一种基于太阳能供电的无线通信的云智能采集模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于太阳能供电的ZIGBEE无线通信的云智能采集模块，应用于一种云智能数据采集模块，可实现多种监测参数测量的模块，涉及到土木施工安全监测行业领域。
【背景技术】
[0002]目前随着国家对基础设施建设的重视和关注，越来越多的地铁、桥梁、隧道等工程开始实施，同时由于各监管部门对于施工期间安全监测的要求提高，使得土木安全监测的行业对监测系统多参数、高精度、实时性、传输智能化等要求也越来越高。
[0003]为使得监测系统满足行业需求，实现多个参数的实时测量，传统实现方式是使用多个功能独立的采集单元，使用工业总线的方式进行组网。在系统组网建设时，需要人工布线、调试、维护。
[0004]上述传统监测系统实现存在以下的不足:
首先传统监测系统复杂程度较高，因为采集模块功能单一，按照功能拼凑进行实现。且由于各单一功能的模块往往使用不同厂家的产品，接口方式和协议的兼容性也存在差异，进一步增加了系统的复杂程度和维护成本。
[0005]其次由于传统监测系统需要，如系统供电、数据传输等要求，需要使用电缆、光纤、网线等有线方式进行布设，施工难度较大，且增加一定材料成本。
[0006]综上所述，传统的监测在功能单一、系统供电、数据传输等方面存在一定的局限性，难以满足特定工况下的要求。
【发明内容】
[0007]本发明目的在于解决的技术问题就在于以下几点:
(1)实现多参数测量，即一个采集模块同时实现振弦采集、测斜仪采集、噪声采集功會K ;
(2)实现无线传输，避免现场布线的难度和成本；
(3)实现太阳能供电，避免其他供电方式的不利影响；
(4)实现数据的定时采集和内部存储。
[0008]为实现上述技术目的，本设计采用的以下技术方案:
一种基于太阳能供电的无线通信的云智能采集模块，该模块设计有一块太阳能板、充电电路、锂电池，锂电池为微控制器提供电源；
通信模块通过印刷电路板布线I与微控制器的UART端口相连，云智能采集模块是一种利用ZIGBEE协议无线通信模块，通过无线组网方式进行数据传输；
模块内设计有振弦采集功能电路、信号滤波电路，通过印刷电路板布线II与微控制器的ADC端口相连，可实现多种参数的测量功能；
模块内设计有测斜仪采集电路，通过印刷电路板布线与微控制器的UART端口相连，采集模块可实现测斜仪采集功能；
模块内设计有噪声采集电路，通过印刷电路板布线与微控制器的ADC端口相连，采集模块可实现噪声采集功能；
模块内设计有实时时钟电路，通过印刷电路板布线与微控制器的IIC端口相连，云智能采集模块可实现自动定时采集，并进行数据存储；
模块内设计有数据存储器电路，通过印刷电路板布线与微控制器的SPI端口相连，采集模块可实现数据存储。
[0009]所述太阳能板为5V/3W的太阳能板。
[0010]所述锂电池为3.7V锂电池。
[0011]通信模块为ZIGBEE通信模块。
[0012]微型控制器控制采集电路产生一系列的脉冲激励信号，使得振弦类传感器内部钢弦产生自由振荡，由钢弦自由振荡产生的振弦信号经过放大电路、滤波电路后，输入到模拟数字转换器中进行数值化采集，微型控制器通过对数值化采集的数据进行计算，得到振弦传感器的频率参数，以实现振弦数据采集的功能。
[0013]实现测斜仪采集功能的电路设计方案是:采集模块设计一个RS485驱动电路，并通过光耦继电器对测斜仪电源进行控制，达到电源开关的控制要求。当采集模块接入测斜仪后，微控制器打开测斜仪电源，驱动RS485电路，采集测斜仪数据。
[0014]实现噪声采集功能的电路设计方案是:通过麦克风将境声音信号转换为电压信号，电压信号经过不同增益的放大电路，自动根据噪声的大小选择匹配的增益进行放大。放大后的电压信号经过带通滤波器进行滤波后，再进入到全波整流电路并输入到模拟数字转换器中进行数值化采集，微控制器对数值化数据进行计算，得到实际噪声值。
[0015]为满足无线传输的要求，本设计采用的方案是:使用ZIGBEE无线模块，微控制器通过控制ZIGBEE模块，将采集到的数据进行上报。微控制器与无线模块之间的接口采用异步通信的方式，当不要数据通信时，微控制器可自动关闭无线模块的电源，以降低系统的整体功耗。
[0016]采集模块电源设计方案是，使用可充电锂电池作为主电源，并设计充电控制电路，充电源为5伏特、3瓦的太阳能板，当有光照时，太阳能板通过充电控制电路对锂电池进行充电，无光照时，采集模块通过锂电池进行工作。
[0017]本发明的有益效果:
