一种基于Zigbee技术的桥梁监测装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于Zigbee技术的桥梁监测装置，应用于桥梁施工安全监测行业。

背景技术：

目前在桥梁施工等领域，桥梁索力轴力、裂缝、受力主体应变、倾斜等监测项是重要的监测对象。传统采集系统采用手持式设备或多通道设备进行采集或系统集成，由于功耗、数据传输等限制，此类采集系统主要采用RS485输出，使用时需要布设电缆进行系统集成。

上述传统采集系统存在以下的不足：

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。

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。

综上所述，传统的监测系统存在功能单一、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。

Zigbee无线模块是一种局域网通信装置，Zigbee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。Zigbee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。中国物联网校企联盟认为：Zigbee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题就在于以下几点：(1)实现无线传输，避免现场布线的难度和成本；(2)采用无线通信接口，避免通信接口的差异性：(3)多功能传感器统一布置，对桥梁全方位监测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的以下技术方案。一种基于Zigbee技术的桥梁监测装置，包括锚索计、裂缝计、应变计、盒式测斜仪、采集设备、Zigbee节点通信模块、Zigbee网关、服务器，锚索计、裂缝计、应变计、盒式测斜仪均连接采集设备，采集设备连接有Zigbee节点通信模块，Zigbee节点通信模块与Zigbee网关无线通信，Zigbee网关与数据服务器通信。

所述采集设备包括微处理器处理器、传感器输入电路、通道选择电路、信号调理电路、激振电路、拾振电路、RS485通信电路、Zigbee通信电路，传感器输入电路连接锚索计、裂缝计、应变计，RS485通信电路连接盒式测斜仪，微处理器连接通道选择电路、信号调理电路、激振电路、拾振电路、RS485通信电路和Zigbee通信电路，传感器输入电路连接通道选择电路，通道选择电路连接信号调理电路。更特别的是微处理器通过通道切换开关连接信号调理电路、激振电路、拾振电路，可选择接通信号调理电路、激振电路、拾振电路，避免信号干扰。

本实用新型所述锚索计采用轴力计。

本实用新型使用Zigbee无线通信，采集设备通过控制Zigbee节点通信模块，将采集到的数据传输至Zigbee网关。采集设备与Zigbee节点通信模块之间的接口采用异步通信的方式，当不要数据通信时，微处理器可自动关闭无线模块的电源，以降低系统的整体功耗。在实际使用时，一个Zigbee网关可接入多个节点，可满足桥梁中多个测点、长工区等场景。

监测规范中对于监测项的要求，主要为桥梁索力轴力、裂缝、受力主体应变、倾斜等监测项，本实用新型设计有锚索计、裂缝计、应变计、盒式测斜仪等传感器，其中锚索计(轴力计)、裂缝计、应变计等为振弦类传感器，因此采集设备设计有振弦采集电路，实现的基本方案是微型控制器控制振弦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。

采集设备实现盒式测斜仪采集功能的电路设计方案是采集模块设计一个RS485通信电路，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。当采集模块接入盒式测斜仪后，微处理器打开测斜仪电源，驱动RS485通信电路，采集测斜仪数据。盒式测斜仪也可以采用杆式测斜仪代替。

当采集设备将数据传输至Zigbee网关后，Zigbee网关内部设计有3G\4G通信模块，其可通过3G\4G网络将局域网的数据上传至数据服务器进行存储和展示，管理员或用户可通过以太网范围服务器对所需数据进行下载、整理报表。

综上所述，本实用新型内部设计有多种监测传感器、采集设备、Zigbee节点通信模块、Zigbee网关、数据服务器等功能模块，采集设备使用通道选择电路选择接通锚索计、裂缝计、应变计，通过通道切换开关连接信号调理电路、激振电路、拾振电路，避免了监测过程信号干扰。通过Zigbee无线网络低功耗、安全可靠的传输等优点，弥补了传统监测系统中不足，实现了多种类型传感器共用采集设备，无需布线，避免现场布线的难度和成本，避免通信接口的差异性，全方位监测桥梁情况。

附图说明

图1是本实用新型的功能框图。

图2是采集设备功能示意图。

图中：1——锚索计、2——裂缝计、3——应变计、4——盒式测斜仪、5——采集设备、6——Zigbee节点通信模块、7——Zigbee网关、8——数据服务器、9——管理员或用户。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图进一步详细阐明本实用新型。

参照图1，一种基于Zigbee技术的桥梁监测装置，包括锚索计1、裂缝计2、应变计3、盒式测斜仪4、采集设备5、Zigbee节点通信模块6、Zigbee网关7、服务器8，锚索计1、裂缝计2、应变计3、盒式测斜仪4均连接采集设备5，采集设备5连接有Zigbee节点通信模块6，Zigbee节点通信模块6与Zigbee网关7无线通信，Zigbee网关7与数据服务器8通信。

所述Zigbee节点通信模块6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1米以上。并尽量减少天线之间的障碍物。桥梁施工现场施工环境复杂，在实际安装采集设备5、传感器、Zigbee网关7及Zigbee节点通信模块6时，应做好防护，避免现场施工对系统装置造成损坏。

锚索计1、裂缝计2、应变计3、盒式测斜仪4等传感器，以及采集设备5，可实现对桥梁中索力、裂缝、主体应变、倾斜等监测项进行监测和数据采集。采集设备5的采集数据通过Zigbee节点通信模块6进行传输至Zigbee网关7。Zigbee网关7通过3G\4G网络将监测数据传输至数据服务器8，管理员或用户9可通过互联网访问数据服务器8，进行数据查看。

参照图2，所述采集设备包括微处理器、传感器输入电路、通道选择电路、信号调理电路、激振电路、拾振电路、RS485通信电路、Zigbee通信电路，传感器输入电路连接锚索计、裂缝计、应变计，RS485通信电路连接盒式测斜仪，微处理器连接通道选择电路、RS485通信电路和Zigbee通信电路，微处理器通过通道切换开关连接信号调理电路、激振电路、拾振电路，传感器输入电路连接通道选择电路，通道选择电路连接信号调理电路。微处理器通过通道切换开关连接信号调理电路、激振电路、拾振电路，可选择接通信号调理电路、激振电路、拾振电路，避免信号干扰。Zigbee通信电路连接Zigbee节点通信模块6。微处理器输出通道管理指令，可使通道选择电路选择接通锚索计、裂缝计、应变计中的一种。微处理器微处理器

本实用新型中的盒式测斜仪也可以采用杆式测斜仪代替，也可以增加其他振弦类传感器。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。