专利名称：一种远程测振仪及爆破信号采集方法
技术领域：
本发明涉及爆破信号采集技术领域，特别涉及一种远程测振仪及爆破信号采集方法。
背景技术：
随着国有经济建设的迅猛发展，爆破技术越来越多的应用到矿山开采、铁路与公路路堑成形、隧道开挖、水利水电设施建设和移山填海等岩土工程。爆破技术的应用极大地降低了人们的劳动强度，大大地提高了工作效率，促进了国家经济建设的发展。然而，随着爆破技术的广泛应用，人们也越来越多关注爆破对周围环境和建筑物造成的影响。随着爆破环境的复杂化和人们安全意识的日益增强，人们对测振给予了前所未有的关注与重视。其中，如何实现测振仪对现场采集的爆破振动信号实现实时上传，克服人为因素的干扰，对提高测振数据及分析结果的可信度，提高测振分析报告在法律层面上的公信度尤为重要。而目前广泛使用的测振仪需要测振人员手工从测振仪中获取收集到的爆破振动信号。测振人员手工从测振仪获取爆破振动信号，容易破坏测振数据真实性，或者人为篡改爆破振动数据，影响测振分析结果。
发明内容
本发明的发明目的是针对现有爆破信号采集的技术不足，提供一种远程设置测振仪配置参数及对爆破振动信号进行采集并将爆破振动信号自动上传到服务器的远程测振仪。进一步的，提供一种基于上述远程测振仪的爆破信号采集方法。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为
提供一种远程测振仪，包括基于Linux嵌入式系统的采集器及运行安卓系统的交换器，所述采集器通过网口与交换器连接；且所述交换器通过无线网络与服务器相连。优选地，所述采集器包括第一控制芯片及与之连接到的采集器电源管理电路；所述第一控制芯片包括串口控制器、通用串行总线控制器、串行外设接口与显示器接口 ；所述采集器还包括存储器、模数转换器、传感器与第一访问芯片；所述第一控制芯片与存储器及模数转换器连接；该采集器采用传感器采集爆破振动模拟信号；且该传感器采用3 口通用输入/输出通道再依次经过实现信号衰减的程控电路及模拟调理电路连接模数转换器；该采集器采用模数转换器负责模数转换，将传感器采集的爆破振动模拟信号转换成数字信号，并交由第一控制芯片处理成文件；所述模数转换器的工作时钟由第一控制芯片内部的脉冲宽度调制输出提供，且所述脉冲宽度调制输出达到20MHz以上的稳定脉冲速率；所述第一控制芯片还与第一访问芯片相连接，该采集器采用第一访问芯片与交换器连接从而获取交换器的发送信号并利用该第一访问芯片进行网口监听。优选地，所述无线网络包括无线上网卡或内置无线网卡。
优选地，所述交换器包括第二控制芯片及与之连接的交换器电源管理电路，所述第二控制芯片包括串口控制器、通用串行总线控制器与SD插槽；所述交换器还包括触摸液晶屏、物理按键、存储系统、第二访问芯片与SD卡控制器，所述触摸液晶屏、物理按键、存储系统、第二访问芯片及SD卡控制器皆与第二控制芯片连接；该交换器采用第二访问芯片与采集器连接从而从采集器获取文件；该交换器采用无线上网卡用于实现无线网络的连接，从而与服务器连接；所述触摸液晶屏与物理按键作为用户交互接口 ；所述存储系统包括系统随机存取存储器、闪存与外存储器；其中，随机存取存储器及闪存为安卓系统提供运行内存及程序空间，外存储器则用于存储从采集器获取的文件。一种基于上述远程测振仪的爆破信号采集方法，包括如下步骤
1)先对采集器设置编号；
2)然后，所述交换器发送信号给对应编号的采集器，设置采集器采集信号的参数以及 采集信号时长；
3)接着，该采集器对爆破振动信号进行采集，采集完毕后，采集器将采集的爆破振动信号及采集器的编号以文件的方式通过网口发送给交换器；
