一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及大型水利工程（如大坝、水利枢纽）的安全检测领域，特别涉及一 种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统。
【背景技术】
[0002] 对水利工程中的裂缝与伸缩缝应定期监测其现状和发展趋势，以便分析其变化的 产生原因及其对水利工程安全的影响，并及时进行有效的治理。目前采用的技术，如中国专 利CN103512545A -种混泥土大坝内部裂缝监测方法及监测技术，是在混凝土坝内平行布 置两条量程均不同的监测仪，当裂缝大小出现在仪器设定的范围内时，即可测得裂缝变形 值。中小型水库土坝安全监测系统及预测分析（韩哲，湖南大学，硕士论文，2011. 4)通过只 能传感器，电源自动管理系统与点对点实时网络数字传输三者的综合运用，并编制软件系 统，进行动态分析与安全评价。
[0003] 基于ARM9的水坝安全监测系统设计（李鹏等，自动化仪表，2010,31(11)，Ρ47-50) 针对中小型水电站及水库坝体的安全监测系统自动化不高的问题，设计了基于ARM9嵌入 系统的网络化监测系统。
[0004] 综上所述，现有技术对水利工程的安全监测起到保证性作用，但也存在一定的局 限性，如，在土坝中埋设传感器，电源都要定期更换，现场监测的线路很长，又架设在野外， 外露的传感器易受外界环境的破坏等，给水利工程监测带来一定的隐患与不安因素。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的缺陷，本实用新型采用无线传感网络和图像处理技术，并辅 以一定的预测方法，实现大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统化。具体技术方案 如下：
[0006] 一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统，由监测节点、网关节点、监测 中心电子计算机组成，监测节点分布设置在水利工程上，特别是裂缝或/和伸缩缝处，监测 节点是带有摄像传感器的ZigBee无线传感网络节点，监测节点经网关节点通过GPRS网络 与Internet网络连接监测中心电子计算机，将水利工程裂缝与伸缩缝的图像信息实时传 输到监测中心电子计算机中，安装在计算机上的专用计算软件，定量计算出所监测水利工 程裂缝与伸缩缝变化值，当变化值超出规定阈值时，计算机上自动显示预警，同时将预警发 送至操作人员手机上，从而对水利工程裂缝与伸缩缝的发展趋势进行预测。
[0007] 进一步的，监测节点由以下部件组成：摄像传感器、信号调理电路、基于ZigBee 通信协议的射频发射模块，其中摄像传感器通过信号调理电路与基于ZigBee通信协议的 射频发射模块连接，且均与光电源连接，光电源上连有电源管理芯片，统一控制供电；基于 ZigBee通信协议的射频发射模块上连接有液晶显示器和USB接口。
[0008] 优选的，摄像传感器为SAT系列红外探测器。
[0009] 优选的，基于ZigBee通信协议的射频发射模块是CC2430芯片。
[0010] 进一步的，网管节点由以下部件：基于ZigBee通信协议的射频接受模块、微处理 器、SIM卡座、GPRS模块顺次连接而成，它们均由风光电源供电，并由电源管理芯片统一执 行供电管理。
[0011] 优选的，微处理器选用AT91RM9200芯片。
[0012] 有益效果
[0013] 本实用新型与现有技术相比具有以下积极效果：（1)采用摄像头传感器，对水利 工程裂缝和伸缩缝进行监测，是一种无接触的，可以增加监测系统的可靠性，提高监测精 度。（2)采用ZigBee网络协议，由于灵活的网络结构，超大的网络容量，特别适合大型水利 工程的安全监测。（3)采用无线传感网络，无需在水利工程上敷设大量导线，节约成本，降低 施工难度。（4)无需工作人员定期巡回检查监测系统，节约大量人力成本。（5)将ZigBee 网络、GPRS网络和Internet网络结合起来，适合大型与超大型水利工程的安全监测。（6) 采用红外摄像传感器可不受天气影响实施24小时监测。
【附图说明】
[0014] 图1是一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统；
[0015] 图2是ZigBee网络监测节点原理图；
[0016] 图3是ZigBee网络网关节点原理图。
[0017] 其中，1.监测节点；2.网关节点；3. GPRS网络；4. Internet网络；5.监测中心计算 机；6.摄像传感器；7.信号调理电路；8.基于ZigBee通信协议的射频发射（接收）模块； 9液晶显示器；10. USB接口；11.光电源；12.电源管理芯片；13.微处理器；14.风光电源； 15. SIM 卡座；16. GPRS 模块。
【具体实施方式】
[0018] 为使本申请的目的和技术方案更加清楚，以下结合附图对本申请的技术方案进行 清楚、完整地描述。所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于 所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0019] 实施例1 :一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统，由监测节点1、网 关节点2、监测中心电子计算机5组成，监测节点1分布设置在水利工程上，特别是裂缝或 /和伸缩缝处，监测节点1是带有摄像传感器6的ZigBee无线传感网络节点，监测节点经 网关节点通过GPRS网络3与Internet网络4连接监测中心电子计算机5,将水利工程裂 缝与伸缩缝的图像信息实时传输到监测中心电子计算机中，安装在计算机上的专用计算软 件，定量计算出所监测水利工程裂缝与伸缩缝变化值，当变化值超出规定阈值时，计算机上 自动显示预警，同时将预警发送至操作人员手机上，从而对水利工程裂缝与伸缩缝的发展 趋势进行预测。
[0020] (1)监测节点
[0021] 如图2所示的监测节点1，红外摄像传感器6将对准所要监测水利工程中的裂缝 和伸缩缝，将摄制的图像经信号调理电路7处理后，由基于ZigBee通信协议的射频模块8 发射图像信息。监测节点1用光伏电源11。监测节点1的各个芯片型号可以作如下选择： CC2430是Chipcon公司生产的用来实现嵌入式ZigBee应用的芯片系统，它支持2. 4GHz IEEE802. 15. 4/ZigBee协议。CC2430芯片以强大的集成开发环境作为支持，内部线路的交 互式调试以遵从IDE的IAR工业标准为支持，得到嵌入式机构的高度认可，CC2430芯片系 统模块集成了 CC2420RF收发器，增强工业标准的8051MCU. 32/64/128KB闪存，8KB SRAM等 高性能模块，并内置ZigBee协议，加上超低能耗，使得它可以用很低的费用构成ZigBee节 点。
[0022] 红外摄像传感器6采用SAT系列红外摄像仪，其均采用非制冷焦作平面红外探测 器，该红外探测器采用多晶硅材料制备的单片式电阻型微测辐射热计技术，探测器列陈规 模320X240,像元中心距45 μΜ，填充因子大于80%，噪声等效温差（NETD)达到IOOmk(典 型值）。
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