基于lora的远距离无线抬动微位移监测系统和方法与流程

本发明属于抬动变形监测技术领域，尤其涉及一种基于lora的远距离无线抬动微位移监测系统和方法。

背景技术：

在水电大坝工程中防渗处理的基本方法为灌注水泥浆液，目前灌浆泵和其他灌浆设备的不断发展，灌浆过程中的灌浆压力随着工程的复杂程度和地质条件不同灌浆压力越来越大，虽然较大的灌浆压力有利于防渗处理的结实耐用，但是也会带来局部地质的劈裂破坏，因此对水电大坝灌浆施工过程中抬动变形的监测不容忽视。

国内开展此项研究较晚，主要研究单位有中国天津基础工程局、南京自动化研究所、葛洲坝工程局等，均为有线测量方式。铺设电缆线的工作十分繁琐，而现场施工环境恶劣，抬动监测信号易受到各种干扰，电缆线易砸断，给现场施工安全造成了隐患。

国外开展监测自动化设备研制始于20世纪60年代末。目前国际上有代表性的系统有美国Campbell Scientific公司的CR—10系统,其测量单元机芯被世界大多数监测仪器制造商(包括基康、SINCO、ROCTEST等)用做其自动化系统的采集单元,澳大利亚Datataker公司的数据采集仪100,美国Geomation公司的2380系统,意大利ISMES研究所的GPDAS系统。

随着抬动自动记录仪市场的迅速扩大，近年来涌现出许多新的记录仪生产厂家，这些厂家生产的各种抬动记录仪产品在满足基本监测功能的基础上，分别使用了不同的软、硬件平台，给产品增添了许多附加功能，在丰富产品类型、降低产品成本和适应不同客户需求的同时，增大了产品市场竞争的激烈程度，对我院记录仪产品的传统优势也构成较大的压力和冲击。国内开展此项研究较晚，主要研究单位有中国天津基础工程局、南京自动化研究所、葛洲坝工程局等，均为有线测量方式。铺设电缆线的工作十分繁琐，而现场施工环境恶劣，抬动监测信号易受到各种干扰，电缆线易砸断，给现场施工安全造成了隐患。

技术实现要素：

本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种基于lora的远距离无线抬动微位移监测系统和方法。

本发明的技术方案是：一种基于lora的远距离无线抬动微位移监测系统，包括：

多个位移传感器，用于实时采集灌浆过程中的抬动变形位移数据；

多个lora无线通信模块，分别与所述位移传感器一一对应设置，用于将所述位移传感器采集的抬动变形位移数据采用lora无线传输方式发送至数据处理模块；

数据处理模块，用于接收所述lora无线通信模块发送的抬动变形位移数据，对抬动变形位移数据进行分析处理并保存。

进一步地，还包括与所述数据处理模块连接的触摸显示屏；所述触摸显示屏用于接收所述数据处理模块发送的数据并进行显示。

进一步地，还包括与所述数据处理模块连接的USB接口；所述USB接口用于导出所述数据处理模块保存的抬动变形位移数据。

进一步地，还包括与所述数据处理模块连接的打印机接口；所述打印机接口用于接收所述数据处理模块发送的数据并进行打印。

进一步地，还包括与所述数据处理模块连接的声光报警器；所述声光报警器用于根据数据处理模块发送的报警信号进行报警。

为了对本发明的基于lora的远距离无线抬动微位移监测系统作进一步说明，本发明还提出了一种基于lora的远距离无线抬动微位移监测方法，包括以下步骤：

A、利用位移传感器分别实时采集灌浆过程中的抬动变形位移数据；

B、利用lora无线通信模块采用lora载波监听多路访问冲突避免的网络监听传输模式将步骤A中所述位移传感器采集的抬动变形位移数据以数据包的形式发送至数据处理模块；

C、利用所述数据处理模块接收步骤B中所述lora无线通信模块发送的抬动变形位移数据进行分析处理并保存，再采用ACK机制回传一个确认数据包；

D、利用lora无线通信模块根据步骤C中所述数据处理模块回传的确认数据包采用FIFO先进先出队列算法对步骤A中所述位移传感器采集的抬动变形位移数据进行处理，完成远距离无线抬动微位移监测。

进一步地，所述步骤B中采用lora载波监听多路访问冲突避免的网络监听传输模式具体为：在发送数据包前利用lora无线通信模块监听是否有其它lora无线通信模块正在占用信道传输数据；若有，则不发送数据包并等待预设周期后再次监听；若没有，则利用lora无线通信模块发送数据包。

