一种隧道多参数环境检测装置的制作方法

本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道多参数环境检测装置。

背景技术：

现如今，当前所施工隧道内布设有施工环境监控装置，所布设在施工环境监控装置一般都包括延隧道延伸方向布设的多个监测单元，而对于长大隧道而言，多个监测单元的控制线路相当长。而且不良地质的存在使得崩塌、滑坡、泥石流、岩溶、土洞、河流冲刷以及渗透变形等现象频出，他们既影响场地稳定性，也对地基基础、边坡工程、地下洞室等具体工程的安全、经济和正常使用不利。另外，由于隧道内外的明暗差别较大，司机在进出隧道时容易产生“黑洞”和“白洞”效应，看不清路面上的交通状况，从而导致交通事故的发生。因而，需要设计一种安全布设方便、使用操作简便且智能化程度高的隧道施工监控与报警系统，其无需布设大量长距离控制线路，工作性能可靠。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了一种隧道多参数环境检测装置，采用检测模块、Zigbee模块、无线模块为核心的技术设计，解决了监测隧道环境布线繁琐的技术问题，达到了整个系统无线智能监控且可远程控制设备动作的效果；采用以PWM模块调节LED灯以及智能设备无线控制LED灯的设计手法，解决了传统隧道照明耗费资源大、照明方式单一的问题，达到了车辆进出隧道时LED灯自动调节亮度、智能设备控制LED灯频闪的技术效果；采用超声波探测模块监测车辆进入、栏杆防护的技术方式，解决了车辆在隧道出现状况时无法获知的技术问题，实现了及时提醒行车注意隧道状况以及安全保护的技术效果。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：包括控制装置、检测模块、栏杆；控制装置通过Zigbee协议无线连接检测模块；控制装置通过无线信号连接智能设备；控制装置通过Internet网络无线连接终端设备；隧道口两端装有超声波探测模块，控制装置通过Zigbee协议无线连接超声波探测模块；隧道两端入口处安装有栏杆，栏杆旁装有电子屏和扬声器；隧道内墙壁两侧安装有LED灯，LED灯的控制端连接控制装置；每隔一段距离放置一个控制装置和检测模块；

控制装置包括MCU单元、驱动开关模块、信号处理模块、PWM模块、无线模块、GSM模块、Zigbee接收模块、电源模块；驱动开关模块中的光耦开关的1脚通过电阻R8电性连接MCU单元的PC3脚，驱动开关模块通过信号处理模块连接固态继电器，驱动开关模块包括继电器，固态继电器输出端连接三相异步电机；MCU单元通过PWM模块电性连接LED灯，PWM模块包括光耦开关和MOS管，PWM模块中的光耦开关的1脚连接MCU单元的PA3脚；MCU单元通过无线模块无线连接智能设备；MCU单元通过GSM模块无线连接终端设备；Zigbee接收模块输出端连接MCU单元的I/O口；电源模块的输出端连接MCU单元；MCU单元分别与电子屏和扬声器电性连接；三相异步电机带动栏杆运动；

进一步优化本技术方案，所述的检测模块包括Zigbee发射模块、数模转换模块、放大电路、湿度检测器、烟雾传感器、温度传感器、隧道塌方自动监测仪；超声波探测模块输出端连接放大电路；Zigbee发射模块通过Zigbee协议无线连接Zigbee接收模块；

进一步优化本技术方案，所述的PWM模块中的光耦开关的2脚和4脚接地，PWM模块中的光耦开关的5脚连接MOS管的基极，PWM模块中的光耦开关的6脚通过上拉电阻连接电源模块；

进一步优化本技术方案，所述的驱动开关模块中的光耦开关的2脚、4脚接地，驱动开关模块中的光耦开关的5脚连接三极管Q4的基极，驱动开关模块中的光耦开关的6脚通过上拉电阻连接电源模块，驱动开关模块中的继电器的公共触点连接电源模块，驱动开关模块中的继电器的另外两端一端不接一端通过电阻R7接三极管Q1的基极，驱动开关模块中的三极管Q1的集电极通过上拉电阻R8连接电源模块，驱动开关模块中的三极管Q1的集电极连接信号处理模块；

