專利名稱：基于單片機gsm無線模塊的多參數邊坡災害自動監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及公路、巖土工程領域的邊坡多參數自動監測、實時傳輸系統的設計。
背景技術：
壓力、深部位移及軸力變化是反映邊坡安全的重要參數。對其進行在線監測對了解邊坡工程現狀、及時采用加固措施有其重要意 義。目前，上述參量數據的采集多是工程師利用數據采集箱進行人工采集，需要到現場跟每一個傳感器接線連接，采集頻率信號需人工記錄下來并以手工方式輸入到計算機中，然后還需查找相應傳感器的編號、頻率及相應位移等參數的計算系數。若巡回測量300多個測量點各一次，需要一個月左右的時間，操作時間長。這種人工記錄、人工輸入數據的方式，資料整理工作量大；且極易改變數據的可靠性。尤其是不能及時獲取工程數據，了解邊坡安全狀態。由于無線技術的發展，單一參數采用GPRS方式發送到計算機上。這種方式如要測量多個傳感器或多個測量點的數據，需利用傳輸導線將各個傳感器或多個測量點連接到本地工控機上，成本高且導線裸露在地表外部極易被破壞，影響數據的正常收集。雖然GSM數據傳輸系統已經公開了實用新型，目前還沒有實現上述三種邊坡參數通過一套監測系統實現自動采集、保存及無線傳輸且不發生混淆的裝置，這就影響了工程師及時、準確的預測邊坡工程災害，防止災害的發生。
發明內容本實用新型的目的是提供一套邊坡工程多參數自動采集、無線傳輸的低成本、可靠系統。為了解決上述技術問題，本實用新型提供的自動監測系統由復數個振弦式監測傳感器、單片機應用系統、無線GSM發射模塊及安全保護箱組成。每個測試點的現場前端單片機應用系統由基于C8051F930的單片機、傳感器激勵模塊、信號接收與處理模塊、報警裝置、12 C總線形式的E2PR0M、2G容量的SD卡、鍵盤輸入模塊、顯示模塊及GSM無線模塊及配備兩套軟件。每個前端數據采集系統配一個GSM模塊，通過GSM無線網絡構成整個邊坡工程的分布式測量網絡。現場每個單片機應用系統、無線GSM發射模塊、傳感器防水傳輸一起密封在水泥箱內部。每個傳感器包括一個12 C串行總線E2PR0M存貯器，其中包括傳感器初始化特征數據，即傳感器的類型、傳感器的編號、在現場的測點以及標定參數。現場數據采集和無線傳輸采用全自動化操作模式，中央處理模塊自動完成數據的采集、標度變換及傳輸，所有數據都轉化為了直接物理參量值，便于數據后續自動管理、成圖成表的自動完成。中央處理模塊通過讀取E2PR0M芯片中特征數據以達到對傳感器類別的判斷及傳感器計數頻率到工程參量的轉換，然后對數據進行特定格式的封裝后，以GSM無線短消息形式發送到終端手機上。上述三種參數的振弦傳感器可以安裝在同一個數據采集箱上進行輪流采集、傳輸。采集周期通常是每2小時測量一次數據(相對于人工采集數據已經密集很多)，并在本地數據采集中存貯到SD卡里，作為備用。在現場整體自動監測系統安裝后，通過水泥箱進行防水、防破壞處理。本實用新型智能化程度高，功耗低，能在一套系統上實現邊坡工程中多種參數的測量及全國范圍內的傳輸，為預報邊坡工程災害及 時提供數據支持，并能減少大量的人工成本。
圖I是邊坡多參數自動監測系統示意具體實施方式
以下對本實用新型做出進一步說明。參見圖1，前端現場數據轉換模塊I數據傳輸到單片機應用系統2上，然后通過GSM發送模塊3發送到無線網絡公共系統4上，通過公共系統4終端手機5信息交換，如圖I所示。每個前端單片機應用系統配一個獨立的GSM模塊，現場各個測量點不采用有線連接，也不需要在現場建立基站。單片機應用系統2由C8051F930單片機最小化系統、傳感器激勵模塊、信號接收與處理模塊、報警裝置、12 C總線形式的E2PR0M、2G容量的SD卡、鍵盤輸入模塊、顯示模塊組成。三種物理參量的變換采用振弦傳感器。