专利名称：基于拉线式位移传感器和Zigbee无线网络的边坡裂缝位移远程自动监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测量边坡裂缝位移的系统和方法，属于边坡滑坡灾 害远程实时监测领域。
背景技术：
露天矿边坡滑坡前产生的裂缝是滑坡体位移变化最大的部位，成为我们监测 滑坡的最简单而有效的手段， 一般地当裂缝变化达到4-5cm/小时的时候，24小
时内将有滑坡发生。
目前国内对露天矿边坡滑坡前出现裂缝的监测主要由人工完成，通过用尺子
测量边坡裂缝间两个固定点的距离，来测量边坡裂缝位移，不但精度低而且有一 定危险性，特别是夜间的监测很困难；以往的自动监测系统传感器复杂，依靠 GPRS网络传输信号，需要交纳通信费运行成本高，需要固定电源安装困难；因 此需要一种适合露天矿生产环境、运行成本低、安装布置简便、无须固定电源、 不依赖GPRS网络，能远程无线将裂缝变化数据传输到监测计算机，计算机监测 软件自动形成变化曲线，供预测滑坡参考的实用系统。
发明内容
本发明正是为解决以上问题，利用拉线式位移传感器技术和Zigbee无线网 络技术组成了边坡位移远程自由动监测系统。系统由现场位移数据采集传送和监 测中心接收分析两部分组成，其特征是现场位移数据采集传送部分的拉线式位 移传感器(1)连接到模拟量采集模块(2)输入端，模拟量采集模块(2)输出 端连接到Zigebee无线发射模块(3)，太阳能供电模块(4)为现场采集部分供 电，监测中心接收分析部分的Zigebee无线接收模块(5)连接到计算机(6)， 计算机上安装有MCGS组态软件，完成位移数据的曲线显示。
拉线式位移传感器(1)在安装时是固定在6米长的角铁(10)上和固定桩 (7)连接，处于裂缝的稳定帮，传感器测量拉绳拉出裂缝宽度后通过1米长的连 接绳与滑动帮固定桩(9)连接。这样布置两个固定桩之间的距离至少达到7米， 可提高测量裂缝位移的相对变化精度。
边坡裂缝位移是包含水平和垂直两个运动方向的变化，对边坡裂缝的测量 既要测量水平方向的也要测量垂直方向的，这样就使裂缝位移的测量变的复杂， 不便于测量和分析，找到一种类似日常测量的即包含垂直变化又包含水平变化的 测量手段，就会使测量简单化，为此我们选择了拉线式位移传感器。
拉线式位移传感器可将机械位移量转换成可计量的、成线性比例的电信号。 在被测物体产生位移时，拉动与其相连接的拉伸绳，拉伸绳带动传感器传动机构 与传感元件同步转动；当位移反向移动时，传感器内部的回旋装置将自动收回拉 伸绳，并在拉伸绳伸收过程中保持其张力不变，从而输出一个与被测物体移动量 成正比例的电信号。传感器钢绳排线方式采用自动均匀排线、保证具有较高独立 线性精度和较长的传感器使用寿命。
拉线式位移传感器的应用使问题变的简单化，拉线式位移传感器通过柔性 的，可以拉出和縮回的钢丝长度变化，转换成可计量的、成线性比例的电信号， 固定在裂缝两边的柔性钢丝的伸长，是即包含水平位移也包含垂直位移的变化， 这样一来就使裂缝的位移测量变的简单明了。拉线式位移传感器测量到的位移数据，需远程无线传输到露天矿办公楼的 计算机上进行储存分析，无线传输部分采用了Zigebee无线传感器网络，Zigbee 无线网络模块可以极低的功耗实现较远的通讯距离，为现场测量部分实现太阳能 供电提高了条件，使现场测量部分具有了可移动性能，满足了露天矿现场的要求， 取代了以往的边坡监测系统的GPRS通讯方式，节省了日常的网络通讯费。
监测计算机上安装有MCGS组态软件，对各传感器的数据进行储存分析，自 动生产直观的数据变化曲线，供我们分析边坡裂缝状态和变化趋势时参考。
图1系统原理流程图
图2传感器安装布置图
图3位移历史变化曲线示意图
图1中拉线式位移传感器(1)、模拟量采集模块(2)、 Zigbee无线发射 模块(3)、太阳能供电模块(4)无线接收模块(5)、计算机(6)。
图2中稳定帮固定桩(7)、传感器(8)、滑动帮固定桩(9)、连接角铁(IO)。
具体实施方式
拉线式位移传感器采用型号为JJX-Ml-50-10V-F它的测量范围为5000,， 电压输出为0-10V。
拉线式位移传感器主要技术指标-
