专利名称：基于单片机gsm无线模块的多参数边坡灾害自动监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及公路、岩土工程领域的边坡多参数自动监测、实时传输系统的设计。
背景技术：
压力、深部位移及轴力变化是反映边坡安全的重要参数。对其进行在线监测对了解边坡工程现状、及时采用加固措施有其重要意 义。目前，上述参量数据的采集多是工程师利用数据采集箱进行人工采集，需要到现场跟每一个传感器接线连接，采集频率信号需人工记录下来并以手工方式输入到计算机中，然后还需查找相应传感器的编号、频率及相应位移等参数的计算系数。若巡回测量300多个测量点各一次，需要一个月左右的时间，操作时间长。这种人工记录、人工输入数据的方式，资料整理工作量大；且极易改变数据的可靠性。尤其是不能及时获取工程数据，了解边坡安全状态。由于无线技术的发展，单一参数采用GPRS方式发送到计算机上。这种方式如要测量多个传感器或多个测量点的数据，需利用传输导线将各个传感器或多个测量点连接到本地工控机上，成本高且导线裸露在地表外部极易被破坏，影响数据的正常收集。虽然GSM数据传输系统已经公开了实用新型，目前还没有实现上述三种边坡参数通过一套监测系统实现自动采集、保存及无线传输且不发生混淆的装置，这就影响了工程师及时、准确的预测边坡工程灾害，防止灾害的发生。
发明内容本实用新型的目的是提供一套边坡工程多参数自动采集、无线传输的低成本、可靠系统。为了解决上述技术问题，本实用新型提供的自动监测系统由复数个振弦式监测传感器、单片机应用系统、无线GSM发射模块及安全保护箱组成。每个测试点的现场前端单片机应用系统由基于C8051F930的单片机、传感器激励模块、信号接收与处理模块、报警装置、12 C总线形式的E2PR0M、2G容量的SD卡、键盘输入模块、显示模块及GSM无线模块及配备两套软件。每个前端数据采集系统配一个GSM模块，通过GSM无线网络构成整个边坡工程的分布式测量网络。现场每个单片机应用系统、无线GSM发射模块、传感器防水传输一起密封在水泥箱内部。每个传感器包括一个12 C串行总线E2PR0M存贮器，其中包括传感器初始化特征数据，即传感器的类型、传感器的编号、在现场的测点以及标定参数。现场数据采集和无线传输采用全自动化操作模式，中央处理模块自动完成数据的采集、标度变换及传输，所有数据都转化为了直接物理参量值，便于数据后续自动管理、成图成表的自动完成。中央处理模块通过读取E2PR0M芯片中特征数据以达到对传感器类别的判断及传感器计数频率到工程参量的转换，然后对数据进行特定格式的封装后，以GSM无线短消息形式发送到终端手机上。上述三种参数的振弦传感器可以安装在同一个数据采集箱上进行轮流采集、传输。采集周期通常是每2小时测量一次数据(相对于人工采集数据已经密集很多)，并在本地数据采集中存贮到SD卡里，作为备用。在现场整体自动监测系统安装后，通过水泥箱进行防水、防破坏处理。本实用新型智能化程度高，功耗低，能在一套系统上实现边坡工程中多种参数的测量及全国范围内的传输，为预报边坡工程灾害及 时提供数据支持，并能减少大量的人工成本。
图I是边坡多参数自动监测系统示意具体实施方式
以下对本实用新型做出进一步说明。参见图1，前端现场数据转换模块I数据传输到单片机应用系统2上，然后通过GSM发送模块3发送到无线网络公共系统4上，通过公共系统4终端手机5信息交换，如图I所示。每个前端单片机应用系统配一个独立的GSM模块，现场各个测量点不采用有线连接，也不需要在现场建立基站。单片机应用系统2由C8051F930单片机最小化系统、传感器激励模块、信号接收与处理模块、报警装置、12 C总线形式的E2PR0M、2G容量的SD卡、键盘输入模块、显示模块组成。三种物理参量的变换采用振弦传感器。工作方式为传感器激励信号由单片机PWM波经过信号处理后产生，传感器被激励后，释放激励信号，传感器器输出信号经过放大、滤波和整形后变换为频率信号。由单片机拾取频率信号后，通过软件转化为物理参量的直接表示。然后单片机应用系统读取传感器中12 C中特征数据，与物理量数据、采用时间一起打包号进行GSM无线传输。多个传感器的激励和信号采集分别通过切换多路模拟开关和多路分配器进行选择，开关的切换通过程控方法实现。压力、深部位移及轴力测量都选用单线圈振弦传感器，传感器安装到测量现场前先进行初始化操作。