一种远程测振采集器及爆破信号采集方法
【专利摘要】本发明公开了一种能够远程设置测振采集器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采集器。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。
【专利说明】一种远程测振采集器及爆破信号采集方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及爆破振动信号采集【技术领域】，特别涉及一种远程测振采集器及爆破信号采集方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]其中，如何实现测振采集器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。
[0004]而目前广泛使用的测振采集器需要测振人员手工从测振采集器中获取收集到的爆破振动信号。测振人员手工从测振采集器获取爆破振动信号，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。
[0005]当前行业采集器主要方式为设备采集，再通过软件处理采集到的数据。广泛的采集器软件与采集设备分离，采集器仅负责采集并存储数据，而安装在PC端或其他设备上的软件负责对数据的处理，转发等。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的是针对现有爆破信号采集的技术不足，提供一种远程测振采集器及爆破信号采集方法。
[0007]为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为:
一种远程测振采集器，其包括基于Android嵌入式系统的采集控制芯片及与采集控制芯片连接的电源管理电路；所述的电源管理电路包含与外部电源调理电路连接的电源电量检测芯片，该芯片负责检测输入电源锂电池的健康状态；采集控制芯片通过无线网络与服务器相连。
[0008]进一步优化地，所述采集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、显示器接口与SD插槽。
[0009]进一步优化地，所述远程测振采集器还包括存储器、模数转换器、传感器、触摸液晶屏、物理按键、存储系统、SD卡控制器；所述采集控制芯片与存储器及模数转换器连接；所述触摸液晶屏、物理按键、存储系统、及SD卡控制器皆与采集控制芯片相连接；所述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所述模数转换器；所述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，并交由采集控制芯片处理成文件；所述模数转换器的工作时钟由采集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Android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。
[0010]进一步优选地，所述无线网络包括无线上网卡或内置无线USB网卡。
[0011]本发明还提供一种采用上述远程测振采集器的爆破信号采集方法，其包括如下步骤:
1)先从服务器中申请任务，并将申请的任务密钥添加到USB密钥盘中；
2)设置所述采集器采集信号的参数以及采集信号时长；
3)接着，插入USB密钥盘，所述采集器启动后，自动匹配信息，匹配信息成功后，所述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存在外存储器中；
4)最后，采集器再通过无线网络将文件上传到服务器。
[0012]进一步地，步骤I)中，每个采集器包含一个唯一的设备密钥，设备密钥上设有唯一的编号，该信息都会在采集器生产时注册到档案馆的服务器；且每个采集器使用之前都需要到服务器进行任务申请，并将申请的任务密钥下载到USB密钥盘，所述档案馆是管理测振信息的门户系统，所述任务密钥是档案馆自动生成的爆破任务加密信息，所述设备密钥是记录设备信息的加密信息，所述USB密钥盘是在接入通用串行口的闪存盘。
[0013]进一步地，步骤2)中，测振人员通过用户交互接口在采集器上对爆破采集参数进行设置。
[0014]进一步地，步骤3 )中，所述设备密钥和所述任务密钥匹配成功后，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，然后将数字信号写入文件中并存在采集器。
[0015]进一步地，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；所述数字信号写入文件的方式采用C语言编写，编写在Android系统的JNI层，跳过JVM虚拟机，加速对内存的操作，大大减缓写入文件的时间。
[0016]进一步地，步骤4)中，服务器根据采集器编号和任务密钥识别匹配采集器。
[0017]采用上述技术方案的采集器运行安卓系统，且所述采集器通过无线网络与服务器相连，并能通过人机交互界面查看采集器的信息，特别是能实时显示电源电量信息。
[0018]本发明相对于现有技术，具有以下有益效果:
1、本发明通过对现场采集爆破振动信号进行采集，实现了上传、在线计算和分析处理流程的全自动化，克服了人为因素的干扰，提高了测振数据的可靠性，提高了测振分析报告在法律层面上的公信度。
[0019]2、本发明为每一个远程测振采集器都配置了唯一的编号；工作人员在撰写测振分析报告的时候，通过这个编号查找到对应的远程测振采集器，进一步在服务器中获取远程测振采集器的对应文件中的所有参数；并且这个编号能够为后期检查数字信号的合法性提供了依据。
[0020]3、本发明通过电源电量检测芯片实时监控输入锂电池的健康状态，工作人员能够在人机交互界面查看锂电池电量信息，及时更换配套的锂电池，更好的为远程测振采集器健康工作状态提供了保障。
[0021]4、本发明为每一个远程测振采集器配置了唯一的设备密钥，保证了设备密钥从产生到传输再到使用以及采集完毕后的销毁整个生命周期的安全性，且每个远程测振采集器使用之前，工作人员都要到服务器申请任务密钥，保证了任务密钥受到严格的权限控制；只有设备密钥和任务密钥匹配信息成功后，该采集器才对爆破振动信号进行采集，提高了测振分析报告的高可靠性和高安全性。
[0022]5、本发明利用GPIO通道模拟实现SPI协议，通过模数转换器将传感器采集的爆破振动模拟信号转换为数字信号；由于Android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通道来模拟实现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。
[0023]6、本发明利用Android嵌入式系统中的JNI层来实现对内存申请及读写操作，从而跳过Android应用层通过JVM虚拟机对内存的操作，使用该技术来实现对高速模数转换结果的保存，大大提高了采集器的工作速度。
[0024]
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明的采集方法流程简图。
[0026]图2为实施例的采集器硬件原理图。
【具体实施方式】
[0027]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。
[0028]本发明的工作流程如图1所示。此发明提供一种能够远程设置测振采集器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采集器，该远程测振采集器通过无线网络与服务器2相连。
[0029]基于上述采集电路的爆破信号采集方法，包括如下步骤:
1)先设置采集器采集信号的参数以及采集信号时长；
2)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无线网络将文件上传到服务器。
