一种混凝土养护监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种混凝土养护监控系统，包括上位机、现场显示模块、无线通信GPRS模块和底层控制单元；所述底层控制单元接收到来自上位机传输的数据，底层控制单元对采集到的数据处理后再通过上位机向无线通信GPRS模块反馈；所述无线通信GPRS模块包括短信收发模块、电源模块、GPRS模块、串口模块、RTC时钟模块以及单片机模块；所述底层控制单元包括温湿度采集模块、空调控制模块、电磁阀控制模块以及控制处理模块。本实用新型能够实现混凝土养护实验室对环境精确控制的需求，适合我国建筑行业状况、自动化程度高、性能稳定、安全、可靠；并能够提高工作效率和控制的精确度，减少资源浪费，降低劳动强度。
【专利说明】一种混凝土养护监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及混凝土的养护，尤其涉及一种混凝土养护监控系统。
【背景技术】
[0002]根据标准GB/T 50081 - 2002《普通混凝土力学性能试验方法》都对混凝土试样的养护条件作了严格的规定“标准养护温度为(20±2) °C，相对湿度为95%RH以上，或保存在(20±2) °0不流动的Ca(OH)2饱和溶液标准养护龄期二十八天，实验室环境温度、相对湿度在工作期间至少记录一次”。混凝土浇捣后，逐渐凝结硬化，主要是水泥水化作用的结果，而水化作用则需要适当的温度和湿度条件。养护环境温度和湿度对混凝土试样强度的形成和发展起着非常重要的作用，直接关系到检验数据的精确性。
[0003]目前，混凝土养护实验室普遍采用空调调节室温，(较少实验室使用放在养护室的外部的制冷与制热设备，通过管道送风方式，来调节室温，由于投入非常大，使用成本也高，实验室基本不开)存在着空调无法自动根据季节、环境等外在影响因素调节，同时存在不同位置养护温度差别较大，室温控制不好的问题；相对湿度多采用超声波雾化加湿器或直接采用设定定时喷淋方式，由于实验室采用自来水，水硬度较高，长时间使用，超声波雾化加湿器极易结垢，需要及时除垢。而直接采用设定定时喷淋方式，虽然不受水质影响，但容易造成相对湿度已经达到要求，喷淋装置或水泵仍然不间断工作，造成大量水、电资源浪费。也存在不同位置养护湿度差别较大的问题，同样存在由于实验室湿度非常大，绝缘性较差，控制系统安全性不能保证的问题。在使用过程中每天人工至少测量一次养护温湿度，实际上人工很难做到，增加试验员重复性劳动强度。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提出一种混凝土养护监控系统，能够实现自动化程度高、性能稳定、安全、可靠；并能够提高工作效率和控制的精确度的养护室优化监控系统，同时能够减少资源浪费。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提出一种混凝土养护监控系统，包括上位机、现场显示模块、无线通信GPRS模块和底层控制单元；所述底层控制单元接收来自上位机传输的数据，底层控制单元对采集到的数据处理后再通过上位机向无线通信GPRS模块反馈；所述无线通信GPRS模块包括短信收发模块、电源模块、GPRS模块、串口模块、RTC时钟模块以及单片机模块；所述底层控制单元包括温湿度采集模块、空调控制模块、电磁阀控制模块以及控制处理模块；所述上位机和现场显示模块均与控制处理模块连接；所述温湿度采集模块、空调控制模块以及电磁阀控制模块均与控制处理模块连接；所述无线通信GPRS模块通过上位机与控制处理模块连接；所述短信收发模块、电源模块、GPRS模块、串口模块以及RTC时钟模块均与单片机模块连接。
[0006]所述现场显示模块包括采用MCGS嵌入式的人机界面触摸屏。
[0007]所述短信收发模块是基于STE单芯片ARM926EJ-S架构的SM900A模块；所述电源模块包括电流为3A，电压是5V的电源；所述RTC时钟模块与单片机模块I2C接口连接。
[0008]所述温湿度采集模块包括温湿度采集器和数据处理模块；所述温湿度采集器将采集到的数据通过数据处理模块传输给上位机；所述温湿度采集器是放置在养护室内的六个不同位置的温湿度采集器。
[0009]所述上位机通过数据处理模块与现场显示模块连接。
[0010]所述空调控制模块包括红外发射电路、红外接收电路、单片机、LED指示灯、存储器和串口通信；所述红外发射电路、红外接收电路、LED指示灯、存储器以及串口通信均与单片机连接。
[0011]有益效果
[0012]本实用新型通过设置的上位机、现场显示模块、无线通信GPRS模块和底层控制单元，能够实现混凝土养护实验室对环境精确控制的实际需求，适合我国建筑行业状况、自动化程度高、性能稳定、安全、可靠；能够提高工作效率和控制的精确度，减少资源浪费，降低劳动强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的原理框图；
