一种无线拉线位移计的制作方法

1.本实用新型涉及位移监测技术领域，尤其涉及一种无线拉线位移计。


背景技术：

2.位移计适用于布设在混凝土结构物或其它材料结构物内及表面，测量结构物伸缩缝或周边缝的开合度，亦可用于测量土坝、土堤、边坡、桥梁等结构物的位移、沉陷、应变、滑移等。现有的位移计一般设置有通信接口，采用通信线缆连接，但在实际工程测量中，一次工程监测需要较多位移传感器同时工作，对于安设位置较远的位移传感器，需要较长的线缆，牵线安装工序较为复杂。传统的位移计都是通过有线或者无线的方式进行位移变化量的监测，有线在施工现场施工难，不易安装。无线的方式可能会遇到信号弱的时候，数据传输遇到阻碍，经常导致数据传输不及时或者数据丢失的情况发生。
3.因此，为了解决上述问题，本实用新型提供了一种低能耗的无线拉线位移计，通过4g网络的主模式上传数据，当信号减弱时，自动换到lora网络，提高数据传输的可靠性。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本实用新型提供了本实用新型提供了一种低能耗的无线拉线位移计，通过4g网络的主模式上传数据，当信号减弱时，自动换到lora网络，提高数据传输的可靠性。
5.本实用新型提供了一种无线拉线位移计，包括：位移传感器(1)、ad转换模块(2)、控制器(3)、通讯模块(4)、电源管理电路(6)和通讯模块控制电路(7)；
6.所述电源管理电路(6)包括电源电路(61)和传感器电源控制电路(62)；
7.所述位移传感器(1)的信号输出端与ad转换模块(2)的信号输入端电性连接，所述ad转换模块(2)的信号输出端与控制器(3)的通用输入输出端口电性连接；
8.所述电源电路(61)的电能输出端分别与各模块的供电端电性连接，传感器电源控制电路(62)的输入端与电源电路(61)的电能输出端电性连接，传感器电源控制电路(62)的输出端与位移传感器(1)的供电端电性连接，传感器电源控制电路(62)的控制端与控制器(3)的i/o口电性连接；
9.所述通讯模块控制电路(7)的输出端与通讯模块(4)的供电端电性连接，通讯模块控制电路(7)的控制端与控制器(3)的i/o口电性连接，通讯模块(4)的通信口与控制器(3)的通信端电性连接。
10.在以上技术方案的基础上，优选的，所述通讯模块(4)包括lora通讯模块(41)和4g通讯模块(42)；
11.所述lora通讯模块(41)和4g通讯模块(42)的通信口分别与控制器(3)的通信端电性连接，通讯模块控制电路(7)的输出端与4g通讯模块(42)的供电端电性连接，lora通讯模块(41)的供电端与电源电路(61)的电能输出端电性连接。
12.在以上技术方案的基础上，优选的，所述通讯模块控制电路(7)包括电阻r2、电阻
r3和三极管q1；电阻r2的一端与控制器(3)的i/o口电性连接，电阻r2的另一端分别与三极管q1的基极、电阻r3的一端电性连接，三极管q1的发射极与电阻r3的另一端均接地，三极管q1的集电极与4g通讯模块(42)的供电端电性连接。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，所述传感器电源控制电路(62)包括电源管理芯片u1；电源管理芯片u1的第一引脚与电源电路(61)的电能输出端电性连接，电源管理芯片u1的第二引脚接地，电源管理芯片u1的第三引脚与控制器(3)的i/o口电性连接，电源管理芯片u1的第五引脚与位移传感器(1)的供电端电性连接。
14.在以上技术方案的基础上，优选的，所述ad转换模块(2)包括ad转换芯片u10、电阻r12、电阻r13、电容c4和电容c5；位移传感器(1)的信号输出端分别与ad转换芯片u10的第一引脚、电容c4的一端电性连接，ad转换芯片u10的第二引脚接地，ad转换芯片u10的第三引脚分别与控制器(3)的通用输入输出端口、电阻r12的一端电性连接，ad转换芯片u10的第四引脚分别与控制器(3)的通用输入输出端口、电阻r13的一端电性连接，电阻r12的另一端与电阻r13的另一端接+5v电源电压，ad转换芯片u10的第五引脚、电容c5的一端均接+5v电源电压，电容c5的另一端、电容c4的另一端和ad转换芯片u10的第六引脚均接地。
15.在以上技术方案的基础上，优选的，还包括数据存储模块(8)；所述数据存储模块(8)通过数据线与控制器(3)电性连接。
16.与现有技术相比，本实用新型提供的一种无线拉线位移计，具备以下有益效果：
17.(1)本实用新型提供的一种无线拉线位移计可以对位移传感器的参数进行无线采集，并且做到单个设备独立数据传输节点，设备可同时利用公网和自由网络进行数据传输，无惧现场网络环境；通讯模块设置了lora通讯模块和4g通讯模块，提供公网和自由网络两种方式进行数据传输，扩展了应用场景，并且可以根据现场网络环境切换lora通讯模块和4g通讯模块，使实现数据的高效传输，保证数据传输的可靠性。
18.(2)通过设置通讯模块控制电路，可以在4g通讯模块不工作时，切断电源电路和4g通讯模块的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗。
