[0001]
本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及基于物联网的地铁施工安全监控系统。
背景技术：
[0002]
物联网是互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络，实现物和物相联，物联网监控是一种防范能力较强的综合系统， 主要由前端采集设备、 传输网络、 监控运营平台三块组成， 实现监控领域图像、视频、 安全、 调度等相关方面的应用， 通过视频、 声音监控以其直观、 准确、 及时和信息内容，以实现物与物之间联动反应；明挖地铁施工中有大量轴力监测作业，安全管理压力大，地铁项目结构复杂、现场施工场地狭小，人工监测轴力耗时耗力，在物联网监控下利用短距离隧道内信号传输，同时长距离进行传输至控制终端监控，使地铁施工内部信号安全传输并实施监控，然而针对地铁施工内的一些甲烷等一些有毒有害气体的检测信息，本身传感器传输信号较为微弱，尤其是气体浓度不大时，载波信号的携带衰减更是会加大误差，因此在物联网的系统应用的基础上，虽增加了信息传输的实时性，但是却相对于人为的直接检测并记录信息而言，准确性、可靠性降低了，影响了基于物联网的地铁施工安全监控系统推广使用。
技术实现要素：
[0003]
针对上述情况，本发明能够对甲烷检测器输出的模拟信号根据载波信号电位校准，调节调制信号频率与载波信号频率相适应。
[0004]
其解决的技术方案是，包括甲烷信号接收模块、电位接收模块、振荡校准模块，甲烷信号接收模块接收端口与型号为yt-1200h-ch4甲烷检测器输出的模拟信号端连接，电位接收模块接收端口与型号为rha-ua306a的频率采集器信号输出端口连接，甲烷信号接收模块输出端口连接振荡校准模块信号输入端口，电位接收模块输出端口连接振荡校准模块信号输入端口，振荡校准模块输出信号为地铁施工安全监控系统中的信号发射器内调制信号；所述振荡校准模块包括继电器k1，继电器k1的触点5接甲烷信号接收模块输出端口，继电器k1的触点4接电阻r6的一端，继电器k1的触点2接地，继电器k1的触点1接电位接收模块输出端口，电阻r6的另一端接三极管q2的基极和电阻r7的一端以及电容c6、电容c7、电容c3的一端，电容c6的另一端接电阻r8的一端，电阻r7、电阻r8、电容c5的另一端接地，电容c3的另一端接三极管q2的发射极和电容c4的一端，三极管q2的集电极接电源+3.3v，电容c4的另一端接电感l1的一端，电感l1的另一端接运放器ar4的同相输入端；继电器k1的触点3接电阻r9的一端，电阻r9的另一端接电阻r11、电容c1的一端，电阻r11的另一端接电容c2的一端和运放器ar3的同相输入端，电容c2的另一端接地，运放器ar3的反相输入端接电阻r10、电阻r12的一端，电阻r10的另一端接地，运放器ar3的输出端接电容c1的另一端和电阻r12的另一端、电阻r13的一端以及可控硅d5的正极，电阻r13的另一端
接运放器ar4的反相输入端和二极管d3的负极、二极管d4的正极以及三极管q3的基极，三极管q3的发射极接电源+3.3v，三极管q3的集电极接运放器ar5的同相输入端，运放器ar5的反相输入端接运放器ar5的输出端和电阻r15的一端，二极管d3的正极接二极管d4的负极和电容c7、电容c8的一端，电容c7的另一端接电感l2、电阻r14的一端，电阻r14的另一端接地，电容c8的另一端接可控硅d5的控制极和电阻r16的一端，电阻r16的另一端接电感l2的另一端和电阻r15的另一端以及运放器ar6的同相输入端，运放器ar6的反相输入端接电阻r17、电阻r18的一端和可控硅d5的负极，电阻r17的另一端接地，运放器ar6的输出端接电阻r18的另一端和电阻r19的一端，电阻r19的另一端接地铁施工安全监控系统中的信号发射器内信号输入端口。
[0005]
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；1.电源+5v经电阻r5分压后为继电器提供4v的基准电压，当运放器ar2输出信号大于1v时，也即是载波信号频率电位较大，此时触发继电器导通，继电器k1触点由触点3、5闭合变为触点4、5闭合，反之当运放器ar2输出信号小于1v时，也即是载波信号频率电位正常，此时触发继电器不导通，继电器k1触点保持触点3、5闭合状态，具有很大的实用价值；2. 甲烷信号接收模块输出信号经三极管q2和电容c3-电容c6以及电感l1组成的调频电路放大信号频率，利用电感l1和电容c4组成串联谐振电路，对信号振荡放大信号频率，同时由于振荡需要不断补偿能量，因此运用电容c3的充放电控制三极管q2的导通截止，为谐振电路补偿能量，同时运用电容c5和电阻r7组成rc电路滤除信号中的杂波，电容c6滤除信号中的直流分量，防止直流分量频率谐振电路中的交流信号；3.