基于北斗卫星的三维变形监测系统的电源结构的制作方法

本实用新型属于构筑物监测系统领域，具体涉及一种基于北斗卫星的三维变形监测系统的电源结构。

背景技术：

在公路、铁路、水利、建筑工程建设中，经常需要对边坡、软基、高路堤、桥梁、坝体、建筑特等进行长期的变形监测，以验证参数设计、反馈设计施工质量、分析和评价建筑物的安全状态，对工程的施工、运营治理和灾害预测预警提供依据。

随着我国公路建设向地形、地貌、地质条件复杂的山区持续推进，发生在建设期和运营期的公路地质灾害屡见不鲜，灾害常常导致严重的交通安全事故，造成重大的人员伤亡和财产损失，引起极为不良的社会影响。因此，通过技术创新，开发便捷、高效的监测装备和预警系统，以便对公路工作状态进行准确把握，对其未来发展趋势进行较为准确的判断，并做出预警及应急处理，成为具有旺盛市场需求与广阔市场前景的科研产业方向。

目前，位移监测方法主要针对某一个具体的公路构筑物，属于微观层面的监控手段，而公路地质灾害具有灾害发生点多面广、随机性大等特点，受公路建设、运营的钱财物人等多方面限制，公路建管单位不可能对每一个存在灾害风险的构筑物实施地面监测。为了解决该技术问题，现有技术中公告号为CN207779468U的专利公开了“一种基于北斗卫星导航系统的一体式边坡监测桩”，包括：桩体、卫星接收天线、数据传输主机、传感器数据转换机和卫星接收机，从桩体顶部到桩体的底部，桩体内依序安装卫星接收天线、数据传输主机、传感器数据转换机和卫星接收机，能够对边坡的形变进行数据采集和发送。该“一种基于北斗卫星导航系统的一体式边坡监测桩”可沿公路间隔布置安装多个，从而能够对整条公路形成监测，更好的确保群众的出行安全。

但是，上述“一种基于北斗卫星导航系统的一体式边坡监测桩”仍存有一定的不足之处（参见该方案的说明书附图及其具体实施方式所示）：

“一种基于北斗卫星导航系统的一体式边坡监测桩”是依靠光伏发电板来发电，但是，光伏发电板在使用一段时间后，容易在表面积灰，进而使得光伏发电板的发电效率大大降低，影响监测桩的正常使用。另外，还因为监测桩的往往安装在较为偏远的地方，仅仅为了清洁光伏发电板而跑一趟的话，则较为费时费力。

基于此，申请人考虑设计一种结构简单，具有自清洁功能的基于北斗卫星的三维变形监测系统的电源结构。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单，具有自清洁功能的基于北斗卫星的三维变形监测系统的电源结构。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

基于北斗卫星的三维变形监测系统的电源结构，包括在箱体上方固定安装的光伏发电板和在箱体内部固定安装的可充电电池；所述光伏发电板整体为发电面板朝上的倾斜状；所述可充电电池通过电缆与所述光伏发电板电性相连；其特征在于：

还包括发电板清洁机构，所述发电板清洁机构整体固定安装邻近所述光伏发电板最高处的位置，所述发电板清洁机构包括一个雨水储放器，所述雨水储放器整体为长度方向与光伏发电板最高处横向框边长度方向平行的条形V型槽状结构，且该条形V型槽状结构的两端具有封闭用的端板，两端的端板外侧面上垂直固定设置有镜像对称的铰轴，该铰轴位于端板高度方向的中部靠后的位置，所述雨水储放器通过铰轴铰接安装在清洁用支架上；且所述雨水储放器内承装水面超过铰轴的高度后能够绕着铰轴向前翻转并使得所述雨水储放器内承装水倒向发电面板。

同现有技术相比较，本实用新型的基于北斗卫星的三维变形监测系统的电源结构具有的优点是：

1、电源结构采用光伏发电板来供电，且光伏发电板还能够通过上述雨水储放器来汇聚雨水，并在积聚一定程度后翻到来冲洗发电面板，从而获得更好的自动清洁效果，帮助持久获得更好的发电效率。