19.(3)通过设置传感器电源控制电路，可以在位移传感器不工作时，切断电源电路和位移传感器的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗。
20.(4)数据存储模块可以在完全没有4g网络的情况下对数据进行保存，防止数据丢失。
附图说明
21.图1为本技术实施例提供的一种无线拉线位移计的模块示意图；
22.图2是本技术实施例提供的通讯模块控制电路的电路原理图；
23.图3是本技术实施例提供的传感器电源控制电路的电路原理图；
24.图4是本技术实施例提供的ad转换模块的电路原理图。
具体实施方式
25.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
26.如图1所示，本实施例中的一种无线拉线位移计，包括：位移传感器1、ad转换模块2、控制器3、通讯模块4、电源管理电路6和通讯模块控制电路7。
27.位移传感器1，用于采集位移传感器的参数，将测量到的位移变化量转换为相应的模拟变化量信号，并将信号传输至ad转换模块2；位移传感器1的信号输出端与ad转换模块2的信号输入端电性连接。优选的，本实施例中的位移传感器1为拉线位移传感器1，本实施例不涉及对拉线位移传感器1的改进，且拉线位移传感器1测量位移变化量的过程属于现有技术，在此不再赘述。
28.通讯模块4，将位移传感器1采集的数据传输至远程数据中心5，通讯模块4与远程数据中心信号连接。通讯模块4控制电路的输出端与通讯模块4的供电端电性连接，通讯模块4控制电路的控制端与控制器3的i/o口电性连接，通讯模块4的通信口与控制器3的通信端电性连接。如图1所示，通讯模块4包括lora通讯模块41和4g通讯模块42；所述lora通讯模块41和4g通讯模块42的通信口分别与控制器3的通信端电性连接，通讯模块4控制电路的输出端与4g通讯模块42的供电端电性连接，lora通讯模块41的供电端与电源电路1的电能输出端电性连接。
29.通讯模块控制电路7，用于控制4g通讯模块42的供电状态，在4g模块不工作时，断开4g通讯模块42的电源，进而减少整体的能耗。优选的，如图2所示，通讯模块4控制电路包括电阻r2、电阻r3和三极管q1；具体的，电阻r2的一端与控制器3的i/o口电性连接，电阻r2的另一端分别与三极管q1的基极、电阻r3的一端电性连接，三极管q1的发射极与电阻r3的另一端均接地，三极管q1的集电极与4g通讯模块42的供电端电性连接。其中，gprs_pwk表示4g通讯模块42的供电端，将电阻r2的一端与控制器3的i/o口电性连接的引脚标记为mcu_pwk，当4g通讯模块42不工作时，控制器3的i/o口输出驱动三极管q1断开的脉冲信号，进而切断电源电路61和4g通讯模块42的供电端之间的供电线路。
30.值得注意的是，电源电路61的电能输出端与4g通讯模块42的供电端电性连接，电源电路61给4g通讯模块42提供电压，4g通讯模块42自带电源引脚，该电源引脚可理解为4g通讯模块42的供电端，4g通讯模块42通过电源电路61提供的电压来正常工作，通讯模块4控制电路的输出端也与4g通讯模块42的供电端电性连接，当4g通讯模块42不工作时，控制器3的i/o口输出驱动三极管q1断开的脉冲信号，进而切断电源电路61和4g通讯模块42的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗。
31.电源管理电路6，为无线拉线位移计中各用电器件提供工作电压，并且在各用电器件不工作时断开其电源，降低整个无线拉线位移计的功耗。本实施例中，电源管理电路6包括电源电路61和传感器电源控制电路62。
32.电源电路61，为本实用新型中各用电器件提供工作电压。其中传感器以及通讯模块4常用的工作电压为3.3v、5v或12v，本实施例中的电源电路61可以输出不同电压等级的电压信号。电源电路61的电能输出端分别与各模块的供电端电性连接。优选的，电源电路61采用了静态功耗很低的tps62130芯片，降低整个设备在停止工作状态下的能耗。本实施例并不涉及对电源电路61结构的改进，因此，可以采用tps62130芯片数据手册上典型应用电路，在此不再累述。
33.传感器电源控制电路62，用于控制位移传感器1的供电状态，在位移传感器1不工作时，断开位移传感器1的电源，进而减少整体的能耗。在本实施例中，传感器电源控制电路
62的输入端与电源电路61的电能输出端电性连接，传感器电源控制电路62的输出端与位移传感器1的供电端电性连接，传感器电源控制电路62的控制端与控制器3的i/o口电性连接。优选的，如图3所示，传感器电源控制电路62包括电源管理芯片u1；具体的，电源管理芯片u1的第一引脚与电源电路61的电能输出端电性连接，电源管理芯片u1的第二引脚接地，电源管理芯片u1的第三引脚与控制器3的i/o口电性连接，电源管理芯片u1的第五引脚与位移传感器1的供电端电性连接。在位移传感器1不工作时，控制器3的i/o口发送使能信号至电源管理芯片u1的第三引脚，进而驱动电源管理芯片u1停止输出电压至位移传感器的供电端，切断电源电路61和位移传感器1的供电端之间的供电线路。
