一种大体积混凝土养护监测系统的制作方法

本实用新型属于建筑施工技术领域，涉及一种大体积混凝土养护监测系统。

背景技术：

大型基础建设项目施工质量的优劣直接关系到国家的长治久安和民生的福祉，可谓百年大计，也是所有基建公司一直研究的课题。混凝土是建筑施工的基础物料，因此混凝土的使用质量直接影响工程的最终质量，根据《大体积混凝土施工规范》gb50496-2009里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。大体积混凝土的特点是体积大，表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。因此在混凝土浇筑时需要实时了解其温度变化，防止混凝土凝固产生形变降低其结构强度。传统的方式是通过人工来监测和养护大体积混凝土的，此种方式不仅需要耗费大量人力物力而且不能实时得到监测数据，故亟需研发一种大体积混凝土养护监测系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于如何设计一种大体积混凝土的自动、实时养护监测系统，以解决传统人工监测和养护方式来带的耗费大量人力物力且不能实时得到监测数据的问题。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种大体积混凝土养护监测系统，包括mcu控制模块(10)、电源单元(11)、数据存储模块(12)、数据分析模块(13)、通信模块(14)、温度采集模块(15)、喷淋控制模块(16)；mcu控制模块(10)分别与电源单元(11)、数据存储模块(12)、数据分析模块(13)、通信模块(14)、温度采集模块(15)、喷淋控制模块(16)连接；所述的电源单元(11)分别与mcu控制模块(10)、数据存储模块(12)、数据分析模块(13)、通信模块(14)、温度采集模块(15)以及喷淋控制模块(16)连接；所述的数据存储模块(12)与数据分析模块(13)两者之间相互连接；所述的通信模块(14)、温度采集模块(15)、喷淋控制模块(16)三者之间相互连接。

本实用新型的技术方案与传统人工养护相比，减少了人工成本的投入，具备喷淋养护功能，实现了混凝土浇筑过程中的监测和养护。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的mcu控制模块(10)包括主控mcu芯片(u3)，所述的数据存储模块(12)包括存储芯片(u5)，所述的数据分析模块(13)包括单片机芯片(u7)；所述的存储芯片(u5)的1#引脚、2#引脚、5#引脚、6#引脚引脚分别与主控mcu芯片(u3)的pa11引脚、pb3引脚、pb5引脚、pb4引脚相连；所述的单片机芯片(u7)的pc4引脚、pc5引脚、pc6引脚、pc7引脚分别与主控mcu芯片(u3)的pa12引脚、pb3引脚、pb5引脚、pb4引脚连接。

本实用新型的技术方案内置了数据分析模块(13)和数据存储模块(12)，实现对数据的分析计算以及后期可追溯性；同时，数据存储模块(12)与数据分析模块(13)挂在同一spi通讯总线上，通过片选来分配通信时间，节省了mcu控制模块(10)的硬件资源。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的通信模块(14)包括通讯芯片(u2a)，所述的通讯芯片(u2a)的29#引脚、30#引脚、15#引脚分别与主控mcu芯片(u3)的pc9引脚、pa9引脚、pa10引脚连接。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的温度采集模块(15)包括rs485通讯接口芯片(u6)，所述的rs485通讯接口芯片(u6)的1#引脚、3#引脚、4#引脚分别与主控mcu芯片(u3)的pa1引脚、pa2引脚、pa3引脚连接。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的喷淋控制模块(16)包括四路交流继电器控制电路，所述的四路交流继电器控制电路分别与主控mcu芯片(u3)的pb12引脚、pb13引脚、pb14引脚、pb15引脚连接。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，主控mcu芯片(u3)的型号为stm公司的32位低功耗系列stm32l151芯片。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的存储芯片(u5)的型号为w25q64。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的单片机芯片(u7)的型号为：stm旗下的8位单片机stm8s103f3芯片。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的通讯芯片(u2a)的型号为：移远通讯公司的bc95型号的通讯芯片。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的rs485通讯接口芯片(u6)的型号为sn65hvd12d。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型的技术方案与传统人工养护相比，减少了人工成本的投入，具备喷淋养护功能，实现了混凝土浇筑过程中的监测和养护。

(2)本实用新型的技术方案内置了数据分析模块(13)和数据存储模块(12)，实现对数据的分析计算以及后期可追溯性；同时，数据存储模块(12)与数据分析模块(13)挂在同一spi通讯总线上，通过片选来分配通信时间，节省了mcu控制模块(10)的硬件资源。

(3)主控mcu芯片(u3)的型号为：stm公司的32位低功耗系列stm32l151芯片，该芯片搭载32-bitmcu内核，并拥有如adc、spi、i2c、lcd等丰富外设。

(4)单片机芯片(u7)采用的是stm旗下8位单片机stm8s103f3芯片，该芯片具有8kbflash、16mhzcpu，其硬件为stm8s103f3芯片的最小系统外加一个spi外设。

(5)通讯芯片(u2a)采用移远通讯公司的bc95型号的通讯芯片，其支持nb_iot低功耗网络。

附图说明

图1是本实用新型的大体积混凝土养护监测系统结构框图；

图2是本实用新型的大体积混凝土养护监测系统mcu控制模块的电路原理图；

图3是本实用新型的大体积混凝土养护监测系统数据存储模块的电路原理图；

图4是本实用新型的大体积混凝土养护监测系统数据分析模块的电路原理图；

图5是本实用新型的大体积混凝土养护监测系统通信模块的电路原理图；

图6是本实用新型的大体积混凝土养护监测系统温度采集模块的电路原理图；

图7是本实用新型的大体积混凝土养护监测系统喷淋控制模块的电路原理图；

图8(a)是本实用新型的大体积混凝土养护监测系统电源单元的电路原理图一；

图8(b)是本实用新型的大体积混凝土养护监测系统电源单元的电路原理图二。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：