2、上述发电板清洁机构的结构简单，制造成本低。

附图说明

图1为采用本实用新型的基于北斗卫星的三维变形监测系统的结构示意图。

图2为图1中I处放大图。

图3为图1中I处放大图（发电板清洁机构清洁时）。

图4为本实用新型的基于北斗卫星的三维变形监测系统的电路结构中电源部分（输出3.3V）的电路原理图。

图5为本实用新型的基于北斗卫星的三维变形监测系统的电路结构中电源部分（输出5V）的电路原理图。

图6为本实用新型的基于北斗卫星的三维变形监测系统的电路结构中电源部分的硬件看门狗电路原理图。

图7为本实用新型的基于北斗卫星的三维变形监测系统的电路结构中电源部分（数据传输模块（无线通信模块）的电源）的电路原理图。

图8为采用本实用新型基于北斗卫星的三维变形监测系统的立体结构示意图。

图9为采用本实用新型基于北斗卫星的三维变形监测系统中坡面安装机构的结构示意图。

图10为图9中竖直固定座的结构示意图。

图11为图9中坡面贴合板和固定桩的结构示意图。

图中标记为：

1箱体；

2支撑架；

3卫星接收天线；

4坡面贴合板：41支撑碗，42插筒，43保护用垫块；

5固定桩：51锤击限位端；

6竖直固定座：61支撑柱，62螺纹连接柱；

7安装用底板；

8支承用垫板；

9避雷针；

10光伏发电板；

11雨水储放器：111铰轴；

12清洁用支架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

基于北斗卫星的三维变形监测系统的电源结构，包括在箱体1上方固定安装的光伏发电板10和在箱体1内部固定安装的可充电电池（图中未示出）；所述光伏发电板10整体为发电面板朝上的倾斜状；所述可充电电池通过电缆与所述光伏发电板电性相连；

还包括发电板清洁机构，所述发电板清洁机构整体固定安装邻近所述光伏发电板10最高处的位置，所述发电板清洁机构包括一个雨水储放器11，所述雨水储放器11整体为长度方向与光伏发电板10最高处横向框边长度方向平行的条形V型槽状结构，且该条形V型槽状结构的两端具有封闭用的端板，两端的端板外侧面上垂直固定设置有镜像对称的铰轴111，该铰轴111位于端板高度方向的中部靠后的位置，所述雨水储放器11通过铰轴111铰接安装在清洁用支架12上；且所述雨水储放器11内承装水面超过铰轴111的高度后能够绕着铰轴111向前翻转并使得所述雨水储放器11内承装水倒向发电面板。

其中，所述雨水储放器11整体由透明的亚克力材料制得。

这样一来，雨水储放器11不会遮挡光线，避免因遮挡光线而降低光伏发电板的发电量。此外，由透明的亚克力材料制得的雨水储放器也具有质量轻巧牢固的优点，经久耐用。

其中，所述光伏发电板10在宽度方向的两个框边分别通过V型支承块来支承并固定在箱体上方位置，且该V型支承块的一侧上端与框边的下端固定相连，该V型支承块的另一侧上端与框边的上端固定相连后并斜向上延伸并构成有所述清洁用支架。

采用上述结构，不仅不会影响光伏发电板整体的支撑强度；还能够使得雨水储放器的支撑结构最轻和最简，大幅减重并帮助降低制造难度。

在本实施例中：箱体1的内部用于固定安装北斗卫星数据接收模块和数据传输模块（也称作：无线通信模块），数据传输模块选用SLM630B 模块。

参见图4和图5所示电源结构输入直流为12V,输出分别为3.3V（为RS485、MT7688最小系统、LTE通信模块供电）、5V（为USB电路供电）。

SLM630B模块的供电采用单电源供电方式，其供电端口VBAT范围在 3.3V-4.2V 之间。在数据传输时，瞬间大功率发射会形成高达 2A 的电流峰值，从而导致 VBAT 大的纹波出现，如瞬间压降造成 VBAT 供电电压过低，模块将会关机。本电源电路为保证模块能正常工作，具备足够的供电能力，并设备能否稳定工作。

