专利名称：大体积混凝土结构多路温度巡检系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑行业中的一种混凝土结构温度检测设备，尤其是一种大 体积混凝土结构多路温度巡检系统。
背景技术：
混凝土结构在现代工程建设中有着广泛的应用，比如工业建筑中的大型设 备基础、大型构筑物的基础、高层、超高层和特殊功能建筑的箱型基础、有较 高承载力的桩基厚大承台等都是体积较大的钢筋混凝土结构。在上述各种结构 的混凝土结构浇筑后，其内部温度会升高，温度升高主要是由于水泥在水化过
程中放出的热量，在建筑行业中该温度变化一般为20 30° ，甚至更高。该温 度变化产生的温度应力是造成混凝土结构产生裂缝的主要因素，温差愈大，温 度应力也愈大，而且混凝土结构自然散热时需要较长的时间。
随着我国经济的迅速发展，工程建设规模越来越大型化，在普通工业与民
用建筑中大体积混凝土结构(根据高层建筑施工手册的有关规定单面散热的
结构断面在750mm以上双面散热在1000mm以上水化热引起混凝土内外温差在 25" C以上的混凝土结构可称为大体积混凝土结构)大量出现。由于其体积庞大， 一次性浇筑量大，工程条件复杂，如果施工措施控制不力，较大的温度差极易 产生各种混凝土结构裂缝，轻者会影响混凝土的耐久性，重者还会严重影响混 凝土的力学性能，研究证明对水泥硬化过程中的温度进行控制，可有效防止裂 缝的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉，以微处理器为核心并 采用方便灵活的数据传输方式，可精确、及时地检测大体积混凝土结构中不同 测试点实时温度的大体积混凝土结构多路温度巡检系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征在于该系统包括主 控制模块、存储模块、 一组温度传感器模块、数据传输模块、显示模块和 实时时钟模块，所述的存储模块、 一组温度传感器模块、数据传输模块和 显示模块均电连接主控模块。
而且，所述一组温度传感器模块的数量为2 22个。
而且，所述数据传输模块是USB传输模块，该USB传输模块使用的芯 片是CH375。而且，所述数据传输模块是Zigbee无线传输模块，该无线传输模块通 过串口模块电连接主控制模块。
而且，所述主控制模块的输入/输出接口还电连接有键盘模块。
而且，所述主控制模块中使用的芯片是ATmega162。
而且，所述存储模块使用的芯片是AT24c512。
而且，所述每个温度传感器模块使用的芯片是DS18b20。
而且，所述实时时钟模块使用的芯片是DS1302。
本发明的优点和有益效果为
1、 本巡检系统主要由主控制模块、存储模块、温度传感器模块、数据 传输模块和实时时钟模块组成，其中存储模块、温度传感器模块和数据传 输模块均连接主控模块的输入/输出接口。温度传感器模块用于检测大体积 混凝土结构各处的温度并将该温度信号直接传输至主控制模块，主控制模块对 该温度信号进行比较判断后进行报警操作或温度信号的上传操作，整个过程自 动完成，其自动化水平高、数据传输速度快，监控人员第一时间既可以了解待 测物的温度数据。
2、 本巡检系统中主控制模块釆用的芯片是ATmegal62，当然使用其它 常见的处理器芯片也是可以的，该芯片具有功耗低、执行速度快的优点， 而且由该芯片开发的系统性能可靠、成本较低、软件涉及灵活、硬件接口 功能丰富。
3、 本巡检系统中温度传感器模块使用的芯片是DS18b20，该芯片仅需 要一条口线即可以实现与处理器的通讯，与处理器通讯时不需要使用A/D 电路，支持多点组网，其测温范围大，检测结果准确、精度高、抗干扰能 力强。
4、 本巡检系统中的实时时钟模块使用的芯片是DS1302，该芯片是美国 DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，使用该芯片 后对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的査找具有重 要意义，它使微处理器可在记录数据的同时准确的记录其出现的时间。
5、 本巡检系统中的数据传输模块可以使用USB传输方式，也可以使用 Zigbee无线传输方式。USB传输方式支持USB-HOST和USB-DEVICE/SLAVE的 高速通讯方式，可以快速地与上位机进行大量数据的交换。Zigbee无线传输方 式时具有低功耗、低成本、短时延、高容量和高安全的优点。两种工作方 式可以灵活搭配使用，可以方便地使用在不同的工作现场。
6、 本发明结构简单、成本低廉，其具有以微处理器为核心的主控制模块以 及方便灵活的数据传输方式，通过二者的组合，可精确、及时的将大体积混凝 土结构中不同测试点测量的实时温度数据传送至上位机，使上位机可以迅速的对上传的数据进行分析、判断。通过USB或Zigbee的数据传输方式，它可以适 用于不同的工作现场。
图l为本发明的电路方框图2为本发明数据传输模块使用Zigbee无线传输模块的电路方框图； 图3为Zigbee传输模块与串口模块连接的电路原理图； 图4为主控制模块中预存储的温度检测程序的工作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是 描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种大体积混凝土结构多路温度巡检系统，如图1和图2所示，其技术