进一步优化本技术方案，所述的MCU单元为ATmega128单片机系统，数模转换模块为ADC0809芯片；PWM模块中的MOS管为IRFP460芯片，PWM模块中的光耦开关为PC817芯片；信号处理模块为SN74HC14芯片；驱动开关模块中的继电器为JQC-3F-05UDC-1ZS芯片；无线模块为NRF24L01芯片；GSM模块为EM310GSM芯片；Zigbee发射模块和Zigbee接收模块为CC2420芯片；电源模块为LM317L芯片、78L12芯片和7824芯片；

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：1、传感器智能实时检测工作环境状况并Zigbee模块传输给控制装置，通过GSM模块将控制装置所获得的信号传输给远处的终端设备；2、通过PWM脉宽调制的手法控制LED灯，达到行车过程中LED灯智能控制亮度、智能设备无线连接控制LED灯频闪以提醒车辆绕行的效果；3、采用固态继电器控制三相异步电动机以驱使栏杆动作的方式，结合电子屏和扬声器实现提醒行车过往安全提醒，以使进出隧道时避免因隧道内外光线差异而碰撞车辆，隧道出现状况时阻止行车进入。

附图说明

图1是一种隧道多参数环境检测装置的控制功能图；

图2是一种隧道多参数环境检测装置的概况结构图；

图3是一种隧道多参数环境检测装置的MCU单元电路结构图；

图4是一种隧道多参数环境检测装置的电源模块电路结构图；

图5是一种隧道多参数环境检测装置的驱动开关模块电路结构图；

图6是一种隧道多参数环境检测装置的PWM模块电路结构图。

图中，1、控制装置；2、检测模块；3、超声波探测模块；4、栏杆；5、电子屏；6、扬声器；7、终端设备；8、LED灯；9、智能设备；10、MCU单元；11、驱动开关模块；12、信号处理模块；13、固态继电器；14、三相异步电机；15、PWM模块；16、无线模块；17、GSM模块；18、Zigbee接收模块；19、Zigbee发射模块；20、数模转换模块；21、电源模块；22、隧道塌方自动监测仪；23、温度传感器；24、烟雾传感器；25、湿度检测器；26、放大电路；27、光耦开关；28、继电器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

具体实施方式一：如图1-6所示，包括控制装置1、检测模块2、栏杆4；控制装置1通过Zigbee协议无线连接检测模块2；控制装置1通过无线信号连接智能设备9；控制装置1通过Internet网络无线连接终端设备7；隧道口两端装有超声波探测模块3，控制装置1通过Zigbee协议无线连接超声波探测模块3；隧道两端入口处安装有栏杆4，栏杆4旁装有电子屏5和扬声器6；隧道内墙壁两侧安装有LED灯8，LED灯的控制端连接控制装置1；每隔一段距离放置一个控制装置1和检测模块2；控制装置1包括MCU单元10、驱动开关模块11、信号处理模块12、PWM模块15、无线模块16、GSM模块17、Zigbee接收模块18、电源模块21；驱动开关模块11中的光耦开关27的1脚通过电阻R8电性连接MCU单元10的PC3脚，驱动开关模块11通过信号处理模块12连接固态继电器13，驱动开关模块11包括继电器28，固态继电器13输出端连接三相异步电机14；MCU单元10通过PWM模块15电性连接LED灯8，PWM模块15包括光耦开关27和MOS管，PWM模块15中的光耦开关27的1脚连接MCU单元10的PA3脚；MCU单元10通过无线模块16无线连接智能设备9；MCU单元10通过GSM模块17无线连接终端设备7；Zigbee接收模块18输出端连接MCU单元10的I/O口；电源模块21的输出端连接MCU单元10；MCU单元10分别与电子屏5和扬声器6电性连接；三相异步电机14带动栏杆4运动；检测模块2包括Zigbee发射模块19、数模转换模块20、放大电路26、湿度检测器25、烟雾传感器24、温度传感器23、隧道塌方自动监测仪22；超声波探测模块3输出端连接放大电路26；Zigbee发射模块19通过Zigbee协议无线连接Zigbee接收模块18；PWM模块15中的光耦开关27的2脚和4脚接地，PWM模块15中的光耦开关27的5脚连接MOS管的基极，PWM模块15中的光耦开关27的6脚通过上拉电阻连接电源模块21；驱动开关模块11中的光耦开关27的2脚、4脚接地，驱动开关模块11中的光耦开关27的5脚连接三极管Q4的基极，驱动开关模块11中的光耦开关27的6脚通过上拉电阻连接电源模块21，驱动开关模块11中的继电器28的公共触点连接电源模块21，驱动开关模块11中的继电器28的另外两端一端不接一端通过电阻R7接三极管Q1的基极，驱动开关模块11中的三极管Q1的集电极通过上拉电阻R8连接电源模块21，驱动开关模块11中的三极管Q1的集电极连接信号处理模块12；MCU单元10为ATmega128单片机系统，数模转换模块20为ADC0809芯片；PWM模块15中的MOS管为IRFP460芯片，PWM模块15中的光耦开关27为PC817芯片；信号处理模块12为SN74HC14芯片；驱动开关模块11中的继电器28为JQC-3F-05UDC-1ZS芯片；无线模块16为NRF24L01芯片；GSM模块17为EM310GSM芯片；Zigbee发射模块19和Zigbee接收模块18为CC2420芯片；电源模块21为LM317L芯片、78L12芯片和7824芯片；

