一種基于太陽(yáng)能供電的無線通信的云智能采集模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于太陽(yáng)能供電的ZIGBEE無線通信的云智能采集模塊，應(yīng)用于一種云智能數(shù)據(jù)采集模塊，可實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)測(cè)參數(shù)測(cè)量的模塊，涉及到土木施工安全監(jiān)測(cè)行業(yè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重視和關(guān)注，越來越多的地鐵、橋梁、隧道等工程開始實(shí)施，同時(shí)由于各監(jiān)管部門對(duì)于施工期間安全監(jiān)測(cè)的要求提高，使得土木安全監(jiān)測(cè)的行業(yè)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多參數(shù)、高精度、實(shí)時(shí)性、傳輸智能化等要求也越來越高。
[0003]為使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足行業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式是使用多個(gè)功能獨(dú)立的采集單元，使用工業(yè)總線的方式進(jìn)行組網(wǎng)。在系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)時(shí)，需要人工布線、調(diào)試、維護(hù)。
[0004]上述傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)存在以下的不足:
首先傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜程度較高，因?yàn)椴杉K功能單一，按照功能拼湊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。且由于各單一功能的模塊往往使用不同廠家的產(chǎn)品，接口方式和協(xié)議的兼容性也存在差異，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和維護(hù)成本。
[0005]其次由于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要，如系統(tǒng)供電、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫?，需要使用電纜、光纖、網(wǎng)線等有線方式進(jìn)行布設(shè)，施工難度較大，且增加一定材料成本。
[0006]綜上所述，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)在功能單一、系統(tǒng)供電、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娲嬖谝欢ǖ木窒扌?，難以滿足特定工況下的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于解決的技術(shù)問題就在于以下幾點(diǎn):
(1)實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測(cè)量，即一個(gè)采集模塊同時(shí)實(shí)現(xiàn)振弦采集、測(cè)斜儀采集、噪聲采集功會(huì)K ;
(2)實(shí)現(xiàn)無線傳輸，避免現(xiàn)場(chǎng)布線的難度和成本；
(3)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能供電，避免其他供電方式的不利影響；
(4)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定時(shí)采集和內(nèi)部存儲(chǔ)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本設(shè)計(jì)采用的以下技術(shù)方案:
一種基于太陽(yáng)能供電的無線通信的云智能采集模塊，該模塊設(shè)計(jì)有一塊太陽(yáng)能板、充電電路、鋰電池，鋰電池為微控制器提供電源；
通信模塊通過印刷電路板布線I與微控制器的UART端口相連，云智能采集模塊是一種利用ZIGBEE協(xié)議無線通信模塊，通過無線組網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；
模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有振弦采集功能電路、信號(hào)濾波電路，通過印刷電路板布線II與微控制器的ADC端口相連，可實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)的測(cè)量功能；
模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有測(cè)斜儀采集電路，通過印刷電路板布線與微控制器的UART端口相連，采集模塊可實(shí)現(xiàn)測(cè)斜儀采集功能；
模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有噪聲采集電路，通過印刷電路板布線與微控制器的ADC端口相連，采集模塊可實(shí)現(xiàn)噪聲采集功能；
模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，通過印刷電路板布線與微控制器的IIC端口相連，云智能采集模塊可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定時(shí)采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路，通過印刷電路板布線與微控制器的SPI端口相連，采集模塊可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
[0009]所述太陽(yáng)能板為5V/3W的太陽(yáng)能板。
[0010]所述鋰電池為3.7V鋰電池。
[0011]通信模塊為ZIGBEE通信模塊。
[0012]微型控制器控制采集電路產(chǎn)生一系列的脈沖激勵(lì)信號(hào)，使得振弦類傳感器內(nèi)部鋼弦產(chǎn)生自由振蕩，由鋼弦自由振蕩產(chǎn)生的振弦信號(hào)經(jīng)過放大電路、濾波電路后，輸入到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行數(shù)值化采集，微型控制器通過對(duì)數(shù)值化采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到振弦傳感器的頻率參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)振弦數(shù)據(jù)采集的功能。
[0013]實(shí)現(xiàn)測(cè)斜儀采集功能的電路設(shè)計(jì)方案是:采集模塊設(shè)計(jì)一個(gè)RS485驅(qū)動(dòng)電路，并通過光耦繼電器對(duì)測(cè)斜儀電源進(jìn)行控制，達(dá)到電源開關(guān)的控制要求。當(dāng)采集模塊接入測(cè)斜儀后，微控制器打開測(cè)斜儀電源，驅(qū)動(dòng)RS485電路，采集測(cè)斜儀數(shù)據(jù)。
[0014]實(shí)現(xiàn)噪聲采集功能的電路設(shè)計(jì)方案是:通過麥克風(fēng)將境聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)過不同增益的放大電路，自動(dòng)根據(jù)噪聲的大小選擇匹配的增益進(jìn)行放大。放大后的電壓信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器進(jìn)行濾波后，再進(jìn)入到全波整流電路并輸入到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行數(shù)值化采集，微控制器對(duì)數(shù)值化數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到實(shí)際噪聲值。
[0015]為滿足無線傳輸?shù)囊螅驹O(shè)計(jì)采用的方案是:使用ZIGBEE無線模塊，微控制器通過控制ZIGBEE模塊，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行上報(bào)。微控制器與無線模塊之間的接口采用異步通信的方式，當(dāng)不要數(shù)據(jù)通信時(shí)，微控制器可自動(dòng)關(guān)閉無線模塊的電源，以降低系統(tǒng)的整體功耗。