1、 位移有效测量范围100、 200、 500、 700、 1000、 1500、 2000、 5000、 8000mm 等多种尺寸
2、 电源电压5VDC、 12VDC、 15VDC、 24VDC等
3、 信号输出电位计，电压，电流，编码器脉冲、计算机接口等
3、 线性精度200咖优于±0.5%， 500mm以上优于土0.2挑(误差最大点，非 综合精度)
4、 工作温度-20°-70°C
拉线式位移传感器输出的代表裂缝距离的电压信号传给模拟量采集模块， 模拟量采集模块采用KLM-4128型电压采集模块，可提供8路模拟量输入，即每 个测量站点可最多连接8个拉线式位移传感，有效分辨率达到16位，实现了 O.lmra的测量精度，每只模块可通过拨码开关设置地址，最多支持256个模块入 网。
模拟量采集模块KLM-4128通过串口输出的信号传给Zigbee无线发射模块 WV2436B, WV2436B可视距传输距离3km,功耗只有0. 5W，可自动路由组网，一 个节点可支持254个模块组网。其低功耗的特点为太阳能供电创造了条件，由 WV2436B组成的Zigbee无线网络信号传输，现场位移数据采集传送部分的电源 采用太阳能供电方式，以适应露天矿边坡供电困难的环境，低功耗Zigbee无线 通讯网络的应用为太阳能供电创造了条件，太阳能供电模块由2块8W的多晶硅 太阳能电池板，和2块12V/10AH的电瓶组成，在上传数据的间隙，系统进入休
4眠节电状态，以上两项技术可保证在北纬50度以内、-3(TC条件下，系统始终有 稳定的电力供应。
监测中心计算机接收分析部分由Zigbee无线接收模块、计算机组成。 沐V2436B接收到信号后经串口传送给计算机，计算机组态软件采用MCGS组态软 件，它可自动生成监测所需的实时监测曲线，历史曲线，并可设置报警点，当位 移数据超限时自动提醒报警，MCGS采用轮询方式向各监测点发出上传测量数据 的指令，各监测点收到指令后响应。
监测组态软件设计有实时曲线界面、历史曲线界面、数据报表界面，实时 曲线界面用来实时监测变化情况，历史曲线界面在较大的时间尺度上显示边坡裂 缝位移变化趋势，历史曲线界面如图3所示。
通过该系统在内蒙古宝日希勒煤矿实际应用表明，具有安装简便、精度高、 工作稳定、成本低、运行费用低廉的优点。是露天矿边坡监测简单有效的技术手段。
权利要求1.一种基于拉线式位移传感器和Zigbee无线网络的边坡裂缝位移远程自动监测的系统，系统由现场位移数据采集传送和监测中心接收分析两部分组成，其特征是现场位移数据采集传送部分的拉线式位移传感器(1)连接到模拟量采集模块(2)输入端，模拟量采集模块(2)输出端连接到Zigebee无线发射模块(3)，太阳能供电模块(4)为现场采集部分供电，监测中心接收分析部分的Zigebee无线接收模块(5)连接到计算机(6)，计算机上安装有MCGS组态软件，完成位移数据的曲线显示。
2.根据权利要求1所述基于拉线式位移传感器和Zigbee无线网络的边坡位 移远程自动监测系统，其特征是所述的拉线式位移传感器(1)在安装时是固 定在6米长的角铁(10)上和固定桩(7)连接，处于裂缝的稳定帮，传感器测量 拉绳拉出裂缝宽度后通过l米长的连接绳与滑动帮固定桩(9)连接。
专利摘要本实用新型是由拉线式位移传感器和Zigbee无线网络的组成的边坡裂缝位移远程自动监测系统。主要用来监测露天矿边坡裂缝位移，可完全取代人工监测。拉线式传感器⑧安装在角铁⑩上，和稳定帮固定桩⑦相连，拉线式位移传感器的拉绳和滑动帮固定桩⑨相连，通过拉线式位移传感器拉绳的伸长变化来测量稳定帮和滑动帮间的裂缝距离的变化，数据经采集模块采集后，由低功耗无通讯费的Zigebee无线网络传输给监测计算机，经MCGS组态软件进行储存分析，生成报表和变化曲线，现场采用太阳能电源，系统达到0.1mm的精度，具有成本低、安装简便、工作稳定可靠的特点，适合露天矿的环境，是露天矿边坡裂缝监测简便有效的技术手段。
文档编号H04W84/18GK201359486SQ200920001458
公开日2009年12月9日 申请日期2009年1月7日 优先权日2009年1月7日
发明者张东风, 田志伟, 钟志波 申请人:神华宝日希勒能源有限公司