包括①系统对每个即将投入工程中的传感器进行校正，通过在测量范围内均匀取5个点进行标定，测试结果正确的才投入实际工程使用，避免在将传感器安装在地表下后使得测量点失效，不符合出厂参数的传感器利用附图2中的2模块给予出错提示，正确的在模块2上显示正确数据在每个传感器前端配备一个12 C总线型E2PR0M芯片，或购买具有12 C总线型E2PR0M芯片的传感器，利用配套软件初始化程序，将每个传感器的特征初始化数据保存在前端传感器系统的E2PR0M芯片中，包括传感器的类型、传感器的编号、在现场的测点以及标定参数。传感器特征码采用三位BCD格式。压力数据以#P#开头；深部位移数据格式以#S#开头。轴力数据格式以#Z#开头。数据采集系统首先读取保存在前端传感器系统E2PR0M芯片中特征数据，然后将特征数据进行分析，自动识别传感器类别，若解析#P#特征码，将采集到的频率数按照压力传感器的计算公式转化为压力直接表示值，以固定六位BCD表示，将传感器特征码、传感器编号、传感器在现场的测点编号及测量数据以GSM无线短消息形式发送到终端手机上。上述三种参数的振弦传感器可以安装在同一个数据采集箱上进行轮流采集、传输。在测量点原位位置，对整个电子系统采用水泥箱进行排水和防护处理。在水泥箱靠近桩基础部分开设排水槽，离基础IOCM高处搁置网状金属网络，并将整个监测系统搁置其上。在水泥箱上部开设小槽，进行通风和无线通信用。顶部采用斜坡状设计，利用排水。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受 上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.一种基于单片机GSM无线模块的多参数边坡灾害自动监测系统，由复数个振弦式监测传感器(I)、单片机应用系统(2)、无线GSM发射模块、两套单片机应用软件及安全保护箱组成，其特征在于还包括多个单片机应用系统分布于边坡工程现场，借助GSM网络，组成分布式多点多参数自动监测系统的数据传输网络；每个传感器(I)嵌入I2C型E2PR0M，其四线输出端与单片机应用系统(2)输入接口相连，系统(2)输出端接模块输入端，模块输出端以无线发射方式连接GSM无线网络单片机应用系统(2)，将所采集数据打包后通过GSM无线网络发射到接收终端手机上。
2.根据权利要求I所述的基于单片机GSM无线模块的多参数边坡灾害自动监测系统，其特征在于每个将应用到边坡工程的压力传感器、深部位移传感器及轴力传感器包括I2C总线串行AT24C256模块，且每个AT24C256芯片内固化了每种传感器的类别特征代码、工程测点、传感器的编号信息。
3.根据权利要求I所述的基于单片机GSM无线模块的多参数边坡灾害自动监测系统，其特征在于包括一个中央控制模块，能根据采集参数的预警值自动加密压力、位移和轴力数据的采集，并将采集数据和权力要求3中初始化信息及采样时间信息一起进行数据打包处理。
4.根据权利要求3所述的基于单片机GSM无线模块的多参数边坡灾害自动监测系统，其特征包括一个低功耗的Silicon Lab公司的C8051F930单片机。
5.根据权利要求I所述的基于单片机GSM无线模块的多参数边坡灾害自动监测系统，其特征在于能同时接入压力传感器、深部位移传感器及轴力传感器，并共用激励电路和信号处理模块。
6.根据权利要求I所述的基于单片机GSM无线模块的多参数边坡灾害自动监测系统，其特征在于保护箱底侧面开排水槽，上部四面留小槽，做通风口和无线信号传输，底部槽的大小长10CM，宽2CM，顶部槽大小长10CM，宽2CM。
专利摘要本实用新型公开了一种边坡多参数自动检测和实时无线传输系统，包括复数个振弦式传感器、单片机应用系统、无线GSM发射模块及安全保护箱，首先对每类参量测量传感器配备E2PROM芯片，于其中电写入种类代码、编号、测量点及物理参量计算系数；然后利用前端数据采集系统对多种采集数据自动分类、保存及封装后，以GSM无线传输方式向接收终端发射数据，并在测试基础构件上设计水泥箱对整个电子设备进行防水、安全保护，以上述整套系统，解决了边坡监测工程中常见的压力、深部位移及轴力数据的自动采集、保存及全国范围的无线传输，并确保了数据的有效性和安全性，为预防工程边坡灾害及时提供了多种数据支持；也更好地为实现了数据的全自动化管理，减少了工程业内人工资料整理的工作量服务。
文档编号G08C17/02GK202443568SQ20112035874
公开日2012年9月19日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者刘晖, 张可能, 彭环云, 易继军, 李凤玲, 赵爱琼 申请人:长沙理工大学