專利名稱：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及測(cè)量控制系統(tǒng)，具體為一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置。
背景技術(shù)：
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展，采集的數(shù)據(jù)越來越多，需要使用大量傳感器和計(jì)算機(jī)。特別是需要智能傳感器，伴隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，也出現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)。目前，具有Internet/Intranet功能的網(wǎng)絡(luò)化傳感器技術(shù)已經(jīng)不再停留在論證階段或?qū)嶒?yàn)室階段，越來越多成本低廉具備Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)化功能的傳感器/執(zhí)行器涌向市場(chǎng)，正在并且將要更多更廣泛地影響人類生活。包括Siemens/lnfiineon、Philips, Motoroal在內(nèi)的數(shù)十家大公司聯(lián)合成立了“嵌入式hternet聯(lián)盟(ETI)”，共同推動(dòng)著嵌入式hternet技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展。以IP為技術(shù)核心的因特網(wǎng)滲透到人類生活的方方面面， 無數(shù)因特網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)(如只有Internet/Intranet功能的網(wǎng)絡(luò)化傳感器)正在發(fā)揮著神經(jīng)細(xì)胞的功能，它將使地球披上一層“電子皮膚”，地球正是用因特網(wǎng)在支持和傳遞著它的“感覺”， 無處不在的傳感器網(wǎng)絡(luò)(包括氣象參數(shù)傳感器、水土分析傳感器、污染檢測(cè)器、電子眼、電子鼻、葡萄糖傳感器和腦電圖儀等等)探測(cè)和監(jiān)視著我們的城市、大氣、船只、車流和我們?nèi)祟愖约?。具有Internet/Intranet功能的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的實(shí)質(zhì)是在智能傳感器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和信息化，其核心是使傳感器本身實(shí)現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。隨著電子和信息技術(shù)的高速發(fā)展，通過軟件方式或硬件方式將TCP/IP協(xié)議嵌入到智能傳感器已成為可能， 目前已有一些具備互聯(lián)網(wǎng)功能的測(cè)試儀器出現(xiàn)。不管是以軟件方式實(shí)現(xiàn)具有Internet/ htranet功能的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器(即將TCP/IP協(xié)議嵌入到ROM中)，還是以硬件方式實(shí)現(xiàn) (即直接使用TCP/IP芯片)，都應(yīng)要求所研制的具有Internet/Intranet功能的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器具有高可靠性、低功耗、低成本和微體積等特點(diǎn)，關(guān)鍵是網(wǎng)絡(luò)接口的實(shí)現(xiàn)，即如何把 TCP/IP協(xié)議與一般的智能傳感器融合在一起。把TCP/IP以軟件方式嵌入到ROM中是一種方法。另外，目前已有TCP/IP芯片(如美國Seikolnstruments公司生產(chǎn)的iehips76oOA 芯片)可直接用作網(wǎng)絡(luò)接口”。目前的趨勢(shì)是將現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)的融合。許多廠家的做法是在其現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)上引入以太網(wǎng)技術(shù)。使現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連線、 使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接設(shè)備、采用IEEE802. 3物理層和數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)及TCP/IP協(xié)議組等特點(diǎn)文獻(xiàn)。[0003]而在公路、橋梁、隧道、大壩、鐵路、建筑等工程設(shè)計(jì)中的勘察設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、運(yùn)行等過程中，需要在各勘測(cè)點(diǎn)采集多組數(shù)據(jù)，因此需要設(shè)計(jì)一種測(cè)量控制系統(tǒng)，其觀測(cè)范圍廣，并實(shí)時(shí)或長期獲取被測(cè)對(duì)象的物理量包括應(yīng)變、應(yīng)力、壓力、荷載、沉降、傾斜度等數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)2/3頁系統(tǒng)裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，從而解決上述背景技術(shù)中的問題。