参见图6所示，考虑到设备是处于野外无人值守的工作环境，系统稳定性尤为重要，因此在电源部分，还设计了硬件看门狗电路，该电路自身独立供电，当执行看门狗复位时，将切断系统中的主要工作电源，实现硬件复位。

参见图7所示，由于通信模块在工作时，瞬间电流比较大，VBAT可以达到2A，因此需要在电源接口部分做一些稳定性处理。在模块电源输入端并联两个电容降低模块工作时产生的纹波。在VBAT输入靠近模块侧接一个（2200uF/10V）电解电容（CA），再并上一个0.1uF~1uF的陶瓷电容(CB)。

二、以下为采用本实用新型的基于北斗卫星的三维变形监测系统的实施例：

如图1至图4所示，基于北斗卫星的三维变形监测系统，包括箱体1和支撑架2，所述箱体1的内部用于固定安装北斗卫星数据接收模块和数据传输模块，所述箱体1上固定安装有卫星接收天线3和数据传输天线；所述箱体1整体固定在所述支撑架2上；

还包括坡面安装机构，所述坡面安装机构包括坡面贴合板4、固定桩5和竖直固定座6；

所述坡面贴合板4整体呈平板状，所述坡面贴合板4上沿边缘间隔设置有4个插孔，所述坡面贴合板4的上表面中部位置固定设置有支撑碗41，该支撑碗41整体为碗口朝上的半球形碗状结构；所述支撑碗41内壁在圆周方向上具有多个四分之一圆来构成坡面适应圆，该坡面适应圆上沿自身圆周方向间隔并贯穿设置有2个所述装配孔，所有装配孔的轴心线交汇成的点高于所述该支撑碗41的圆心；

所述固定桩5整体呈直杆状，且所述贴合板的下端为尖端，所述贴合板的上端为直径大于插孔的锤击限位端51；每个所述插孔内插接有一根所述固定桩5来使得坡面贴合板4固定在坡面；

所述竖直固定座6整体为外表面半径与所述支撑碗41的内壁半径一致的半球形结构，所述竖直固定座6的圆周方向上具有多个四分之一圆上间隔设置有与所述装配孔直径相匹配的2个穿孔，所有穿孔的轴心线交汇成的点高于该竖直固定座6的圆心；所述竖直固定座6的顶部平面的中心位置上凸设置有支撑柱61，所述支撑柱61的上端面固定设置有螺纹连接柱62，所述螺纹连接柱62用于与支撑架2的底部固定相连；

所述竖直固定座6的球面与所述支撑碗41的内壁贴合相连，所述竖直固定座6和所述支撑碗41之间通过螺母与贯穿竖直固定座6上的穿孔和正对的所述支撑碗41上的装配孔内的螺栓相配合来固定相连。

实施时，优选坡面贴合板4为3-5毫米厚的不锈钢板。

实施时，北斗卫星数据接收模块（也称作：北斗定位模块）均为现有产品，目前我国市面上主流的北斗卫星数据接收模块产品有：美国天宝BD970、上海司南K508、合众思壮P307、中海达BX380和芯星通UB351。北斗卫星数据接收模块的使用为现有技术，在此不作赘述。

实施时，数据传输模块（也称作：无线通信模块）均为现有产品，目前我国市面上主流的数据传输模块有：华为ME909s-821、龙尚U8300和美格SLM630B。数据传输模块在使用为现有技术，在此不作赘述。

实施时，优选在竖直固定座6与支撑碗41之间的螺母（图中未示出）与螺栓（图中未示出）的端面处垫设有橡胶垫圈。橡胶垫圈的设置不仅能够确保竖直固定座6与支撑碗41之间锁紧，还能够避免螺栓头与螺母对竖直固定座6与支撑碗41的表面的刚性接触，起到更好的保护作用。