进一步地，所述步骤B中数据包采用CRC循环冗余校验。

进一步地，所示步骤C中利用所述数据处理模块接收步骤B中所述lora无线通信模块发送的抬动变形位移数据进行分析处理具体为：利用数据处理模块对抬动变形位移数据进行记录、显示、报警、报表打印、曲线生成。

进一步地，所述步骤D中采用FIFO先进先出队列算法对步骤A中所述位移传感器采集的抬动变形位移数据进行处理具体为：将步骤A中所述位移传感器采集的抬动变形位移数据缓存进FIFO缓冲池，根据确认数据包从FIFO缓冲池中删除与该确认数据包对应的抬动变形位移数据。

本发明的有益效果是：本发明综合运用无线网络技术、电子测量技术、嵌入式计算机技术、组态软件技术以及全触摸屏技术，对灌浆施工现场的抬动变形位移量进行实时监测；多路位移传感器分别将各自监测到的实时抬动变形位移量以无线数字信号的形式发送到数据处理模块的对应通道，数据处理模块对采集到的信号数据进行分析处理，完成抬动变形数据的记录、显示、报警、报表打印、曲线生成以及U盘电子存档等功能，从而避免了铺设电缆线带来的相关问题，安装简便，有效适应了工作现场强烈的工频干扰和冲击谐波干扰，大大提高了灌浆施工抬动监测的可靠性。

附图说明

图1是本发明的基于lora的远距离无线抬动微位移监测系统结构示意图。

图2是本发明的基于lora的远距离无线抬动微位移监测方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明的基于lora的远距离无线抬动微位移监测系统结构示意图。一种基于lora的远距离无线抬动微位移监测系统，包括多个位移传感器、多个与所述位移传感器一一对应设置的lora无线通信模块及数据处理模块。

本发明的N个位移传感器用于实时采集灌浆过程中的抬动变形位移数据；位移传感器的安装方法与普通机械百分表的安装方法相同，安装过程中应该随时监测位移传感器的初始值读数；如果采用压缩式传感头安装方式，读数值在800μm左右为宜；如果采用拉伸式传感头安装方式，读数值在1200um左右为宜。启动前的读数值为位移传感器的安装初值。位移传感器必须得到最为独特的重视和保护。由于其本身所具备的高精度的特性，致使轻微的碰触都会造成很大的波动，甚至引发报警而影响灌浆作业，所以请务必要配备全密封保护罩，以防止高压水枪激射、钻机等重型机械移动触碰、人为无知因素触碰导致的传感器损毁。位移传感器使用的干电池为可充放电大容量电池，需在停止灌浆工作后及时进行充电，以满足持续较长时间的抬动观测需要。

本发明的lora无线通信模块用于将所述位移传感器采集的抬动变形位移数据采用lora无线传输方式发送至数据处理模块。

本发明的数据处理模块，用于接收所述lora无线通信模块发送的抬动变形位移数据，对抬动变形位移数据进行分析处理并保存；为了实现利用lora无线通信模块进行无线数据传输，本发明利用数据处理模块对无线传输通道参数进行设置，包括：

⑴传感器地址：每个位移传感器有一个设定好的物理地址(该地址可以在无线网络发射装置上点击第一个键看到)，将该地址输入传感器地址栏，则对应通道将接收该地址的位移传感器信号；1#监测通道的传感器地址默认为1号传感器，2#监测通道的传感器地址默认为2号传感器，也可以在传感器地址栏输入任意编号的传感器；