34.ad转换模块2，用于将位移传感器1传输的模拟变化量信号进行ad转换，并将转换后的信号传输至控制器3。ad转换模块2的信号输出端与控制器3的通用输入输出端口电性连接。优选的，如图4所示，ad转换模块2包括ad转换芯片u10、电阻r12、电阻r13、电容c4和电容c5；位移传感器1的信号输出端分别与ad转换芯片u10的第一引脚、电容c4的一端电性连接，ad转换芯片u10的第二引脚接地，ad转换芯片u10的第三引脚分别与控制器3的通用输入输出端口、电阻r12的一端电性连接，ad转换芯片u10的第四引脚分别与控制器3的通用输入输出端口、电阻r13的一端电性连接，电阻r12的另一端与电阻r13的另一端接+5v电源电压，ad转换芯片u10的第五引脚、电容c5的一端均接+5v电源电压，电容c5的另一端、电容c4的另一端和ad转换芯片u10的第六引脚均接地。ad转换模块2的电源电压由电源电路61来提供，电源电路61的电能输出端与ad转换模块2的供电端电性连接。
35.控制器3，接收ad转换模块2传输的数据，并通过通讯模块4将信号传输至远程数据中心5；控制传感器电源控制电路62的导通或截止，进而减少整体的能耗；判断现场环境的网络信号强弱，判断过程涉及软件程序的改进，此处不多加赘述，当网络信号强时，控制器3控制4g通讯模块42开启，通过4g通讯模块42将传感器采集的数据传输至远程数据中心5，当信号弱时，控制器3通过通讯模块4控制电路关断4g通信模块，开启lora通讯模块41，lora通讯模块41通过自身搭建的网络将信号传输至远程数据中心5。其中，采用4g通讯模块42和lora通讯模块41进行无线通信属于本领域的公知常识，本领域的技术人员可以根据现有文献的记载实现4g通信和lora通信。
36.本实施例中，不限定控制器的具体型号，优选的，可以选用stm32f103c8t6低功耗主处理器，降低整个系统的功耗。其中，stm32f103c8t6的pb10引脚和pb11引脚分别与4g通讯模块的通信端电性连接，stm32f103c8t6的pd8引脚和pd9引脚分别与lora通讯模块的通信端电性连接，stm32f103c8t6的pa0引脚与通讯模块控制电路7的控制端电性连接，stm32f103c8t6的pd5引脚与传感器电源控制电路的控制端电性连接，stm32f103c8t6的pc10引脚与电源管理芯片u1的第三引脚电性连接，stm32f103c8t6的pb6引脚与ad转换芯片u10的第三引脚电性连接，stm32f103c8t6的pb7引脚与ad转换芯片u10的第四引脚与电性连接。
37.远程数据中心5，接收4g通讯模块42或lora通讯模块上传的位移传感器1采集的数据。优选的，远程数据中心5还与移动终端信号连接，远程数据中心5能够将位移传感器1采集的数据实时传输至移动终端，便于技术人员实时了解情况。
38.数据存储模块8，在网络信号差时，存储位移传感器采集到的数据，防止数据丢失。
39.本实施例的工作原理为：位移传感器1实时采集位移变化量并转换为相应的模拟
变化量信号，将信号传输至ad转换模块2，ad转换模块2将模拟变化量信号进行ad转换，并将转换后的信号传输至控制器3，控制器3通过通讯模块4将信号传输至远程数据中心5；当4g通讯模块42不工作时，控制器3的i/o口输出驱动三极管q1断开的脉冲信号，进而切断电源电路61和4g通讯模块42的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗；在位移传感器1不工作时，控制器3的i/o口发送使能信号至电源管理芯片u1的第三引脚，进而驱动电源管理芯片u1停止输出电压至位移传感器的供电端，切断电源电路61和位移传感器1的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗；控制器3对当前网络状况进行判断，当网络信号强时，控制器3控制4g通讯模块42开启，通过4g通讯模块42将传感器采集的数据传输至远程数据中心5，当信号弱时，控制器3通过通讯模块4控制电路关断4g通信模块，开启lora通讯模块41，lora通讯模块41通过自身搭建的网络将信号传输至远程数据中心5。
40.本实施例的有益效果：本实用新型提供的一种无线拉线位移计可以对位移传感器的参数进行无线采集，并且做到单个设备独立数据传输节点，设备可同时利用公网和自由网络进行数据传输，无惧现场网络环境；通讯模块设置了lora通讯模块和4g通讯模块，提供公网和自由网络两种方式进行数据传输，扩展了应用场景，并且可以根据现场网络环境切换lora通讯模块和4g通讯模块，使实现数据的高效传输，保证数据传输的可靠性；
41.通过设置通讯模块控制电路，可以在4g通讯模块不工作时，切断电源电路和4g通讯模块的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗；
42.通过设置传感器电源控制电路，可以在位移传感器不工作时，切断电源电路和位移传感器的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗；
43.数据存储模块可以在完全没有4g网络的情况下对数据进行保存，防止数据丢失。
44.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。