专利名称：掩埋式岩土工程监测无线智能传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于岩土监测领域，尤其是一种掩埋式岩土工程监测无线智能传感器。
背景技术：
在工程施工过程中，岩土的稳定性直接关系到整个工程及施工人员的生命安全。在工程施工以后，人们对岩土的自然状态进行了改变后，对岩土的稳定性监测、分析显得更为重要。若处理不当，不仅将危及工程本身安全，而且会殃及临近的建构筑物及人员的安全、造成巨大损失，因此，准确、及时、全面、系统的监测岩土信息在工程施工中和施工后有
着重要意义。岩土自动监测技术是融合了岩土、结构、自动化、计算机等多个专业的一门综合性很强的技术。随着控制器硬件、软件的发展，监测设备的改进与提高，系统化、自动化、远程化、智能化是岩土监测工作今后发展的发向。近年来，国内岩土监测技术虽然得到了一定程度的发展，但是，其监测技术主要集中在现场监测仪设备和数据处理软件的改进和提高上，而在岩土监测中的数据采集及传输自动化程度依然较低。目前，在岩土监测过程中，通常是在工程现场将监测仪埋入地下，引出若干根信号线在地上，其中数据采集工作基本以监测人员现场仪器采集方式完成，人力成本太高，且使得监测工作量大和耗时长，实时性和监测频率也难达到要求，尤其是在施工条件复杂，监测条件恶劣的工程现场更难实现数据的实时准确采集。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够自动实现数据采集和传输功能的掩埋式岩 土工程监测无线智能传感器。本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:一种掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，由密封盒及其内部的传感器电路构成，传感器电路包括采集控制单元、无线传输模块、电源管理单元、蓄电池及监测仪接口单元，电源管理单元的输入端与蓄电池相连接且输出端连接到采集控制单元、无线传输模块、监测仪接口单元上为其供电，采集控制单元分别与无线传输模块、监测仪接口单元和电源管理单元相连接，该无线传输模块通过密封盒上安装的天线与现场服务器相连接实现无线数据传输功能，该监测仪接口单元与监测仪相连接。而且，所述的电源管理单元的输入端还连接有外部交流电源接口。而且，所述的所述的密封盒为具有防尘、防水、抗冲击和承受一定掩埋压力的性能的密封盒。而且，所述的天线外安装有保护天线和使天线在掩埋条件下工作的天线防护套。而且，所述监测仪接口单元与监测仪之间通过密封盒上安装的快速插拔型防水接头相连接。而且，所述的采集控制单元由单片机及其外围电路构成。
而且,所述的无线传输模块采用zigbee无线传输模块。而且，所述的监测仪接口单元采用RS485接口模块；RS485接口模块可同时连接多个数字类型的监测仪。本发明的优点和积极效果是:1、本无线智能传感器能够将岩土变化信息及时准确地上传到现场服务器，可避免人工逐点采集，节约人力成本，可方便地实现实时采集与传输。2、本无线智能传感器通过无线模块进行数据传输，可方便实现灵活组网，一个现场服务器能与多个传感器之间相互通信。3、本无线智能传感器具有供电灵活及功耗较低的特点，蓄电池可提供传感器较长期运行所需要的电能；同时具有休眠功能，在不采集数据时进入休眠状态，以节约电能。4、本无线智能传感器安装在密封盒内，本身可随监测仪埋在地下或安装在地表，密封盒和监测仪之间使用快速插拔型防水接头相连，只留出天线在地表即可，同时，密封盒也可安装于地表等妥当之处，具有安装方便的特点。5、本无线智能传感器具有防潮、防水、抗压和抗冲击的特点，可在恶劣岩土监测环境下正常工作。6、本发明设计合理，实现岩土监测的自动化数据采集与传输功能，具有自动化程度高、组网灵活方便、成本低廉等特点，可广泛用于自然岩体及岩土地质、地表工程边坡和支护、地下隧道和建筑工程稳定性监测领域。
图1是本发明的传感器电路方框图；图2是本发明的应用连接示意图；图3是由本发明构成的基坑自动监测系统连接示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步详述。一种掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，如图1及图2所示，由密封盒及其内部的传感器电路构成，在密封盒上安装有天线和快速插拔型防水接头，在天线外设有天线防护套实现对天线的保护功能，通过快速插拔型防水接头可以与监测仪相连接。密封盒内的传感器电路包括采集控制单元、无线传输模块、电源管理单元、蓄电池、外部电源接口及监测仪接口单元，电源管理单元与外部电源接口及蓄电池相连接进行电源转换并连接到采集控制单元、无线传输模块、监测仪接口单元上为其供电，采集控制单元与无线传输模块相连接，该无线传输模块通过天线与现场服务器相连接实现无线数据传输功能；采集控制单元与监测仪接口单元相连接，该监测仪接口单元通过防水接头与监测仪相连接用于采集监测仪数据；采集控制单元与电源管理单元相连接实现电源管理功能。下面对掩埋式岩土工程监测无线智能传感器的各个部分分别进行说明:密封盒采用不锈钢密闭制成，具有防潮、防水、抗压和抗冲击的特点，其抗压强度值为0.1Mpa，抗冲击强度值为lkj/m2。该密封盒设有快速插拔型防水接头和监测仪相连，使得更换密封盒及蓄电池变得十分方便。密封盒外侧天线部分使用专门的天线防护套进行保护。传感器电路中的采集控制单元是以单片机芯片(例如51单片机芯片或其他单片机芯片)为核心，实现定时、复位等基本功能，在传感器空闲时进入休眠节电状态，以便降低功耗，节约电能，方便准确地实时采集监测仪数据。在采集控制单元上的安装有数据采集控制程序，该数据采集控制程序包括定时、设备启动、采集数据和休眠等处理功能，在对监测仪进行数据采集和数据处理过程，该过程中包括数据定义、通信协议、数据格式和和传输频率等内容，能够根据实际需求设定采集时间，自动采集监测仪的数据，经过处理后通过无线传输模块上传到现场服务器上。