⑵抬动孔号：该通道对应监测的抬动孔孔号，即对应的位移传感器安装的抬动孔孔号；

⑶抬动限制值：该通道允许的最大抬动值，超过该抬动值记录仪将报警；限制值是针对抬动累计值设定的，用来监控抬动累计值的大小；

⑷抬动安装方式：位移传感器的安装分为压缩式和拉升式，可根据实际安装情况选择。

⑸单位工程名称、分部工程名称、分项工程名称、单元工程名称、工程施工部位、工程施工单位：根据工程情况输入；

⑹孔号：对该通道监测的抬动值有影响的灌浆孔孔号；

⑺排序：灌浆孔所处的排；

⑻孔序：灌浆孔所处的次序；

⑼段号：灌浆孔当前正在灌浆的段的编号；

⑽段顶：当前正在灌浆的段的顶部距孔口的距离，单位米；

⑾段底：当前正在灌浆的段的底部距孔口的距离，单位米；

⑿段长：当前正在灌浆的段的长度，单位米；

⒀时间间隔：生成平均记录的间隔时间，单位分钟。

本发明利用数据处理模块对抬动变形位移数据进行分析处理，得到实时监测数据；这里的实时监测数据包括：

⑴序号：通道号

⑵抬动孔号：该通道参数设置中所设置的抬动孔孔号；

⑶安装值：系统自动记录下点击开始记录按钮时刻的实际抬动值作为抬动安装值，单位μm；

⑷当前值：系统自动监测到的实时抬动值，单位μm；

⑸累计值：记录该通道在设定的抬动孔处自第一次安装到目前为止累计抬动的数值；其计算公式为：本次累计值＝当前值－本次安装值+上一次安装结束记录时的累计值，初次安装时，上一次安装结束记录时的累计值为0；当改变抬动孔时，证明该设备更换了抬动检测孔，累计值清零；单位μm；

⑹限制值：该通道参数设置中所设置的抬动限制值，单位μm；

⑺信号强度：接收到的无线抬动数字信号的强度，范围0～99，数值越大表示强度越大；

⑻电池电量：位移传感器及无线网络通信模块的供电电池剩余电量，范围0～10，数值越大表示电量越充足；

⑼状态：对当前通道的无线信号强度、电池电量以及抬动超限情况的说明。

本发明还包括与所述数据处理模块连接的USB接口；所述USB接口用于导出所述数据处理模块保存的抬动变形位移数据；还包括与所述数据处理模块连接的打印机接口；所述打印机接口用于接收所述数据处理模块发送的数据并进行打印；还包括与所述数据处理模块连接的声光报警器；所述声光报警器用于根据数据处理模块发送的报警信号进行报警。

为了对本发明的基于lora的远距离无线抬动微位移监测系统作进一步说明，本发明还提出了一种基于lora的远距离无线抬动微位移监测方法。如图2所示，为本发明的基于lora的远距离无线抬动微位移监测方法流程示意图，包括以下步骤：

A、利用位移传感器分别实时采集灌浆过程中的抬动变形位移数据；

B、利用lora无线通信模块采用lora载波监听多路访问冲突避免的网络监听传输模式将步骤A中所述位移传感器采集的抬动变形位移数据以数据包的形式发送至数据处理模块；

C、利用所述数据处理模块接收步骤B中所述lora无线通信模块发送的抬动变形位移数据进行分析处理并保存，再采用ACK机制回传一个确认数据包；

D、利用lora无线通信模块根据步骤C中所述数据处理模块回传的确认数据包采用FIFO先进先出队列算法对步骤A中所述位移传感器采集的抬动变形位移数据进行处理，完成远距离无线抬动微位移监测。

在步骤B中，本发明采用lora载波监听多路访问冲突避免的网络监听传输模式，该模式下，设备发送数据之前先检测有无其他设备正在占用信道传输数据，如果有，则等待一段时间，再次监听，直到监听到信道空闲，再发送。这种机制有效地避免或降低了传输冲突的问题。并且本发明中的每个数据包采用CRC循环冗余校验，用以验证数据包传输过程中的误码问题；CRC校验机制采用ITU标准的16为CRC校验算法生成CRC码。

在步骤C中，本发明利用所述数据处理模块接收步骤B中所述lora无线通信模块发送的抬动变形位移数据进行分析处理具体为：利用数据处理模块对抬动变形位移数据进行记录、显示、报警、报表打印、曲线生成以及U盘电子存档等功能。本发明采用ACK机制，设备发送数据包后，接收方设备在收到数据包后，会回传一个确认数据包，用以通知发送方设备其数据包已经可靠的被收到，这样保证了数据包“到达了目的地”。发送设备如果一定时间未接收到发送包所对应的确认包，则认为接收方设备并未收到发送包，此时可以通过延时重发的操作保证数据可靠传输。

在步骤D中，本发明采取FIFO先进先出队列算法，将采集到的大量数据先缓存进FIFO缓冲池，于此同时，不断定时的从缓冲池中取数据发送，并以ACK作为接收成功，摒弃数据的依据，可有效地控制发送次序和保证传输。

本发明采用数字信号无线传输方式，大大增强了抗干扰的性能，省去电缆的铺设，从而增强设备的稳定性，同时，设备具备无线联网功能，可以将抬动位移数据以无线方式实时传送给灌浆记录仪和因特网；具有可控声光报警功能：主机可设置抬动报警值，抬动值超出报警值即声光报警。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。