其中，所述坡面贴合板4的下表面围绕各个所述插孔的位置分别下凸形成有一个插筒42。

上述插筒42的设置，不仅能够用于插入坡面的土壤内实现预固定和定位；还能够为固定桩5的插入形成导向。此外，还能够帮助提升坡面贴合板4的结构强度。

其中，所述坡面贴合板4的上表面围绕各个所述插孔的位置分别上凸形成有一个保护用垫块43。

上述保护用垫块43的设置，能够用于与固定桩5的锤击限位端51碰撞接触并形成限位，避免锤击锤击限位端51来使得坡面贴合板4的插孔处发生弯曲变形。

其中，所述保护用垫块43的外直径小于所述固定桩5的锤击限位端51的外直径。

这样一来，即便于通过固定桩5的锤击限位端51与所述坡面贴合板4的上表面之间的间隙来插入并翘拆取出固定桩5，帮助提高坡面贴合板4从坡面拆除的效率。

其中，所述坡面安装机构还包括安装用底板7，所述安装用底板7的上表面用于与支撑架2的底部固定相连，所述安装用底板7的中部位置具有供竖直固定座6的螺纹连接柱62贯穿的安装孔；所述安装孔的孔直径小于所述竖直固定座6的支撑柱61的外直径；所述安装用底板7通过旋接在螺纹连接柱62上的螺母来夹固在螺母与所述竖直固定座6的支撑柱61的上端面之间。

采用上述安装用底板7能够更好的与各种支撑架2相配合来进行使用（支撑架2与安装用底板7之间可焊接固定或采用螺栓与螺母进行固定），具有更好的实用性。

其中，所述坡面安装机构还包括支承用垫板8，所述支承用垫板8整体呈平板状，且支承用垫板8的中部位置具有供竖直固定座6的螺纹连接柱62贯穿的通孔；所述支承用垫板8用于垫设在所述竖直固定座6的支撑柱61的上端面与安装用底板7的下表面之间。

采用包括上述支承用垫板8的坡面安装结构，竖直固定座6的支撑柱61能够通过支承用垫板8来增大与安装用底板7之间接触面积，进而提供更为可靠的支承。

其中，所述支撑架2由金属材料制得，所述支撑架2上固定安装有避雷针9，所述避雷针9的上端高于所述箱体1。

上述避雷针9的设置，能够在雷雨季节将雷电通过避雷针9、支撑架2和坡面安装机构来快速的引导至大地，从而确保避免箱体1被雷击，提升系统持久使用的可靠性。

上述基于北斗卫星的三维变形监测系统具有的优点是：

1、能够直接在坡面上使用。

在支撑碗和竖直固定座各自的一个四分之一圆上设置的孔的个数，该个数减1即为可适应坡度的个数，例如，在一个四分之一圆上设置的孔的个数为2个（2个孔之间均匀间隔30度夹角），则该带有该支撑碗的坡面贴合板和竖直固定座可用于30度倾角的坡面。在一个四分之一圆上设置的孔的个数为3个（3个孔之间均匀间隔22.5度夹角），则该带有该支撑碗的坡面贴合板和竖直固定座可用于22.5度和45度倾角两种坡面。

2、使用起来十分便捷。

坡面均为软土或硬石结构。使用时，首先，将所述坡面贴合板的下表面用于与坡面贴合相连；随后，采用锤击固定桩来将坡面贴合板固定在坡面；接下来，将竖直固定座保持竖直状并与坡面贴合板上的支撑碗的内壁贴合，后采用螺栓贯穿竖直固定座的穿孔及其对准的支撑碗的装配孔，后采用螺母来锁紧螺栓。最后，将支撑碗顶部的螺纹连接柱与支撑架的底部固定相连。

以上仅是本实用新型优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。