[0005]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)[0006]基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，包括用于采集數(shù)據(jù)的傳感器單元、 無線傳輸單元和測(cè)量監(jiān)控主機(jī)，所述傳感器單元的輸出端接入所述無線傳輸單元的信號(hào)輸入端，所述無線傳輸單元的輸出端連接所述測(cè)量監(jiān)控主機(jī)，其特征在于，所述傳感器單元包括分布于各待測(cè)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部設(shè)置傳感器模塊，所述傳感器模塊包括應(yīng)變片橋式電路和單片機(jī)，其中應(yīng)變片橋式電路的輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器接入單片機(jī)的信號(hào)輸入端，單片機(jī)連接有存儲(chǔ)芯片以及溫度芯片，可以同時(shí)檢測(cè)該測(cè)點(diǎn)的溫度以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。[0007]作為一種改進(jìn)，無線傳輸單元內(nèi)部包括西門子的TC35模塊，該模塊運(yùn)行穩(wěn)定，且該模塊有休眠功能，可以在野外惡劣環(huán)境下節(jié)省電量。無線傳輸單元還包括溫度采集電路、存儲(chǔ)電路、防雷電路、輸入輸出電路和時(shí)鐘同步電路等外圍電路。[0008]作為一種改進(jìn)，所述單片機(jī)設(shè)置有RS-232通訊接口，該RS-232通訊接口與TC35 模塊建立物理連接，采用AT命令通過短消息的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。[0009]由于采用了以上結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型具有以下有益效果[0010]本實(shí)用新型提供的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，傳感器節(jié)點(diǎn)分布廣泛能夠?qū)崟r(shí)或長期獲取被測(cè)對(duì)象的物理量包括應(yīng)變、應(yīng)力、壓力、荷載、沉降、傾斜度等數(shù)據(jù)。


[0011]圖1為本實(shí)用新型組成結(jié)構(gòu)示意圖；[0012]圖2為應(yīng)變片橋式電路結(jié)構(gòu)示意圖；[0013]圖3為傳感器模塊中應(yīng)變片安裝結(jié)構(gòu)示意圖；[0014]圖4為傳感器模塊的工作原理示意圖；[0015]圖5為TC35模塊工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
[0016]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。[0017]參見圖1，基于分布式智能傳感器的測(cè)量控制系統(tǒng)，包括用于采集數(shù)據(jù)的傳感器單元1、無線傳輸單元2和測(cè)量監(jiān)控主機(jī)3，所述傳感器單元1的輸出端接入所述無線傳輸單元2的信號(hào)輸入端，所述無線傳輸單元2的輸出端連接所述測(cè)量監(jiān)控主機(jī)3，其特征在于，所述傳感器單元1包括分布于各待測(cè)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部設(shè)置傳感器模塊4， 所述傳感器模塊4包括應(yīng)變片橋式電路5和單片機(jī)6，其中應(yīng)變片橋式電路5的輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器7接入單片機(jī)6的信號(hào)輸入端，單片機(jī)6連接有存儲(chǔ)芯片8以及溫度芯片9，可以同時(shí)檢測(cè)該測(cè)點(diǎn)的溫度以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，無線傳輸單元2內(nèi)部包括西門子的TC35模塊，該模塊運(yùn)行穩(wěn)定，且該模塊有休眠功能，可以在野外惡劣環(huán)境下節(jié)省電量，無線傳輸單元2還包括溫度采集電路、存儲(chǔ)電路、防雷電路、輸入輸出電路和時(shí)鐘同步電路等外圍電路，所述單片機(jī)6設(shè)置有RS232通訊接口 10，該RS-232通訊接口 10與TC35模塊建立物理連接，采4用AT命令通過短消息的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。[0018]圖2為應(yīng)變片橋式電路結(jié)構(gòu)示意圖，號(hào)采集單元電路中半橋結(jié)構(gòu)，其中R1、R2為應(yīng)變片，而R3、R4為標(biāo)準(zhǔn)電阻。[0019]當(dāng)電橋的四個(gè)橋臂的電阻值滿足 A1 ii*[0020]H[0021]這一關(guān)系時(shí)，電橋平衡，即B、D間沒有電壓。當(dāng)其中某一電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋失去平衡，從而B、D間有電壓Ubd。根據(jù)Ubd的大小可以計(jì)算相應(yīng)的電阻變化量以及相應(yīng)的線應(yīng)變大小。電壓的變化Ubd大小與鋼材的形變量有一定的線性關(guān)系。通過對(duì)傳感器模塊進(jìn)行基本配置以及設(shè)定其相應(yīng)參數(shù)，且把標(biāo)定表存儲(chǔ)于傳感器模塊內(nèi)，傳感器模塊每次讀取到電壓Uw,傳感器模塊的MCU再根據(jù)標(biāo)定表計(jì)算出被測(cè)鋼鐵測(cè)點(diǎn)的微應(yīng)變量，從而可以測(cè)量出被測(cè)鋼鐵測(cè)點(diǎn)的所受的力，或者是所受的壓強(qiáng)也可為直接測(cè)微應(yīng)變。[0022]圖3為傳感器模塊中應(yīng)變片安裝結(jié)構(gòu)示意圖；補(bǔ)償片R3、R4位于彈性體的非應(yīng)變區(qū)域，而應(yīng)變片位丁彈性體的應(yīng)變區(qū)域，因此，當(dāng)應(yīng)變片因受力關(guān)系而發(fā)生形變時(shí)，Rl和R2 隨著測(cè)點(diǎn)形變而使得電阻發(fā)生相應(yīng)變化，R3和R4變化很小，導(dǎo)致出現(xiàn)Ubd發(fā)生變化。