[0016]采集模塊電源設(shè)計(jì)方案是，使用可充電鋰電池作為主電源，并設(shè)計(jì)充電控制電路，充電源為5伏特、3瓦的太陽(yáng)能板，當(dāng)有光照時(shí)，太陽(yáng)能板通過充電控制電路對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，無光照時(shí)，采集模塊通過鋰電池進(jìn)行工作。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
綜上所述，云智能采集模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)有多參數(shù)采集電路、通信電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、存儲(chǔ)器等，通過微型控制器的自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)振弦傳感器采集、測(cè)斜儀采集、噪聲采集功能，并通過無線進(jìn)行傳輸，且系統(tǒng)是鋰電池供電、太陽(yáng)能充電的裝置，因此可實(shí)現(xiàn)完全無線布點(diǎn)、智能采集的功能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中不足。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明的安裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖1、2對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述:
一種基于太陽(yáng)能供電的無線通信的云智能采集模塊，該模塊設(shè)計(jì)有一塊太陽(yáng)能板1、充電電路2、鋰電池3，鋰電池3為微控制器15提供電源；
通信模塊4通過印刷電路板布線I 5與微控制器15的UART端口相連；
模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有振弦采集功能電路7、信號(hào)濾波電路8，通過印刷電路板布線II 6與微控制器15的ADC端口相連；
模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有測(cè)斜儀采集電路9，通過印刷電路板布線與微控制器15的UART端口相連；
模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有噪聲采集電路10，通過印刷電路板布線與微控制器15的ADC端口相連； 模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路11，通過印刷電路板布線13與微控制器15的IIC端口相連；
模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路12，通過印刷電路板布線14與微控制器15的SPI端口相連。
[0020]所述太陽(yáng)能板I為5V/3W的太陽(yáng)能板。
[0021]所述鋰電池3為3.7V鋰電池。
[0022]通信模塊4為ZIGBEE通信模塊。
[0023]本發(fā)明的安裝過程:
將云智能數(shù)據(jù)采集模塊1-3，安裝固定于離地面有一定高度的安裝平臺(tái)1-4上，安裝完畢后調(diào)整天線1-1、太陽(yáng)能電池板1-2額定角度和位置，安裝平臺(tái)1-4安裝支架1-5上，打開云智能采集模塊的電源開關(guān)，此時(shí)采集模塊自動(dòng)獲取無線網(wǎng)絡(luò)地址，并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0024]通過在無線管理端可設(shè)置云智能采集模塊的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、采集間隔、采集方式等參數(shù)，啟動(dòng)后，云智能采集模塊可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)自動(dòng)測(cè)量、無線傳輸功能。
[0025]無線模塊使用的天線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大面積的金屬平面及地面，安裝設(shè)備時(shí)，要使天線距離金屬管或者金屬平面至少10cm，安裝位置至少離地面I米以上。并盡量減少天線之間的障礙物。
[0026]現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，應(yīng)將太陽(yáng)能板朝向正南方向(夏季稍偏西，冬季稍偏東)，一般傾斜角為45度角(現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)實(shí)際情況，可稍微調(diào)整)，因?yàn)?5度角不僅可以有效的吸收光能還可以最大限度的減少風(fēng)阻和增加支架的支撐力，以保證鋰電池一天內(nèi)的有效充電時(shí)間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于太陽(yáng)能供電的無線通信的云智能采集模塊，其特征在于:該模塊設(shè)計(jì)有一塊太陽(yáng)能板(I)、充電電路(2)、鋰電池(3)，鋰電池(3)為微控制器(15)提供電源； 通信模塊(4)通過印刷電路板布線I (5)與微控制器(15)的UART端口相連； 模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有振弦采集功能電路(7)、信號(hào)濾波電路(8)，通過印刷電路板布線II (6)與微控制器(15)的ADC端口相連； 模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有測(cè)斜儀采集電路(9)，通過印刷電路板布線與微控制器(15)的UART端口相連； 模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有噪聲采集電路(10)，通過印刷電路板布線與微控制器(15)的ADC端口相連； 模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路(11 )，通過印刷電路板布線(13)與微控制器(15)的IIC端口相連； 模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路(12)，通過印刷電路板布線(14)與微控制器(15)的SPI端口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽(yáng)能供電的無線通信的云智能采集模塊，其特征在于:所述太陽(yáng)能板(I)為5V/3W的太陽(yáng)能板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽(yáng)能供電的無線通信的云智能采集模塊，其特征在于:所述鋰電池(3)為3.7V鋰電池。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽(yáng)能供電的無線通信的云智能采集模塊，其特征在于:通信模塊(4)為ZIGBEE通信模塊。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于太陽(yáng)能供電的ZIGBEE無線通信的云智能采集模塊，應(yīng)用于一種云智能數(shù)據(jù)采集模塊，可實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)測(cè)參數(shù)測(cè)量的模塊，涉及到土木施工安全監(jiān)測(cè)行業(yè)領(lǐng)域。在工程施工的安全監(jiān)測(cè)行業(yè)，對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的多樣化、測(cè)量系統(tǒng)的高精度、易于安裝提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段主要是通過對(duì)功能單一的模塊進(jìn)行系統(tǒng)集成，如噪聲采集儀、測(cè)斜儀、振弦采集儀等，通過工業(yè)總線方式進(jìn)行組網(wǎng)傳輸，存在系統(tǒng)復(fù)雜、布線工藝大、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)，難以滿足安全監(jiān)測(cè)行業(yè)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求。本文主要介紹一種新型太陽(yáng)能供電的云智能采集模塊的基本原理和功能特點(diǎn)，提出一種新的數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)方法。
【IPC分類】G08C17/02, H02J7/00, H04L29/08
【公開號(hào)】CN104992546
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510401133
【發(fā)明人】劉付鵬, 劉文峰, 謝鎮(zhèn), 王輔宋, 李松, 陳志官
【申請(qǐng)人】江西飛尚科技有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年7月10日