[0030]具体地，首先，为每个采集器上分配唯一的设备密钥，密钥中包含唯一的设备编号。通过这个编号可以查找到对应的采集器。
[0031]采集器硬件原理如图2所示。采集器采用了基于Android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，例如通用串口、USB接口、SPI串行通信接口、LCD接口等，能为采集器提供方便实用的硬件资源。因此，该采集器采用S3C6410ARMll作为控制芯片；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。采集器还包括存储器、模数转换器、传感器、网络芯片与专用电源测量芯片。模数转换器采用ADS1274芯片，网络芯片采用DM9000芯片，专用电源测量芯片采用MAX17044芯片。控制芯片与存储器、ADS1274芯片连接，存储器与ADS1274芯片也相连接。控制芯片与DM9000芯片相连接，该采集器采用网络芯片与服务器连接。控制芯片还与MAX17044芯片相连接，该采集器采用专用电源测量芯片与外部电源调理电路连接。该采集器采用传感器采集爆破振动模拟信号。ADS1274芯片通过3 口 GPIO通道连接控制芯片，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的工作时钟由控制芯片内部的脉冲宽度调制输出提供。
[0032]ADS1274芯片负责实现模数转换功能，先将传感器的模拟信号转换成相应的数字信号后，再交给ARM进行后续处理。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Android嵌入式系统在ARM上的自带的SPI接口驱动无法满足ADS1274所需要的高传输速率，故本发明采用通用GPIO 口来模拟实现SPI协议。本发明中使用3端口通用的GPIO通道连接到ADS1274，其中一个端口负责模拟SPI时序，一个端口负责读取SPI数据，另一端口负责判断完成转换的时刻。采集过程中，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输出负责提供，该PWM能够输出达到20MHz以上的稳定脉冲速率。
[0033]由于完成该高速采集操作需要对CPU严格抢占，所以在进入采集数据前，先关闭内核抢占和所有中断，开始采集数据，结束采集后，还原所有中断及内核抢占。采集器传输文件到服务器是通过DM9000芯片实现的。
[0034]其中，采集器是基于Android嵌入式系统的ARM设备，实现以下功能: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。
[0035]采集器通过控制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Android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。
[0036]该采集器采用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存储器则用于存储采集获取的数据。
[0037]该采集器通过控制MAX17044芯片读取电池的容量，并能通过人机交互界面实时显示电源电量信息。由于外部电源的电压不满足该采集器的工作电压，故本发明通过外部电源调理电路转化为采集器的工作电压状态。MAX17044芯片负责实现读取电池的容量功能，先将外部电源调理电路转化后的电压值后，通过I2C接口读取对应的电压值，再交给ARM进行后续处理。
[0038]测振人员在采集器上通过用户交互接口对爆破采集参数进行设置。采集器进行采集并将数字信号写入文件中。采集器将该文件和采集器的编号通过SD-WIFI上传到服务器2上。服务器2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。
[0039]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】
1.一种远程测振采集器，其特征在于包括基于Android嵌入式系统的采集控制芯片及与采集控制芯片连接的电源管理电路；所述的电源管理电路包含与外部电源调理电路连接的电源电量检测芯片，该芯片负责检测输入电源锂电池的健康状态；采集控制芯片通过无线网络与服务器相连。
2.根据权利要求1所述的远程测振采集器，其特征在于:所述采集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、显示器接口与SD插槽。
3.根据权利要求1所述的远程测振采集器，其特征在于:所述远程测振采集器还包括存储器、模数转换器、传感器、触摸液晶屏、物理按键、存储系统、SD卡控制器；所述采集控制芯片与存储器及模数转换器连接；所述触摸液晶屏、物理按键、存储系统、及SD卡控制器皆与采集控制芯片相连接；所述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所述模数转换器；所述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，并交由采集控制芯片处理成文件；所述模数转换器的工作时钟由采集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Android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。
4.根据权利要求1所述的远程测振采集器，其特征在于:所述无线网络包括无线上网卡或内置无线USB网卡。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述远程测振采集器的爆破信号采集方法，其特征在于包括如下步骤: 1)先从服务器中申请任务，并将申请的任务密钥添加到USB密钥盘中； 2)设置所述采集器采集信号的参数以及采集信号时长； 3)接着，插入USB密钥盘，所述采集器启动后，自动匹配信息，匹配信息成功后，所述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存在外存储器中； 4)最后，采集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，每个采集器包含一个唯一的设备密钥，设备密钥上设有唯一的编号，该信息都会在采集器生产时注册到档案馆的服务器；且每个采集器使用之前都需要到服务器进行任务申请，并将申请的任务密钥下载到USB密钥盘，所述档案馆是管理测振信息的门户系统，所述任务密钥是档案馆自动生成的爆破任务加密信息，所述设备密钥是记录设备信息的加密信息，所述USB密钥盘是在接入通用串行口的闪存盘。
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采集器上对爆破采集参数进行设置。
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，所述设备密钥和所述任务密钥匹配成功后，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，然后将数字信号写入文件中并存在采集器。
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；所述数字信号写入文件的方式采用C语言编写，编写在Android系统的JNI层,跳过JVM虚拟机。
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和任务密钥识 别匹配采集器。
【文档编号】G01R31/36GK103942936SQ201310469321
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】高英, 张海华, 李善明, 邢辉星 申请人:华南理工大学