使用时，如图1-2所示，本装置的中心单元为控制装置1，其起到接收监测信号、控制设备根据行车经过情况或通过智能设备9实现自动控制LED灯8照明，通过电子屏5和扬声器6提醒行车注意隧道内状况等功能，并通过GSM模块17无线传输给终端设备7实现远程检测和控制。如图3-4所示，本实用新型的单片机的最小型系统，使用ATmega128单片机作为主控单元，集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，电源模块21使用三端稳压芯片作为转变电压的芯片单元，其输入电压经过桥式整流电路整流，又经电容器滤波得到稳定的直流电压，使监控装置处于正常状态运行，增加了装置使用寿命；

如图5和图6所示，检测模块2检测到温度、湿度、隧道围岩状况等环境参数，将其通过Zigbee发射模块19发送，Zigbee发射模块19通过Zigbee协议发送信息给Zigbee接收模块18，随后MCU单元10将数据进行处理；当检测到隧道内发生火灾、漏水和塌陷等状况时，控制装置1通过驱动开关模块11驱使固态继电器13工作，固态继电器13控制三相异步电机14的正反转，进而控制栏杆4的运行状况，并通过电子屏5和扬声器6提醒行车注意隧道内状况；系统包括两个驱动开关模块11，两个驱动开关模块11的Vo1和Vo2分别连接至固态继电器13的D1和D2端，当需栏杆4放下时，MCU单元10控制驱动开关模块11中的继电器28吸合，使得驱动开关模块11中的三极管Q1导通，输出端Vo1经信号处理电路处理，输出低电平0，此低电平送至固态继电器13的D1控制端，此时电机正转。当需栏杆4抬起时，MCU单元10控制驱动开关模块11中的继电器28吸合，使得驱动开关模块11中的三极管Q1导通，输出端Vo2经信号处理电路处理，输出低电平0，此低电平送至固态继电器13的D2控制端，此时电机反转。当两个驱动开关模块11中的继电器28均未动作时，电机不转，栏杆4的升降依靠三相异步电机的正反转实现；

当超声波探测模块3检测到车辆到来时，电子屏5和扬声器6提醒车辆减速进入慢速离开，同时MCU单元10运算处理后确定PWM的周期和占空比，定时器产生时间基准，输出脉冲波给给PWM模块15，调节LED灯的亮度，使得出入口处LED灯8亮度达到最大，减少黑洞”和“白洞”效应产生的不良影响；当行车进入的一段时间内合理调节亮度使行车顺利通过隧道，设定的时间过后则驱使LED灯8亮度达到最暗以节约资源；当行车在隧道内发生故障导致无法移动，可通过智能设备9通过无线模块16无线控制LED灯8频闪，以使过往车辆注意绕行；全程控制装置1通过GSM模块17远程连接终端设备7，以完成远程监控和控制。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。