一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种无线倾角传感器节点，尤其是涉及一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点。
【背景技术】
[0002]隧道结构监测对于确保基础设施建设和运营安全至关重要。由于隧道环境恶劣且不易进入，基于无线传感器网络的隧道结构监测系统正在逐渐代替人工监测，发挥着重要的作用。
[0003]无线传感器网络中传感器节点的能量非常有限，且下隧道更换节点电池明显增加维护成本，因此能耗问题一直是无线传感器网络的核心问题。当前的传感器节点主要以电池供电为主。在能量非常有限的情况下，维持较长时间的数据采集、数据处理和数据传输，必然实现低功耗传感器节点。
[0004]隧道管片的倾斜度是隧道结构监测系统中一项重要的监测指标。倾角是一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点缓变量，其数据采集周期较大。因此，具有休眠机制的低功耗倾角传感器节点可以有效降低数据采集和数据处理消耗的能量。传感器节点利用低功耗的ZigBee通信技术完成数据传输。但现有的无线倾角传感器节点在低功耗和隧道适应性等方面存在不足。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能、高效的应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点。
[0006]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，包括:
[0007]倾角传感器；
[0008]光继电器:与所述的倾角传感器连接；
[0009]控制模块:分别连接所述的光继电器和倾角传感器；
[0010]通信模块:包括相互连接的天线和ZigBee通信模块，所述的ZigBee通信模块与控制模块连接；
[0011 ]电源模块:分别连接所述的通信模块和控制模块；
[0012]所述的倾角传感器、光继电器、ZigBee通信模块和电源模块由设备壳体封装，所述的天线设置在所述的设备壳体外部。
[0013]所述的控制模块为M⑶处理芯片。
[0014]所述的MCU处理芯片为MCU_ATmegal6芯片。
[0015]所述的电源模块包括干电池和锂电池，所述的干电池与所述的ZigBee通信模块连接，所述的锂电池与所述的控制模块连接。
[0016]所述的ZigBee通信模块为CC2530芯片。
[0017]所述的光继电器是型号为TLP171A的光继电器。
[0018]所述的倾角传感器安装在所述的设备壳体内壁上。
[0019]所述的倾角传感器安装在与天线所在面相邻的内壁上或所述的倾角传感器安装在与天线所在面相对的内壁上。
[0020]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0021](I)本实用新型的倾角传感器在设备壳体内有两种安装方式，适用于隧道结构监测，根据不同的倾角传感器位置实现两种不同倾角方向的测量，包括测量隧道轴向和径向的管片倾斜度；
[0022](2)本实用新型通过MCU处理芯片控制光继电器进而控制倾角传感器的通断，实现节点低功耗功能，延迟了节点使用时间；
[0023](3)本实用新型采用的型号为TLP171A的光继电器，体积小、功耗低，有处于实现无线倾角传感器的低功耗运行；
[0024](4)本实用新型采用的CC2530芯片具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗；
[0025](5)本实用新型采用的MCU-ATmegal6芯片是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，其高性能、低功耗的特点保证了无线传感器节点的低功耗运行。
【附图说明】
[0026]图1为无线倾角传感器节点的结构框图；
[0027]图2为无线倾角传感器节点的安装示意图；
[0028]图3为倾角传感器安装在与天线所在面相邻的内壁上时，无线倾角传感器节点的安装示意图；
[0029]图4为倾角传感器安装在与天线所在面相对的内壁上时，无线倾角传感器节点的安装示意图；
[0030]图5为无线倾角传感器节点用于隧道检测时的安装示意图；
[0031 ]图6为安装环上安装两个无线倾角传感器节点的结构示意图；
[0032]图7为安装环上安装四个无线倾角传感器节点的结构示意图；