实施例一

如图1所示，一种大体积混凝土养护监测系统，包括mcu控制模块10、电源单元11、数据存储模块12、数据分析模块13、通信模块14、温度采集模块15、喷淋控制模块16；mcu控制模块10分别与电源单元11、数据存储模块12、数据分析模块13、通信模块14、温度采集模块15、喷淋控制模块16连接，用于发送指令给各个模块或者接收各个模块输入的信号；所述的电源单元11分别与mcu控制模块10、数据存储模块12、数据分析模块13、通信模块14、温度采集模块15以及喷淋控制模块16连接，用于给各个模块供电；所述的数据存储模块12与数据分析模块13两者之间相互连接；所述的通信模块14、温度采集模块15、喷淋控制模块16三者之间相互连接。

如图2所示的mcu控制模块电路原理图，所述的mcu控制模块10包括主控mcu芯片u3,主控mcu芯片u3的型号为：stm公司的32位低功耗系列stm32l151芯片，该芯片搭载32-bitmcu内核，并拥有如adc、spi、i2c、lcd等丰富外设。

数据存储模块12支持spi通讯，为了节省mcu控制模块10的硬件资源，数据存储模块12与数据分析模块13挂在同一spi通讯总线上，通过片选来分配通信时间。

如图3所示，所述的数据存储模块12包括存储芯片u5，所述的包括存储芯片u5的型号为w25q64，该芯片为8m内存的flash芯片,支持spi通讯，用于存储温度及喷淋记录数据；存储芯片u5的1#引脚、2#引脚、5#引脚、6#引脚分别与主控mcu芯片u3的pa11引脚、pb3引脚、pb5引脚、pb4引脚相连，实现其存储数据功能。

如图4所示，所述的数据分析模块13包括单片机芯片u7，数据分析模块13是通过单独的单片机芯片u7用作数据的计算分析，所述的单片机芯片u7采用的是stm旗下8位单片机stm8s103f3芯片，该芯片具有8kbflash、16mhzcpu，其硬件为stm8s103f3芯片的最小系统外加一个spi外设；所述的单片机芯片u7的pc4引脚、pc5引脚、pc6引脚、pc7引脚分别与主控mcu芯片u3的pa12引脚、pb3引脚、pb5引脚、pb4引脚连接，实现spi通信，将采集到的温度数据传输到数据分析模块13中进行计算分析，最后将结果反馈给mcu控制模块10，以此作为控制喷淋模块的依据，用于对温度数据的分析以及喷淋养护逻辑的分析。

如图5所示，所述的通信模块14包括通讯芯片u2a，所述的通讯芯片u2a采用移远通讯公司的bc95型号的通讯芯片，其支持nb_iot低功耗网络，与mcu控制模块10通过串口进行通信；所述的通讯芯片u2a的29#引脚、30#引脚、15#引脚分别与主控mcu芯片u3的pc9引脚、pa9引脚、pa10引脚连接，其中pc9引脚控制通讯芯片u2a的开机与复位，pa9引脚和pa10引脚进行数据传输。

如图6所示，所述的温度采集模块15包括rs485通讯接口芯片u6，所述的rs485通讯接口芯片u6的型号为：sn65hvd12d，所述的rs485通讯接口芯片u6的1#引脚、3#引脚、4#引脚分别与主控mcu芯片u3的pa1引脚、pa2引脚、pa3引脚连接，用来读取混凝土内外温度，通过rs485接口与mcu控制模块10进行通信，其外接的是数字式ds18b20温度传感器，为总线式设计，所述的温度采集模块15最多可挂载64路ds18b20温度传感器。

如图7所示，所述的喷淋控制模块16包括四路交流继电器控制电路，所述的四路交流继电器控制电路分别用于控制对应的喷淋水泵的电源开关，所述的喷淋控制模块16的四路交流继电器控制电路分别与主控mcu芯片u3的pb12引脚、pb13引脚、pb14引脚、pb15引脚连接，实现对喷淋水泵的电源开关的控制。

如图8a和图8b所示，所述的电源单元11包括：电源模块源管理芯片、电源开关芯片、电源适配器组成；电源单元11通过多种电源芯片实现输入3.7v电源电压，转换为各模块使用的3.3v和12v电压，此外还设计有电源充电芯片，可给电池充电，并通过电源开关芯片实现在设备休眠状态下关闭传感器单元和通信单元的供电，从而达到低功耗。整个设备的供电由可充电锂电池提供，通过电源管理设计以及运行流程设计，设备可持续工作数月。

一种大体积混凝土养护监测系统的工作流程如下：将设备安装好后，待混凝土浇筑完成即上电工作，按固定频率进行温度采集，每采集完温度数据先存储进数据存储模块12，再在数据分析模块13中进行运算，结合混凝土浇筑养护标准，当发现内外温差大于20℃时，打开喷淋或冷凝水的阀门，降低混凝土内外温度的温差，混凝土内部由于条件限制，不能进行喷淋，是通过水冷的方式进行降温，为了节约水资源，设计为循环水；外部是直接通过水雾喷淋的方式进行温度控制。另外按照规定，混凝土降温速率不能高于2℃/d，故发现降温过快时需要通过短信推送等方式进行处理。混凝土养护从浇筑到结束一般要经历28天左右，因此在到达养护时间限制后，设备也会发送短信等通知进行提醒，从而完成混凝土浇筑过程中给的监测和养护工作。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。