创新在于该系统包括主控制模块、存储模块、 一组温度传感器模块、数 据传输模块、显示模块和实时时钟模块，其中存储模块、 一组温度传感器 模块、数据传输模块和显示模块询电连接主控模块，该数据传输模块将温 度传感器模块检测的实时温度数据输送至上位机，右上位机打印或存储。
在主控制模块中使用的芯片是ATmegal62，该芯片是ATMEL公司推出的 —款基于AVRRISC的低功耗CMOS的8位单片机，ATmegal62通过在一个时钟周 期内执行一条指令，可以达到接近lMIPS/MHz的性能，从而使得设计人员可以 在功耗和执行速度之间取得平衡。该芯片将32个通用工作寄存器和丰富的指令 集连接在一起，所有的工作寄存器都与ALU算术逻辑单元直接相连，允许在一 个时钟周期内执行的单条指令同时访何两个独立的寄存器，这种结构提高了代 码效率，使该芯片与普通CISC单片机相比较提高了将近10倍的性能，采用 ATmegal62开发的系统性能可靠、成本较低、软件设计灵活、硬件接口功能丰富， 为今后系统升级创造了良好条件。
存储模块电连接主控制模块的输入/输出接口，其使用的芯片是 AT24c512，该芯片是ATMEL公司生产的64KB串行可编程存储器，它采用八引 脚封装，具有结构紧凑、存储容量大等特点，可以在两线总线上并接四片芯片， 特别适用于具有大容量数据存储要求的数据采集系统。
一组温度传感器模块电连接主控制模块的输入/输出接口，其可以设置 2 22个，分别设置在大体积混凝土结构的不同位置以实现多点温度的实 时测量。每个温度传感器模块使用的芯片是DS18b20，该芯片是Dallas半 导体公司生产的支持一线总线接口的数字化温度传感器，其具有以下特性
1. 适应电压范围更宽，电压范围3.0 5.5V;
2. 独特的一线总线接口 ， DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可 实现与微处理器的双向通讯；3. 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网 多点测温；
4. 使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只 三极管的集成电路内，可与微处理器的输入/输出接口直接连接；
5. 正常工作范围为-55 125°C，在-10 85。C时精度为土0. 5°C;
6. 可编程的分辨率为9 12位，对应的可分辨温度分别为0.5。C、 0.25'C、 0.125。C和0. 0625°C，可实现高精度测温；
7. 在9位分辨率时最多在93. 75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最 多在750ms内把温度值转换为数字，速度快；
8. 测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给微处理器，同 时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；
9. 电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁。
数据传输模块如图l或图2所示，可以使用USB传输模块，也可以使 用Zigbee无线传输模块，根据现场环境的不同，二者可以共同使用，其主 要目的是将温度传感器模块输出的实时温度数据传输至上位机，由上位机 进行打印或存储，下面对USB传输模块和Zigbee无线传输模块分别进行描 述
USB传输模块
该模块使用的芯片是CH375，该芯片是一个USB总线的通用接口芯片，支 持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式。在本地端CH375具有8位 数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地连接到微处理器的 输入/输出接口。在USB主机方式下，CH375芯片还提供了串行通讯方式，通过 串行输入、串行输出和中断输出与微处理器连接。在与主控制模块连接时，可 以才并行通讯方式，也可以采用串行通讯方式，本实施例中由CH375芯片组成 的USB传输模块与主控制模块之间釆用串行通讯模式，即CH375芯片的TXD和 RXD分别电连接ATmega162芯片的TXD1和RXD1接口 。
Zigbee无线传输模块
该模块可以是TI/CHIPCON、 EMBER(ST)、 JENNIC(捷力)、FREESCALE或 MICROCHIP中任意一个公司的芯片组建的电路。主控制模块与Zigbee无线传输 模块之间采用RS232C标准协议实现双向通讯。RS-232是串行通信总线标准接 口之一，其信号的逻辑电平对地是对称的，逻辑0电平规定为5 15V，逻辑1 电平为-5 15V，因此，RS-232信号的电平和微处理器串行口信号的电平不一致， 必须迸行两者之间的电平转换，本实施例中使用的电平转换芯片是MAX232，如 图3所示，使用单+5V电源，配接4个0.1uF电解电容即可完成RS-232电平与 TTL电平之间的转换，该MAX232芯片的T2IN和R20UT接口分别连接ATmegal62芯片的TXD0和RXD0接口。
该Zigbee无线传输模块具有低功耗、低成本、短时延、高容量和高安 全性的优点，通过增加RF发射功率后，其相邻节点间的传输距离可增加到 1 3公里，如果通过路由和节点间通信的接力，其传输距离更远。而且 Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接