运用电感l2和电容c7、电容c8、电阻r14滤波，利用电容c7、电容c8为耦合电容，电感l2起到滤除高频杂波的作用，然后输入运放器ar6同相输入端内，为了进一步调节信号电位，运用三极管q3为pnp三极管，检测低电位信号，当信号过低触发三极管q3导通，电源+3.3v经三极管q3分压后输入运放器ar5同相输入端，运放器ar5同步信号后直接经电阻r15补偿至运放器ar6，并且设计了可控硅d5检测电容c8的电位，当信号电位超过可控硅d5的触发电压时，此时可控硅d5分压信号至运放器ar6，从而降低运放器ar6输出信号电位，起到调节运放器ar6输出电位的作用，从而最后为调制信号输入地铁施工安全监控系统中的信号发射器内，具有很大的开发价值。
附图说明
[0006]
图1为本发明基于物联网的地铁施工安全监控系统的模块原理图。
具体实施方式
[0007]
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
[0008]
基于物联网的地铁施工安全监控系统，包括甲烷信号接收模块、电位接收模块、振荡校准模块，甲烷信号接收模块接收端口与型号为yt-1200h-ch4甲烷检测器输出的模拟信号端连接，电位接收模块接收端口与型号为rha-ua306a的频率采集器信号输出端口连接，甲烷信号接收模块输出端口连接振荡校准模块信号输入端口，电位接收模块输出端口连接
振荡校准模块信号输入端口，振荡校准模块输出信号为地铁施工安全监控系统中的信号发射器内调制信号；为了提高载波信号的携带信号抗衰减能力，在载波信号确定的情况下，可以通过调节调制信号频率与载波信号更加匹配，因此首先运用型号为yt-1200h-ch4甲烷检测器检测铁路施工范围内的甲烷气体浓度，型号为rha-ua306a的频率采集器检测载波信号电位，电位接收模块运用运放器ar2对频率采集器输出的信号功放，同时运用稳压管d2稳压，便于为振荡校准模块中的继电器k1提供触发电压，由于频率采集器输出的信号电位不足以直接控制继电器，以继电器k1触发电压5v为例，电源+5v经电阻r5分压后为继电器提供4v的基准电压，当运放器ar2输出信号大于1v时，也即是载波信号频率电位较大，此时触发继电器导通，继电器k1触点由触点3、5闭合变为触点4、5闭合，反之当运放器ar2输出信号小于1v时，也即是载波信号频率电位正常，此时触发继电器不导通，继电器k1触点保持触点3、5闭合状态；在通过调节继电器k1通断电的基础上，继电器k1调节甲烷信号接收模块输出信号输入振荡校准模块的回路，甲烷信号接收模块运用运放器ar1放大甲烷检测器输出模拟信号电位，同时利用稳压管d1稳压，保证运放器ar1输出信号的稳定性；当载波信号频率电位较大，也即是此时需要对甲烷信号接收模块输出的模拟信号频率调节，此时继电器k1触点4、5闭合状态，甲烷信号接收模块输出信号经三极管q2和电容c3-电容c6以及电感l1组成的调频电路放大信号频率，利用电感l1和电容c4组成串联谐振电路，对信号振荡放大信号频率，同时由于振荡需要不断补偿能量，因此运用电容c3的充放电控制三极管q2的导通截止，为谐振电路补偿能量，同时运用电容c5和电阻r7组成rc电路滤除信号中的杂波，电容c6滤除信号中的直流分量，防止直流分量频率谐振电路中的交流信号，然后运用运放器ar4缓冲信号，将信号暂时寄存与三极管q3检测信号同步；反之当载波信号频率电位正常时，也即是此时不需要对甲烷信号接收模块输出的模拟信号频率调节，继电器k1触点3、4闭合状态，甲烷信号接收模块输出信号经运放器ar3和电容c1、电容组成降噪电路抑制信号噪声， 电容c1为去耦电容，使运放器ar3同相反馈信号降噪，起到抑制运放器ar3输出信号噪声的作用，同时电容c2为旁路电容，起到滤波效果；最后运用二极管d3、二极管d4组成限幅电路对信号限幅，利用二极管本身的0.7v导通电压，降低信号0.7v电位，然后运用电感l2和电容c7、电容c8、电阻r14滤波，利用电容c7、电容c8为耦合电容，电感l2起到滤除高频杂波的作用，然后输入运放器ar6同相输入端内，为了进一步调节信号电位，运用三极管q3为pnp三极管，检测低电位信号，当信号过低触发三极管q3导通，电源+3.3v经三极管q3分压后输入运放器ar5同相输入端，运放器ar5同步信号后直接经电阻r15补偿至运放器ar6，并且设计了可控硅d5检测电容c8的电位，当信号电位超过可控硅d5的触发电压时，此时可控硅d5分压信号至运放器ar6，从而降低运放器ar6输出信号电位，起到调节运放器ar6输出电位的作用，从而最后为调制信号输入地铁施工安全监控系统中的信号发射器内。