无线传输模块以CC2530F256芯片为核心的zigbee传输单元或其它无线智能通信模块，实现数据的无线传输功能，同时可方便实现多个填埋式基坑监测传感器和现场服务器之间的组网通信。监测仪接口单元可以采用RS485接口模块，用于接入数字量信号类型的基坑监测仪，实现采集基坑监测仪的检测的数字信号的功能。监测仪接口单元通过RS485接口可同时与多个监测仪通信，监测仪可以使钢筋应力计、固定式测斜仪、水位计、压力计等。电源管理单元是在外部提供220V或380V交流电压时，可实现对自身蓄电池进行充电的单元。蓄电池选用12V阀控式铅酸蓄电池，蓄电池是在没有外部供电的情况下可长期持续运行的重要部分。当有外部供电时可通过电源管理单元实现自身充电，外部电源接口单元是来方便实现外部电源供电及给蓄电池充电的重要部分。电源管理单元在采集控制单元的控制下对供电设备中蓄电池进行管理，在必要的情况下接入太阳能电池，并且通过与电源管理单元相连接的监测仪对供电工作状况和参数进行监测。下面以图3所示的基坑自动监测系统为例，说明本发明的具体应用。在该自动监测系统中，无线智能传感器采用蓄电池供电方式，无线智能传感器I通过RS485接口与监测仪al、监测仪a2、……、监测仪an相连接，无线传感器2通过RS485接口与监测Rbl、……、 监测仪bn相连接,无线智能传感器η通过RS485接口与监测仪cl、......、监测仪cn相连
接。无线智能传感器可以放置于地上安全位置，如无线智能传感器I和无线智能传感器n，也可以填埋在较浅地下位置并且只露出天线在地表处，如无线智能传感器2和监测仪一起填埋在较浅地下位置。现场服务器与无线智能传感器1、无线智能传感器2、……、无线智能传感器η之间采用一个主站和多个从站的通信方式。本自动监测系统的工作原理是:首先由现场服务器发出采集或唤醒指令，然后无线智能传感器内的采集控制单元根据指令内容进行唤醒或数据采集监测仪得到指令后响应；然后测得信号以报文形式送入采集控制单元，经过单片机处理后再通过zigbee无线透明传输方式传送给现场服务器；最后现场服务器把数据上传于中心服务器，并发布。当无线智能传感器没有数据采集及信号传输时，采集控制单元发出指令断开监测仪供电电路，进入休眠节电模式。当无线智能传感器有数据采集或信号传输时，采集控制单元发出指令接通监测仪供电电路，进入工作模式。需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其特征在于:由密封盒及其内部的传感器电路构成，传感器电路包括采集控制单元、无线传输模块、电源管理单元、蓄电池及监测仪接口单元，电源管理单元的输入端与蓄电池相连接且输出端连接到采集控制单元、无线传输模块、监测仪接口单元上为其供电，采集控制单元分别与无线传输模块、监测仪接口单元和电源管理单元相连接，该无线传输模块通过密封盒上安装的天线与现场服务器相连接实现无线数据传输功能，该监测仪接口单元与监测仪相连接。
2.根据权利要求1所述的掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其特征在于:所述的电源管理单元的输入端还连接有外部交流电源接口。
3.根据权利要求1或2所述的掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其特征在于:所述的所述的密封盒为具有防尘、防水、抗冲击和承受一定掩埋压力的性能的密封盒。
4.根据权利要求1或2所述的掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其特征在于:所述的天线外安装有保护天线和使天线在掩埋条件下工作的天线防护套。
5.根据权利要求1或2所述的掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其特征在于:所述监测仪接口单元与监测仪之间通过密封盒上安装的快速插拔型防水接头相连接。
6.根据权利要求1或2所述的掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其特征在于:所述的采集控制单元由单片机及其外围电路构成。
7.根据权利要求1或2所述的掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其特征在于:所述的无线传输模块采用zigbee无线传输模块。
8.根据权利要求1或2所述的掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其特征在于:所述的监测仪接口单元采用RS485接口模块；RS485接口模块可同时连接多个数字类型的监测仪。
9.根据权利要求1或2所述的掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其特征在于:所述的蓄电池为12V蓄电池。
全文摘要
本发明涉及一种掩埋式岩土工程监测无线智能传感器，其主要技术特点是由密封盒及其内部的传感器电路构成，传感器电路包括采集控制单元、无线传输模块、电源管理单元、蓄电池及监测仪接口单元，采集控制单元分别与无线传输模块、监测仪接口单元和电源管理单元相连接，该无线传输模块通过密封盒上安装的天线与现场服务器相连接实现无线数据传输功能，该监测仪接口单元与监测仪相连接。本发明设计合理，实现岩土监测的自动化数据采集与传输功能，具有自动化程度高、组网灵活方便、成本低廉等特点，可广泛用于自然岩体及岩土地质、地表工程边坡和支护、地下隧道和建筑工程稳定性监测领域。
文档编号G08C17/02GK103208173SQ20131008062
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者王毅, 李斌, 王国伟, 魏成娟, 朱全斌 申请人:天津市建筑科学研究院有限公司