[0014]图2是本实用新型的无线通信GPRS模块的原理框图；
[0015]图3是本实用新型的空调控制模块的原理框图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0017]如图所示，一种混凝土养护监控系统包括四部分，第一部分是上位机，以监控MCGS组态软件为基础，采用MCGS组态软件设计监控界面，结合MATLAB的应用程序进行扩展优化，具有实时数据显示、存储，历史数据查询，故障和超限报警的功能，并且能将每个底层节点的养护状态进行动画显示。MCGS组态软件以及MATLAB的应用程序均是现有技术；MCGS组态软件集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库、通讯技术于一体；其包括动态显示、历史趋势记录、报警、控制策略组件等；并能提供一个友好的用户界面。第二部分包括现场显示模块，采用MCGS嵌入式的人机界面触摸屏完成养护现场监控温湿度参数状况。第三部分是无线通信GPRS模块，为管理员提供远距离查询数据；第四部分底层智能控制单元包括温湿度传感器、温湿度采集模块，空调控制模块、电磁阀控制模块以及控制处理模块，实现各参数的现场采集控制，并且能根据上位机发出的命令对底层传感器进行数据上传，实现实时采集现场数据并能上传给上位机的功能。
[0018]上位机采用串口通信具有硬件连接简单，通信可靠的特点，上位机采用双串口，一方面与底层智能控制单元连接，标准RS485信号传输方式，实现与各个温湿度变送器的通信；另一方面连接无线通信GPRS模块进行无线通信。
[0019]无线通信GPRS模块可实时发送短消息，定时报告养护环境温湿度实时参数，方便管理员即时监测养护环境温湿度参数，完成远程的数据查询和报警数据的自动发送，实现系统的实时性。无线通信GPRS模块包括短信收发模块、电源模块、GPRS模块、串口模块、RTC时钟模块以及单片机模块；完成短信收发功能，日历时钟功能，温湿度采集功能。单片机模块采用STC12LE5A60S2单片机，单片机模块完成温湿度数据和时钟数据的采集、处理、短信发送等功能，是系统的核心。可通过串口模块完成时钟同步，更新管理员手机号码、发送时间等参数的设置。使用基于STE单芯片ARM926EJ-S架构的SM900A模块，使用AT指令协议完成无线上网和短信收发功能，上位机调用GPRS设备驱动，搜集在线注册信息，向在线GPRS发送读取瞬时温湿度参数和累计参数指令，同时准备接收返回的数据；串口模块与单片机模块连接，产生MAX232电平，与PC机通信，使用组态软件的标准MODBUS协议传输温湿度等数据。GPRS模块联网通信时功率较大，模块设计使用最大3A电流的5V电源。RTC时钟模块与单片机模块I2C接口连接，使用DS1302模块，工作电压低，功耗低，误差小。
[0020]底层控制单元包括由设置在现场的混凝土养护室六个温湿度采集模块、空调控制模块、电磁阀控制模块以及控制处理模块。六个温湿度传感器采集混凝土养护环境中的六组温湿度参数数据，参数数据的信号通过温湿度采集器和控制处理模块连接上位机；上位机可远程进行六组温湿度数据显示、控制和报警；空调控制模块通过控制处理模块接受上位机发出的控制信号，进而控制空调温度，调节养护室环境温度参数；电磁阀控制模块通过控制处理模块接受上位机发出的控制信号，进而控制电磁阀动作喷淋，调节养护室环境湿度参数，最控制养护环境的温度；能够实现自动控制养护室现有的空调和喷淋设备进行温湿度调节，方便操作人员使用，不改变现有空调和喷淋设备的结构，成本较低，非常实用。
[0021]六个温湿度采集模块包括温湿度传感器SHT10，数据处理模块采用AT89S2051和485数据转换采用MAX485芯片组成，温湿度传感器采集温湿度信息，将采集到的温湿度信息传输到数据处理模块内部，在经过MAX485芯片通过RS485协议传输到上位机，完成温湿度的米集。
[0022]温湿度传感器SHT10基于MODBUS工业控制总线协议的数据传输，标准RS485信号传输方式，由电容式聚合体测湿元件和能隙式测温元件组成，通过防潮处理，适合潮湿环境使用，分别设置在养护室环境不同关键采集点进行温湿度采集，各点实时采集的温湿度数据，通过模糊自整定PID控制，保证养护室各个点温湿度数据控制在标准要求的范围内，实现系统良好的抗干扰性和适应性。