综上所述，云智能采集模块内部设计有多参数采集电路、通信电路、实时时钟、存储器等，通过微型控制器的自动控制，可实现振弦传感器采集、测斜仪采集、噪声采集功能，并通过无线进行传输，且系统是锂电池供电、太阳能充电的装置，因此可实现完全无线布点、智能采集的功能，弥补了传统监测系统中不足。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的模块结构框图；
图2为本发明的安装示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图1、2对本发明进行详细描述:
一种基于太阳能供电的无线通信的云智能采集模块，该模块设计有一块太阳能板1、充电电路2、锂电池3，锂电池3为微控制器15提供电源；
通信模块4通过印刷电路板布线I 5与微控制器15的UART端口相连；
模块内设计有振弦采集功能电路7、信号滤波电路8，通过印刷电路板布线II 6与微控制器15的ADC端口相连；
模块内设计有测斜仪采集电路9，通过印刷电路板布线与微控制器15的UART端口相连；
模块内设计有噪声采集电路10，通过印刷电路板布线与微控制器15的ADC端口相连； 模块内设计有实时时钟电路11，通过印刷电路板布线13与微控制器15的IIC端口相连；
模块内设计有数据存储器电路12，通过印刷电路板布线14与微控制器15的SPI端口相连。
[0020]所述太阳能板I为5V/3W的太阳能板。
[0021]所述锂电池3为3.7V锂电池。
[0022]通信模块4为ZIGBEE通信模块。
[0023]本发明的安装过程:
将云智能数据采集模块1-3，安装固定于离地面有一定高度的安装平台1-4上，安装完毕后调整天线1-1、太阳能电池板1-2额定角度和位置，安装平台1-4安装支架1-5上，打开云智能采集模块的电源开关，此时采集模块自动获取无线网络地址，并进行数据通信。
[0024]通过在无线管理端可设置云智能采集模块的实时时钟、采集间隔、采集方式等参数，启动后，云智能采集模块可实现多参数自动测量、无线传输功能。
[0025]无线模块使用的天线应尽量远离大面积的金属平面及地面，安装设备时，要使天线距离金属管或者金属平面至少10cm，安装位置至少离地面I米以上。并尽量减少天线之间的障碍物。
[0026]现场安装时，应将太阳能板朝向正南方向(夏季稍偏西，冬季稍偏东)，一般倾斜角为45度角(现场依据实际情况，可稍微调整)，因为45度角不仅可以有效的吸收光能还可以最大限度的减少风阻和增加支架的支撑力，以保证锂电池一天内的有效充电时间。
【主权项】
1.一种基于太阳能供电的无线通信的云智能采集模块，其特征在于:该模块设计有一块太阳能板(I)、充电电路(2)、锂电池(3)，锂电池(3)为微控制器(15)提供电源； 通信模块(4)通过印刷电路板布线I (5)与微控制器(15)的UART端口相连； 模块内设计有振弦采集功能电路(7)、信号滤波电路(8)，通过印刷电路板布线II (6)与微控制器(15)的ADC端口相连； 模块内设计有测斜仪采集电路(9)，通过印刷电路板布线与微控制器(15)的UART端口相连； 模块内设计有噪声采集电路(10)，通过印刷电路板布线与微控制器(15)的ADC端口相连； 模块内设计有实时时钟电路(11 )，通过印刷电路板布线(13)与微控制器(15)的IIC端口相连； 模块内设计有数据存储器电路(12)，通过印刷电路板布线(14)与微控制器(15)的SPI端口相连。2.根据权利要求1所述的基于太阳能供电的无线通信的云智能采集模块，其特征在于:所述太阳能板(I)为5V/3W的太阳能板。3.根据权利要求1所述的基于太阳能供电的无线通信的云智能采集模块，其特征在于:所述锂电池(3)为3.7V锂电池。4.根据权利要求1所述的基于太阳能供电的无线通信的云智能采集模块，其特征在于:通信模块(4)为ZIGBEE通信模块。
【专利摘要】本发明涉及一种基于太阳能供电的ZIGBEE无线通信的云智能采集模块，应用于一种云智能数据采集模块，可实现多种监测参数测量的模块，涉及到土木施工安全监测行业领域。在工程施工的安全监测行业，对监测对象的多样化、测量系统的高精度、易于安装提出了更高的要求，而传统的监测手段主要是通过对功能单一的模块进行系统集成，如噪声采集仪、测斜仪、振弦采集仪等，通过工业总线方式进行组网传输，存在系统复杂、布线工艺大、维护成本高等缺点，难以满足安全监测行业对监测系统要求。本文主要介绍一种新型太阳能供电的云智能采集模块的基本原理和功能特点，提出一种新的数据采集器的设计方法。
【IPC分类】G08C17/02, H02J7/00, H04L29/08
【公开号】CN104992546
【申请号】CN201510401133
【发明人】刘付鹏, 刘文峰, 谢镇, 王辅宋, 李松, 陈志官
【申请人】江西飞尚科技有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月10日