4)最后，交换器再通过无线网络将文件上传到服务器。优选地，步骤I)中，每个采集器上都设有唯一的编号，且每个采集器使用之前都需要到档案馆进行注册，所述档案馆是管理测振信息的门户系统。优选地，步骤2)中，测振人员通过用户交互接口在交换器上对爆破采集参数进行设置；交换器通过网口发送信号给采集器。优选地，步骤3)中，所述采集器根据交换器的信号设置采集信号的参数，然后启动传感器进行采集；采集器利用模数转换器将传感器采集到的爆破振动模拟信号高速地转化为数字信号，将数字信号写入文件中并通过网口发送给交换器。优选地，所述模数转换器通过通用输入/输出通道来实现串行外设通信协议以达到将传感器采集的爆破振动模拟信号高速转为数字信号。优选地，步骤4)中，服务器根据采集器编号识别采集器。本发明相对于现有技术，具有以下有益效果
I、本发明对现场采集的爆破振动信号实现实时上传、从而实现在线计算和分析处理，克服人为因素的干扰，提高了测振数据及分析结果的可信度，提高了测振分析报告在法律层面上的公信度。2、本发明通过对现场采集爆破振动信号进行采集，上传、在线计算和分析处理流程的全自动化。3、本发明为每一个远程测振仪的采集器配置一个编号；工作人员通过这个编号可以查找到对应的远程测振仪；在撰写测振报告的时候，能够通过这个编号获取远程测振仪的所有参数，方便后期检查数字信号的合法性。4、本发明利用GPIO通道实现SPI协议从模数转换器将传感器采集的爆破振动信号转换为数字信号；由于Linux嵌入式系统在ARM上的SPI接口驱动无法满足模数转换器所需要的传输速率；因此，本发明通过GPIO通道来实现SPI协议以达到将传感器采集的爆破振动信号高速转为数字信号的效果。
图I为本发明的工作示意 图2为实施例的采集器硬件原理 图3为实施例的ADS1274的时序 图4为实施例的交换器硬件原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。
本发明的工作原理如图I所示。此发明提供一种能够远程设置测振仪配置参数及对爆破振动信号进行采集并将爆破振动信号自动上传到服务器的远程测振仪，该远程测振仪包括采集器I和交换器2，采集器I通过网口与交换器连接；且所述交换器2通过无线网络与服务器3相连。一种基于上述采集电路的爆破信号采集方法，包括如下步骤
1)先对采集器设置编号；
2)然后，交换器发送信号给对应编号的采集器，设置采集器采集信号的参数以及采集信号时长；
3)接着，该采集器对爆破振动信号进行采集，采集完毕后，采集器将采集的爆破振动信号及采集器的编号以文件的方式通过网口发送给交换器；
4)最后，交换器再通过无线网络将文件上传到服务器。具体地，首先，为每个采集器上设置唯一的编号。通过这个编号可以查找到对应的采集器I。采集器I传输文件给交换器2的时候，同时发送采集器I的编号。采集器硬件原理如图2所示。采集器I为基于Linux嵌入式系统的ARM处理器。其中，由于ARMll芯片提供众多I/O硬件资源，例如串口、USB接口、SPI串行通信接口、IXD接口等，能为采集器提供方便实用的硬件资源。因此，该采集器I采用S3C6410 ARMll作为第一控制芯片；第一控制芯片设有串口控制器、USB控制器、SPI串行外设接口与IXD显示器接口。采集器I还包括存储器、模数转换器、传感器与第一访问芯片。模数转换器采用ADS1274芯片，第一访问芯片采用DM9000芯片。第一控制芯片与存储器、ADS1274芯片连接，存储器与ADS1274芯片也相连接。该采集器采用传感器采集爆破振动模拟信号。该传感器通过3 口 GPIO通道连接ADS1274芯片，该采集器采用ADS1274芯片负责模数转换，将传感器采集的爆破振动模拟信号转换成数字信号交由第一控制芯片处理。其中，3 口 GPIO通道的其中一口通道负责模拟SPI时序，一口通道负责读取SPI数据，另一口通道负责判断完成转换的时刻。ADS1274的工作时钟由第一控制芯片内部的脉冲宽度调制输出提供。第一控制芯片还与DM9000芯片相连接，该采集器采用DM9000芯片与交换器连接从而获取交换器的发送信号并利用该DM9000芯片进行网口监听。ADS1274芯片负责模数转换，将传感器的模拟信号转换成数字信号交由ARM处理。ADS1274芯片转换速率高，SPI读取转换后的速率必须高于ADS1274芯片的转换速率。