[0009]
所述振荡校准模块具体结构如下：继电器k1的触点5接甲烷信号接收模块输出端口，继电器k1的触点4接电阻r6的一端，继电器k1的触点2接地，继电器k1的触点1接电位接收模块输出端口，电阻r6的另一端接三极管q2的基极和电阻r7的一端以及电容c6、电容c7、电容c3的一端，电容c6的另一端接电阻r8的一端，电阻r7、电阻r8、电容c5的另一端接地，电容c3的另一端接三极管q2的发射极和电容c4的一端，三极管q2的集电极接电源+3.3v，电容
c4的另一端接电感l1的一端，电感l1的另一端接运放器ar4的同相输入端；继电器k1的触点3接电阻r9的一端，电阻r9的另一端接电阻r11、电容c1的一端，电阻r11的另一端接电容c2的一端和运放器ar3的同相输入端，电容c2的另一端接地，运放器ar3的反相输入端接电阻r10、电阻r12的一端，电阻r10的另一端接地，运放器ar3的输出端接电容c1的另一端和电阻r12的另一端、电阻r13的一端以及可控硅d5的正极，电阻r13的另一端接运放器ar4的反相输入端和二极管d3的负极、二极管d4的正极以及三极管q3的基极，三极管q3的发射极接电源+3.3v，三极管q3的集电极接运放器ar5的同相输入端，运放器ar5的反相输入端接运放器ar5的输出端和电阻r15的一端，二极管d3的正极接二极管d4的负极和电容c7、电容c8的一端，电容c7的另一端接电感l2、电阻r14的一端，电阻r14的另一端接地，电容c8的另一端接可控硅d5的控制极和电阻r16的一端，电阻r16的另一端接电感l2的另一端和电阻r15的另一端以及运放器ar6的同相输入端，运放器ar6的反相输入端接电阻r17、电阻r18的一端和可控硅d5的负极，电阻r17的另一端接地，运放器ar6的输出端接电阻r18的另一端和电阻r19的一端，电阻r19的另一端接地铁施工安全监控系统中的信号发射器内信号输入端口；所述甲烷信号接收模块包括运放器ar1，运放器ar1的同相输入端接稳压管d1的负极和型号为yt-1200h-ch4甲烷检测器输出的模拟信号端口，稳压管d1的正极接地，运放器ar1的反相输入端接电阻r2、电阻r1的一端，电阻r2的另一端接地，运放器ar1的输出端接电阻r1的另一端和振荡校准模块信号输入端口；所述电位接收模块包括运放器ar2，运放器ar2的同相输入端接稳压管d2的负极和型号为rha-ua306a的频率采集器信号输出端口，稳压管d2的正极接地，运放器ar2的反相输入端接电阻r3、电阻r4的一端，电阻r4的另一端接地，运放器ar2的输出端接电阻r3的另一端和振荡校准模块信号输入端口。
[0010]
本发明具体使用时，首先运用型号为yt-1200h-ch4甲烷检测器检测铁路施工范围内的甲烷气体浓度，型号为rha-ua306a的频率采集器检测载波信号电位，电位接收模块运用运放器ar2对频率采集器输出的信号功放，同时运用稳压管d2稳压，便于为振荡校准模块中的继电器k1提供触发电压，由于频率采集器输出的信号电位不足以直接控制继电器，以继电器k1触发电压5v为例，电源+5v经电阻r5分压后为继电器提供4v的基准电压，当运放器ar2输出信号大于1v时，也即是载波信号频率电位较大，此时触发继电器导通，继电器k1触点由触点3、5闭合变为触点4、5闭合，反之当运放器ar2输出信号小于1v时，也即是载波信号频率电位正常，此时触发继电器不导通，继电器k1触点保持触点3、5闭合状态；在通过调节继电器k1通断电的基础上，继电器k1调节甲烷信号接收模块输出信号输入振荡校准模块的回路，甲烷信号接收模块运用运放器ar1放大甲烷检测器输出模拟信号电位，同时利用稳压管d1稳压，保证运放器ar1输出信号的稳定性；当载波信号频率电位较大，甲烷信号接收模块输出信号经三极管q2和电容c3-电容c6以及电感l1组成的调频电路放大信号频率，利用电感l1和电容c4组成串联谐振电路，对信号振荡放大信号频率，同时由于振荡需要不断补偿能量，因此运用电容c3的充放电控制三极管q2的导通截止，为谐振电路补偿能量；反之当载波信号频率电位正常时，继电器k1触点3、4闭合状态，甲烷信号接收模块输出信号经运放器ar3和电容c1、电容组成降噪电路抑制信号噪声， 电容c1为去耦电容，使运放器ar3同相反馈信号降噪，最后为调制信号输入地铁施工安全监控系统中的信号发射器内。
[0011]
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。