由上述内容可知，数据传输模块可以使用USB传输方式，也可以使用 Zigbee无线传输方式，两种工作方式可以分别使用，也可以共同使用，使 用方式灵活，可以快速、准确的将大体积混凝土结构中不同位置的实时温 度数据和数据记录的时间传输至上位机，可以方便地使用在不同的工作现 场。
主控制模块的输入/输出接口上电连接一实时时钟模块，该实时时钟模 块使用的芯片是DS1302，该芯片是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功 耗、带RAM的实时时钟芯片，使用该芯片后使微处理器可在记录温度数据的同 时准确的记录其出现的时间。
为了方便现场的人机交互，在主控制模块的输入/输出接口上还电连接 有显示模块和键盘模块，该显示模块可以将主控制模块收到的每个温度传 感器模块的温度数据实时的显示出来，便于操作人员的实时监控，该键盘 模块使用的芯片是CH452，设置键盘模块后方便操作人员的控制指令、査 询指令或者其它指令的输入。
本发明主控制模块中预存储的温度检测程序的工作流程图如图4所示
1. 程序开始；
2. A01:
ATmegal62以巡检的工作方式接收来自每个DS18b20检测的大体积混凝土结 构不同位置的实时温度数据，分别记录为Tn (n为l 22中的整数)；
3. ATmegal62接收每个Tn的同时读取DS1302的当前时间t(t的格式为〃 月 日时分")，并将二者的数值暂存；
4. ATmegal62将暂存的温度、时间数据通过USB传输模块或Zigbee无线传 输模块或二者结合输送至上位机打印或存入数据库；
5. 工作是否完成？
未完成工作，程序跳转至A01处继续执行； 已完成工作，程序结束。 本发明的工作原理是
1. 操作人员将巡检系统安装在施工现场，然后将温度传感器模块安装在大
体积混凝土结构需要检测温度的相应位置；
2. 操作人员选取合适的数据传输方式，比如可以单独使用USB传输模块或Zigbee无线传输模块，也可以根据实际现场的要求同时使用两个传输模块；
3. 硬件安装完毕后，操作人员接通电源；
4. 巡检系统根据其内部预存储的温度检测程序自动工作，将每个温度传感 器模块的实时温度数据和对应的时间输送至上位机，上位机收到该两个数据后 进行打印操作或存入数据库。
权利要求
1、一种大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征在于该系统包括主控制模块、存储模块、一组温度传感器模块、数据传输模块、显示模块和实时时钟模块，所述的存储模块、一组温度传感器模块、数据传输模块和显示模块均电连接主控模块。
2、 根据权利要求1所述的大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征 在于所述一组温度传感器模块的数量为2 22个。
3、 根据权利要求1所述的大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征 在于所述数据传输模块是USB传输模块，该USB传输模块使用的芯片是 CH375。
4、 根据权利要求1所述的大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征 在于所述数据传输模块是Zigbee无线传输模块，该无线传输模块通过串 口模块电连接主控制模块。
5、 根据权利要求1所述的大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征 在于所述主控制模块的输入/输出接口还电连接有键盘模块。
6、 根据权利要求1所述的大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征 在于所述主控制模块中使用的芯片是ATmega162。
7、 根据权利要求l所述的大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征 在于所述存储模块使用的芯片是AT24c512。
8、 根据权利要求1或2所述的大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其 特征在于所述每个温度传感器模块使用的芯片是DS18b20。
9、 根据权利要求1所述的大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征 在于所述实时时钟模块使用的芯片是DS1302。
全文摘要
本发明涉及一种大体积混凝土结构多路温度巡检系统，其特征在于该系统包括主控制模块、存储模块、一组温度传感器模块、数据传输模块、显示模块和实时时钟模块，所述的存储模块、一组温度传感器模块、数据传输模块和显示模块均电连接主控模块。本发明结构简单、成本低廉，其具有以微处理器为核心的主控制模块以及方便灵活的数据传输方式，通过二者的组合，可精确、及时的将大体积混凝土结构中不同测试点测量的实时温度数据传送至上位机，使上位机可以迅速的对上传的数据进行分析、判断。通过USB或Zigbee的数据传输方式，它可以适用于不同的工作现场。
文档编号G05B19/048GK101556191SQ20091006878
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月11日 优先权日2009年5月11日
发明者杨世凤, 王怀友, 赵继民 申请人:天津科技大学