由于Linux嵌入式系统在ARM上的SPI接口驱动无法满足ADS1274所需要的传输速率，故本发明采用GPIO来实现SPI协议。本发明中使用3 口 GPIO通道连接到ADS1274，其中一口负责模拟SPI时序，一口负责读取SPI数据，另一口负责判断完成转换的时刻。严格控制采集SPI时钟，使其达到矩形波，避免在驱动中的读数循环操作。ADS1274的工作时钟由S3C6410内部PWM输出提供，该输出能够稳定达到20MHz以上的脉冲速率。由于完成该高速采集操作需要对CPU严格抢占，所以在进入采集时首先关闭内核抢占，关闭所有中断，开始采集，结束后还原所有中断及内核抢占。图3为ADS1274的时序图。采集器监听和传输文件都是通过DM9000芯片实现的。其中，采集器I是基于Linux嵌入式系统的ARM设备，实现以下功能在网口上进行监听等待交换器的信号。当接收到交换器的信号后根据信号设置采集信号的参数，例如采集时长，采样速率等，然后启动传感器进行采集。传感器采集的过程中，采集器I用ADS1274芯片将传感器采集到的爆破振动模拟信号转化为数字信号，并将这些数字信号写入文件，通过网口传输给交换器2。采集器I通过控制ADS1274芯片将传感器采集的爆破振动信号高速地转化为数字 信号。由于Linux嵌入式系统在ARM上的SPI接口驱动无法满足ADS1274所需要的传输速率。因此，本发明通过GPIO通道来实现SPI协议以达到将传感器采集的爆破振动信号高速转为数字信号。采集器I的DM9000芯片对网络端口进行监听。当交换器2发送信号给采集器I时，采集器I解析信号，根据信号的内容，设置传感器的采集参数。采集完成之后，采集器I将存储数字信号及采集器编号的文件通过网口发送给交换器2。交换器硬件原理如图4所示。采集器为运行Android系统的ARM设备。该ARM处理器采用ARMll作为第二控制芯片，第二控制芯片设有串口控制器、USB控制器与SD-WIFI(无线上网卡)。交换器还包括触摸液晶屏、4个物理按键、存储系统与第二访问芯片，第二访问芯片采用DM9000芯片。触摸液晶屏、4个物理按键、存储系统及DM9000芯片皆与第二控制芯片连接。该交换器采用DM9000芯片与采集器连接从而获取采集器爆破振动信号。该交换器采用SD-WIFI用于实现无线网络的连接，从而与服务器连接。触摸液晶屏与4个物理按键作为用户交互接口。存储系统包括RAM、Flash与SD存储器；其中，RAM及Flash为Android系统提供运行内存及程序空间，SD存储器则用于存储从采集器获取的数据。交换器2是基于Android嵌入式系统的ARM设备。交换器2采用S3C6410 ARMll作为第二控制芯片，采用DM9000芯片为第二访问芯片。DM9000芯片负责与采集器连接直连获取采集器爆破振动信号。SD-WIFI用于实现无线网络的连接(可接入3G路由器等无线接入点)，采集器I通过SD-WIFI将文件和采集器编号上传到服务器上。交换器2提供4. 3寸触摸液晶屏与4个物理按键作为用户交互接口。交换器的存储系统，主要包括系统RAM，Flash及SD存储器。其中RAM及Flash为Android系统提供运行内存及程序空间。SD存储器则用于存储从采集仪获取的数据。测振人员在交换器上通过用户交互接口对爆破采集参数进行设置。由交换器2通过网口发送信号给采集器I。采集器I进行采集并将数字信号写入文件中。采集器I将该文件和采集器的编号通过网口发送给交换器2。交换器I接收到采集器发送的文件和采集器编号后，将这部分文件和采集器编号都上传到服务器3上。服务器3根据采集器编号即可识别出数字信号是由哪个采集器采集的。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
1.一种远程测振仪，其特征在于包括基于Linux嵌入式系统的采集器及运行安卓系统的交换器，所述采集器通过网口与交换器连接；且所述交换器通过无线网络与服务器相连。