實(shí)際中 R3、R4溫度補(bǔ)償片是貼在與被測(cè)構(gòu)件材料相同但不受力的試件上的應(yīng)變片，該應(yīng)變片充當(dāng)溫度補(bǔ)償電阻用。在測(cè)量過程中，補(bǔ)償片應(yīng)放置在被測(cè)點(diǎn)附近，以保證當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)， 測(cè)量片和補(bǔ)償片的電阻m和R2為將發(fā)生相同的變化而不至于影響電橋的平衡。[0023]圖4為傳感器模塊的工作原理示意圖；應(yīng)變片采集的電壓接入到電路中，雙極性信號(hào)加到單電源模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD623上，而輸入單源電壓，AD623可以去除共模電壓并且對(duì)輸入有用信號(hào)放大100倍。信號(hào)再通過ADO的模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過IIC通信協(xié)議與單片機(jī)通信將應(yīng)變電壓輸入單片機(jī)，溫度計(jì)也通過單片機(jī)的一個(gè)I/O輸入。當(dāng)單片機(jī)采集到應(yīng)變電壓， 單片機(jī)可以存儲(chǔ)芯片上讀取標(biāo)定表，從而計(jì)算出形變量。在應(yīng)變片上的的IN-輸入端有接入一個(gè)電子電位器，調(diào)整其電阻，從而達(dá)到調(diào)整電橋平衡的效果，保證初始讀取電壓為零， 調(diào)零作用。溫度計(jì)芯片主要提供溫度，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上多一個(gè)分析的數(shù)據(jù)。通過監(jiān)控主機(jī)與信號(hào)采集單元通信，把標(biāo)定表給存儲(chǔ)在模塊的存儲(chǔ)芯片呢，每次讀取到電壓UBD模塊的MCU再根據(jù)標(biāo)定計(jì)算出鋼鐵的微應(yīng)變。從而可以測(cè)量出鋼材所受的力，或者是所受的壓強(qiáng)或者直接測(cè)微應(yīng)變。[0024]圖5為TC35模塊工作原理示意圖，TC35i的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU-TRs232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗(yàn)位，波特率在300WS-1151iWS之間可選，硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0，軟件流量控制用 X0N/X0FF, CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。[0025]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，包括用于采集數(shù)據(jù)的傳感器單元、無線傳輸單元和測(cè)量監(jiān)控主機(jī)，所述傳感器單元的輸出端接入所述無線傳輸單元的信號(hào)輸入端，所述無線傳輸單元的輸出端連接所述測(cè)量監(jiān)控主機(jī)，其特征在于所述傳感器單元包括分布于各待測(cè)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部設(shè)置傳感器模塊，所述傳感器模塊包括應(yīng)變片橋式電路和單片機(jī)，其中應(yīng)變片橋式電路的輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器接入單片機(jī)的信號(hào)輸入端，單片機(jī)連接有存儲(chǔ)芯片以及溫度芯片，可以同時(shí)檢測(cè)該測(cè)點(diǎn)的溫度以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，其特征在于 無線傳輸單元內(nèi)部包括西門子TC35模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，其特征在于 所述單片機(jī)設(shè)置有RS232通訊接口。
專利摘要基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，包括用于采集數(shù)據(jù)的傳感器單元、無線傳輸單元和測(cè)量監(jiān)控主機(jī)，所述傳感器單元包括分布于各待測(cè)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部設(shè)置傳感器模塊，所述傳感器模塊包括應(yīng)變片橋式電路和單片機(jī)，其中應(yīng)變片橋式電路的輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器接入單片機(jī)的信號(hào)輸入端，單片機(jī)連接有存儲(chǔ)芯片以及溫度芯片，可以同時(shí)檢測(cè)該測(cè)點(diǎn)的溫度以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型提供的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高智能工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，傳感器節(jié)點(diǎn)分布廣泛能夠?qū)崟r(shí)或長期獲取被測(cè)對(duì)象的物理量包括應(yīng)變、應(yīng)力、壓力、荷載、沉降、傾斜度等數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01B7/16GK202329690SQ201120483528
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者何俊俊, 張偉, 彭炎華, 李恩民 申請(qǐng)人:廣州市吉華巖土檢測(cè)有限公司, 長沙同盛電子科技有限公司