处理器进入接收模式，使能DMA中断，启动DMA传输。DMA传输完成后触发DMA中断，通知主处理器读取缓冲区中的数据，然后禁止DMA。
[0024]主控系统设计
[0025]主控系统是基于ADI公司Blackfin处理器的嵌入式系统，由处理器最小系统和外围接口组成。主控系统的硬件配置如下:
[0026]I CPU:ADI BF536 DSP，主频 400MHz ;
[0027]I 存储器:4MB Flash，32MB SDRAM (图中未画出)；
[0028]I串口:2个UART，I个用于系统调试，I个用于GPRS或者扩展RS485设备；
[0029]I以太网:10/100M自适应以太网；
[0030]I无线网络；
[0031]η ΙΕΕΕ802.11 b/g 无线局域网；
[0032]n CDMA2000 EVDO 3G 网络；
[0033]I 存储:2G CF 卡；
[0034]I D1:1路磁钢信号输入；
[0035]I电压监测:主电压小于8.2伏报警(图中未画出)；
[0036]以太网通讯接口
[0037]信息采集单元的以太网接口电路由主处理器U6、单元以太网接口芯片U7和单元网络变压器U8以及网络插座组成。中心控制器的以太网接口电路由中心处理器U1、中心以太网接口芯片U4和中心网络变压器U5组成。
[0038]X网络接口
[0039]3G通讯接口电路由中心处理器UUUSB Host控制器U