[0033]图中标识为:I倾角传感器，2光继电器，3M⑶处理芯片，4ZigBee通信模块，5天线，6干电池，7锂电池，8设备壳体，9安装环，10无线倾角传感器节点。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0035]如图1所示，一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，包括:倾角传感器1、与倾角传感器I连接的型号为TLP171A的光继电器2、控制模块、通信模块及电源模块，通信模块包括相互连接的天线5和与控制模块连接CC2530芯片；控制模块为MCU-ATmegaie芯片，分别连接所述的光继电器2和倾角传感器I，通过光继电器2控制倾角传感器I的供电，具体控制过程如下:MCU-ATmegal6芯片默认为掉电模式，当收到CC2530芯片发送的脉冲信号后切换到工作模式，导通光继电器2，接收来自倾角传感器I的测量数据，然后，MCU-ATmegal6芯片切断光继电器2，把测量数据传输至CC2530芯片。所述的电源模块包括电压为3V的干电池6和电压为3.7V的锂电池7，所述的干电池6与所述的CC2530芯片连接，所述的锂电池7与所述的控制模块连接。
[0036]如图2所示，所述的倾角传感器1、光继电器2、CC2530芯片和电源模块由设备壳体8封装，所述的天线5设置在所述的设备壳体8外部。
[0037]如图3所示，所述的倾角传感器I安装在与天线5所在面相邻的内壁上，如图4所示，所述的倾角传感器I安装在与天线5所在面相对的内壁上，实现两种不同倾角方向测量。
[0038]如图5所示，隧道结构监测区域分为重点监测区和普通监测区。无线倾角传感器节点10固定在安装环9上。在重点监测区，一个安装环9上安装4个无线倾角传感器节点10(如图7所示)且安装环9间距较近，数量为4;在普通监测区，一个安装环9上安装2个无线倾角传感器节点10(如图6所示)且安装环9间距较远。
【主权项】
1.一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，其特征在于，包括: 倾角传感器(I); 光继电器(2):与所述的倾角传感器(I)连接； 控制模块:分别连接所述的光继电器(2)和倾角传感器(I); 通信模块:包括相互连接的天线(5)和ZigBee通信模块(4)，所述的ZigBee通信模块(4)与控制模块连接； 电源模块:分别连接所述的通信模块和控制模块； 所述的倾角传感器(I)、光继电器(2)、ZigBee通信模块(4)和电源模块由设备壳体(8)封装，所述的天线(5)设置在所述的设备壳体(8)外部。2.根据权利要求1所述的一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，其特征在于，所述的控制模块为MCU处理芯片(3)。3.根据权利要求2所述的一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，其特征在于，所述的MCU处理芯片(3)为MCU-ATmega 16芯片。4.根据权利要求1所述的一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，其特征在于，所述的电源模块包括干电池(6)和锂电池(7)，所述的干电池(6)与所述的ZigBee通信模块(4)连接，所述的锂电池(7)与所述的控制模块连接。5.根据权利要求1所述的一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，其特征在于，所述的ZigBee通信模块(4)为CC2530芯片。6.根据权利要求1所述的一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，其特征在于，所述的光继电器(2)是型号为TLP171A的光继电器。7.根据权利要求1所述的一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，其特征在于，所述的倾角传感器(I)安装在所述的设备壳体(8)内壁上。8.根据权利要求1或7所述的一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点，其特征在于，所述的倾角传感器(I)安装在与天线(5)所在面相邻的内壁上或所述的倾角传感器(I)安装在与天线(5)所在面相对的内壁上。
【专利摘要】本实用新型涉及一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器(1)节点，包括倾角传感器(1)；光继电器(2)：与所述的倾角传感器(1)连接；控制模块：分别连接所述的光继电器(2)和倾角传感器(1)；通信模块：包括相互连接的天线(5)和ZigBee通信模块(4)，所述的ZigBee通信模块(4)与控制模块连接；电源模块：分别连接所述的通信模块和控制模块；所述的倾角传感器(1)、光继电器(2)、ZigBee通信模块(4)和电源模块由设备壳体(8)封装，所述的天线(5)设置在所述的设备壳体(8)外部。与现有技术相比，本实用新型可以更节能、更高效地应用于各类倾角监测环境。
【IPC分类】H04Q1/08, H04W88/02
【公开号】CN205249427
【申请号】CN201521005622
【发明人】何斌, 李刚, 黄宏伟, 许点红, 邰士强, 唐利敏, 王飞, 武尚卿, 刘可
【申请人】同济大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月7日