[0023]温湿度传感器SHT10采集的集温度信息，转化为数字信号，串行输入进STC12C5A16S2单片机。STC12C5A16S2单片机处理收集到温湿度信号，将温湿度数据通过标准RS485传输发送给上位机，一方面在上位机内设定有温湿度值设定值，当任一温度传感器的温度值超过设定范围:20±2°C、湿度低于95%时，上位机发送信号给空调控制器和电磁阀控制器，调节空调和喷淋装置动作；另一方面上位机将标准RS485信号传输传感器的数据通过标准RS485发送给现场的人机界面触摸屏，使现场的人机界面触摸屏的数据与上位机的数据实时相同；另外系统按照实际需要能够设计上位机显示报警信号来提醒工作人员，同时报警信号也会传输到现场的人机界面触摸屏上，便于现场及时发现温度报警信息。
[0024]空调控制模块具有通过学习不同型号遥控器，进而控制不同型号空调的功能，空调控制模块包括红外发射电路、红外接收电路、单片机、LED指示灯、存储器以及串口通信。
[0025]空调控制模块进行自动控制空调前对其空调遥控器的红外学习，空调控制模块的STC89C52单片机采用的是低电平复位的方式，当按键按下时就会产生一个低电平脉冲，单片机复位。上位机对空调控制器发出学习指令信号，需要学习的遥控器按键的信号，就按下相应遥控器按键，红外发射电路和红外接收电路的信号输入端接收空调遥控器的红外信号，传输给单片机，STC89C52单片机对接收到的遥控器信号进行放大、检波和解调得到TTL电平的编码信号，通过解码和保存，保证发射出的红外信号与学习的信号相同。当任一温度传感器的温度值超过设定范围:20±2°C时，上位机发送信号给空调控制模块，完成对养护室空调温度的自动控制。
[0026]另外空调控制模块经发射电路的放大后再发射出去，完成学习和发射的动作，通过对多个空调的红外遥控器进行学习和存储就可以实现一个遥控器控制多台空调的功能，适合养护室面积较大，空调控制模块同时控制房间内多台空调的目的，可以有效降低成本，并保证整个养护室温湿度参数的均匀性。
[0027]温湿度传感器将采集到的温湿度数据传到上位机中，上位机根据采集到的湿度值进行PID运算，用计算得的平均值与设定值95%与97%进行比较，当湿度的平均值大于97%时，上位机给出指令电磁阀控制模块使电磁阀关闭。当湿度的平均值小于95%时，上位机给出指令电磁阀控制模块使电磁阀开启。电磁阀型号可以根据混凝土养护室内喷淋水管的管径来确定。
[0028]为方便工作人员在现场能够实时监测到养护室温湿度参数的数据的变化。人机界面触摸屏采用一套以嵌入式低功耗CPU为核心(主频600MHz)的高性能嵌入式一体化触摸屏TPC系列。在养护室内放有工控的触摸屏，用于对养护室温湿度参数的现场显示。TPC系列触摸屏采用了分辨率800X600的高亮度TFT液晶显示控制模块。实现显示温湿度数据与上位机保持一致。
[0029]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种混凝土养护监控系统，其特征在于:包括上位机、现场显示模块、无线通信GPRS模块和底层控制单元；所述底层控制单元接收来自上位机传输的数据，底层控制单元对采集到的数据处理后再通过上位机向无线通信GPRS模块反馈；所述无线通信GPRS模块包括短信收发模块、电源模块、GPRS模块、串口模块、RTC时钟模块以及单片机模块；所述底层控制单元包括温湿度采集模块、空调控制模块、电磁阀控制模块以及控制处理模块；所述上位机和现场显示模块均与控制处理模块连接；所述温湿度采集模块、空调控制模块以及电磁阀控制模块均与控制处理模块连接；所述无线通信GPRS模块通过上位机与控制处理模块连接；所述短信收发模块、电源模块、GPRS模块、串口模块以及RTC时钟模块均与单片机模块连接。
2.根据权利要求1所述的混凝土养护监控系统，其特征在于:所述现场显示模块包括采用MCGS嵌入式的人机界面触摸屏。
3.根据权利要求1所述的混凝土养护监控系统，其特征在于:所述短信收发模块是基于STE单芯片ARM926EJ-S架构的SM900A模块；所述电源模块包括电流为3A，电压是5V的电源；所述RTC时钟模块与单片机模块I2C接口连接。
4.根据权利要求1所述的混凝土养护监控系统，其特征在于:所述温湿度采集模块包括温湿度采集器和数据处理模块；所述温湿度采集器将采集到的数据通过数据处理模块传输给上位机；所述温湿度采集器是放置在养护室内的六个不同位置的温湿度采集器。
5.根据权利要求1所述的混凝土养护监控系统，其特征在于:所述上位机通过数据处理模块与现场显示模块连接。
6.根据权利要求1所述的混凝土养护监控系统，其特征在于:所述空调控制模块包括红外发射电路、红外接收电路、单片机、LED指示灯、存储器和串口通信；所述红外发射电路、红外接收电路、LED指示灯、存储器以及串口通信均与单片机连接。
【文档编号】G08C17/02GK204229630SQ201420753833
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】贾岩, 冯波, 郭庭海, 聂金荣, 孙君曼, 张玉芳, 张进峰, 陈红丽, 程晓天 申请人:河南省产品质量监督检验院