一种基于ZigBee无线网络的多通道振弦传感器节点的制作方法

本实用新型涉及隧道结构安全监测技术领域，具体为一种基于ZigBee无线网络的多通道振弦传感器节点。

背景技术：

随着科技的不断发展，隧道结构安全监测已经越来越重要，振弦传感器是隧道结构安全监测最为有效的传感器之一。但由于隧道大多位于大山、城市地下等负责的环境中，数据的采集与传输都非常困难，这给隧道的结构安全监测带来了极大的挑战。此外，隧道结构安全监测通常需要对多个测量点分别进行监测，所以需要一种适用于隧道复杂环境下的多通道可切换无线振弦传感器节点。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于解决隧道结构安全监测问题以及多通道可切换支持无线数据传输的振弦传感器节点。通过命令无线下发的形式实现多通道振弦的自由切换，并进行实时无线传输，为隧道结构安全监测提供基础保障。技术方案如下：

一种基于ZigBee无线网络的多通道振弦传感器节点，包括ZigBee模块、振弦电压激励与读数模块和传感器切换电路；所述传感器切换电路包括多个与各振弦传感器一一对应连接的继电器；

所述振弦电压激励与读数模块通过各继电器控制对应振弦传感器的接通与断开，通过ZigBee模块接收读数指令或指定振弦传感器的读数指令；

所述振弦电压激励与读数模块还向振弦传感器线圈发送特定的激励信号，使传感器钢弦产生自振，并检测传感器线圈返回的信号，通过ZigBee模块发送检测数据。

进一步的，所述传感器切换电路中继电器常开触点一端连接振弦传感器接口，一端连接振弦传感电源；继电器线圈与整流二极管D2并联，整流二极管D2的正极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，集电极通过电阻R2连接继电器电源。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过模块化设计，可实现ZigBee模块、振弦传感器激励与读数模块、切换电路底板的快速拆装；还可以实现多通道无线振弦传感器的自动切换与无线指令自由切换两种功能，达到简单、快捷地对指定通道的无线振弦传感器进行数据采集与传输，检测每个通道是否接入振弦传感器或者振弦传感器线路是否异常。

附图说明

图1为多通道可切换无线振弦传感器节点结构示意图。

图2为振弦传感器激励与读数流程图。

图3为为多通道可切换无线振弦传感器节点切换电路原理图。

图4为多通道可切换无线振弦传感器节点外部结构示意图。

图中：1-振弦传感器通道接入口；2-电源接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。如图1所示，本实用新型设计了支持多通道、可自由切换、可无线实时传输数据的振弦传感器节点模块；包括ZigBee模块、振弦电压激励与读数模块和传感器切换电路；所述传感器切换电路包括多个与各振弦传感器一一对应连接的继电器。所述振弦电压激励与读数模块通过各继电器控制对应振弦传感器的接通与断开，通过ZigBee模块接收读数指令或指定振弦传感器的读数指令；所述振弦电压激励与读数模块还向振弦传感器线圈发送特定的激励信号，使传感器钢弦产生自振，并检测传感器线圈返回的信号，通过ZigBee模块发送检测数据。

读数模块测量流程如图2所示，模块的测量过程分为激励、采样、计算三个大的步骤，每个大的步骤内又可拆分成数个子过程。在连续测量模式，计算完成后立即重新开始一次新的测量过程，而在单次测量模式时，仅会在收到单次测量指令后才会触发指定次数的测量过程，测量完成后进入待机等待状态，等待指令。

激励：采用高压脉冲或低压扫频方法向传感器发送激励信号，使传感器钢弦发生自振。

采样：采集多组传感器钢弦自振产生的正弦信号。

计算：将采集到的传感器信号进行质量评定、平差运算，计算得到传感器钢弦振动频率值。

如图3所示，传感器切换电路中继电器常开触点一端连接振弦传感器接口，一端连接振弦传感电源；继电器线圈与整流二极管D2并联，整流二极管D2的正极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，集电极通过电阻R2连接继电器电源。

本实施例能够实现两种工作模式，具体的工作过程如下：

1、读数模块以及多路自动切换工作过程：

（1）上电初始化各个部分并向读数模块发送配置命令，延时2s；

（2）闭合第一路继电器接通第一个振弦传感器，断开其他振弦传感器，延时100ms；

（3）向读数模块发送读数指令，向传感器线圈发送特定的激励信号，使传感器钢弦产生自振；

（4）等待串口数据接收完成并将数据进行存储；

（5）检测传感器线圈返回的信号，当信号符合预定要求时进行质量评定及结果运算；

（6）通过ZigBee无线发送数据，包括振弦传感器通道编号、通道接入状态、振弦传感器读数；

（7）循环到步骤（2），切换到下一个振弦接通断开其他振弦传感器接入通道。

2、读数模块以及多路自由切换工作过程：

（1）上电初始化各个部分并向读数模块发送配置命令，延时2s；

（2）ZigBee接收到指定振弦传感器读数指令；

（3）闭合指令中指定的振弦传感器继电器接通对应的振弦传感器，断开其他振弦传感器，延时100ms；

（4）向读数模块发送读数指令，向传感器线圈发送特定的激励信号，使传感器钢弦产生自振；

（5）等待串口数据接收完成并将数据进行存储；

（6）检测传感器线圈返回的信号，当信号符合预定要求时进行质量评定及结果运算；

（7）通过ZigBee无线发送数据，包括振弦传感器通道编号、通道接入状态、振弦传感器读数；

（8）读数结束，等待下一条读数指令。