2.根据权利要求I所述的远程测振仪，其特征在于所述采集器包括第一控制芯片及与之连接到的采集器电源管理电路；所述第一控制芯片包括串口控制器、通用串行总线控制器、串行外设接口与显示器接口 ；所述采集器还包括存储器、模数转换器、传感器与第一访问芯片；所述第一控制芯片与存储器及模数转换器连接；该采集器采用传感器采集爆破振动模拟信号；且该传感器采用3 口通用输入/输出通道再依次经过实现信号衰减的程控电路及模拟调理电路连接模数转换器；该采集器采用模数转换器负责模数转换，将传感器采集的爆破振动模拟信号转换成数字信号，并交由第一控制芯片处理成文件；所述模数转换器的工作时钟由第一控制芯片内部的脉冲宽度调制输出提供，且所述脉冲宽度调制输出达到20MHz以上的稳定脉冲速率；所述第一控制芯片还与第一访问芯片相连接，该采集器采用第一访问芯片与交换器连接从而获取交换器的发送信号并利用该第一访问芯片进行网口监听。
3.根据权利要求I所述的远程测振仪，其特征在于所述无线网络包括无线上网卡或内置无线网卡。
4.根据权利要求I所述的远程测振仪，其特征在于所述交换器包括第二控制芯片及与之连接的交换器电源管理电路，所述第二控制芯片包括串口控制器、通用串行总线控制器与SD插槽；所述交换器还包括触摸液晶屏、物理按键、存储系统、第二访问芯片与SD卡控制器，所述触摸液晶屏、物理按键、存储系统、第二访问芯片及SD卡控制器皆与第二控制芯片连接；该交换器采用第二访问芯片与采集器连接从而从采集器获取文件；该交换器采用无线上网卡用于实现无线网络的连接，从而与服务器连接；所述触摸液晶屏与物理按键作为用户交互接口 ；所述存储系统包括系统随机存取存储器、闪存与外存储器；其中，随机存取存储器及闪存为安卓系统提供运行内存及程序空间，外存储器则用于存储从采集器获取的文件。
5.一种基于上述1-4任一项远程测振仪的爆破信号采集方法，其特征在于包括如下步骤 1)先对采集器设置编号； 2)然后，所述交换器发送信号给对应编号的采集器，设置采集器采集信号的参数以及采集信号时长； 3)接着，该采集器对爆破振动信号进行采集，采集完毕后，采集器将采集的爆破振动信号及采集器的编号以文件的方式通过网口发送给交换器； 4)最后，交换器再通过无线网络将文件上传到服务器。
6.根据权利要求5所述的爆破信号采集方法，其特征在于步骤I)中，每个采集器上都设有唯一的编号，且每个采集器使用之前都需要到档案馆进行注册，所述档案馆是管理测振信息的门户系统。
7.根据权利要求5所述的爆破信号采集方法，其特征在于步骤2)中，测振人员通过用户交互接口在交换器上对爆破采集参数进行设置；交换器通过网口发送信号给采集器。
8.根据权利要求5所述的爆破信号采集方法，其特征在于步骤3)中，所述采集器根据交换器的信号设置采集信号的参数，然后启动传感器进行采集；采集器利用模数转换器将传感器采集到的爆破振动模拟信号高速地转化为数字信号，将数字信号写入文件中并通过网口发送给交换器。
9.根据权利要求8所述的爆破信号采集方法，其特征在于所述模数转换器通过通用输入/输出通道来实现串行外设通信协议以达到将传感器采集的爆破振动模拟信号高速转为数字信号。
10.根据权利要求5所述的爆破信号采集方法，其特征在于步骤4)中，服务器根据采集器编号识别采集器。
全文摘要
本发明公开了一种能够远程设置测振仪配置参数及对爆破振动信号进行采集并将爆破振动信号自动上传到服务器的远程测振仪。本发明对现场采集的爆破振动信号实现实时上传、从而实现在线计算和分析处理，克服人为因素的干扰，提高了测振数据及分析结果的可信度，提高了测振分析报告在法律层面上的公信度。
文档编号G08C17/02GK102831758SQ20121026534
公开日2012年12月19日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者高英, 张海华, 马扬霖, 彭元杰 申请人:华南理工大学