工作方式為傳感器激勵信號由單片機PWM波經過信號處理后產生，傳感器被激勵后，釋放激勵信號，傳感器器輸出信號經過放大、濾波和整形后變換為頻率信號。由單片機拾取頻率信號后，通過軟件轉化為物理參量的直接表示。然后單片機應用系統讀取傳感器中12 C中特征數據，與物理量數據、采用時間一起打包號進行GSM無線傳輸。多個傳感器的激勵和信號采集分別通過切換多路模擬開關和多路分配器進行選擇，開關的切換通過程控方法實現。壓力、深部位移及軸力測量都選用單線圈振弦傳感器，傳感器安裝到測量現場前先進行初始化操作。包括①系統對每個即將投入工程中的傳感器進行校正，通過在測量范圍內均勻取5個點進行標定，測試結果正確的才投入實際工程使用，避免在將傳感器安裝在地表下后使得測量點失效，不符合出廠參數的傳感器利用附圖2中的2模塊給予出錯提示，正確的在模塊2上顯示正確數據在每個傳感器前端配備一個12 C總線型E2PR0M芯片，或購買具有12 C總線型E2PR0M芯片的傳感器，利用配套軟件初始化程序，將每個傳感器的特征初始化數據保存在前端傳感器系統的E2PR0M芯片中，包括傳感器的類型、傳感器的編號、在現場的測點以及標定參數。傳感器特征碼采用三位BCD格式。壓力數據以#P#開頭；深部位移數據格式以#S#開頭。軸力數據格式以#Z#開頭。數據采集系統首先讀取保存在前端傳感器系統E2PR0M芯片中特征數據，然后將特征數據進行分析，自動識別傳感器類別，若解析#P#特征碼，將采集到的頻率數按照壓力傳感器的計算公式轉化為壓力直接表示值，以固定六位BCD表示，將傳感器特征碼、傳感器編號、傳感器在現場的測點編號及測量數據以GSM無線短消息形式發送到終端手機上。上述三種參數的振弦傳感器可以安裝在同一個數據采集箱上進行輪流采集、傳輸。在測量點原位位置，對整個電子系統采用水泥箱進行排水和防護處理。在水泥箱靠近樁基礎部分開設排水槽，離基礎IOCM高處擱置網狀金屬網絡，并將整個監測系統擱置其上。在水泥箱上部開設小槽，進行通風和無線通信用。頂部采用斜坡狀設計，利用排水。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受 上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種基于單片機GSM無線模塊的多參數邊坡災害自動監測系統，由復數個振弦式監測傳感器(I)、單片機應用系統(2)、無線GSM發射模塊、兩套單片機應用軟件及安全保護箱組成，其特征在于還包括多個單片機應用系統分布于邊坡工程現場，借助GSM網絡，組成分布式多點多參數自動監測系統的數據傳輸網絡；每個傳感器(I)嵌入I2C型E2PR0M，其四線輸出端與單片機應用系統(2)輸入接口相連，系統(2)輸出端接模塊輸入端，模塊輸出端以無線發射方式連接GSM無線網絡單片機應用系統(2)，將所采集數據打包后通過GSM無線網絡發射到接收終端手機上。
2.根據權利要求I所述的基于單片機GSM無線模塊的多參數邊坡災害自動監測系統，其特征在于每個將應用到邊坡工程的壓力傳感器、深部位移傳感器及軸力傳感器包括I2C總線串行AT24C256模塊，且每個AT24C256芯片內固化了每種傳感器的類別特征代碼、工程測點、傳感器的編號信息。
3.根據權利要求I所述的基于單片機GSM無線模塊的多參數邊坡災害自動監測系統，其特征在于包括一個中央控制模塊，能根據采集參數的預警值自動加密壓力、位移和軸力數據的采集，并將采集數據和權力要求3中初始化信息及采樣時間信息一起進行數據打包處理。
4.根據權利要求3所述的基于單片機GSM無線模塊的多參數邊坡災害自動監測系統，其特征包括一個低功耗的Silicon Lab公司的C8051F930單片機。
5.根據權利要求I所述的基于單片機GSM無線模塊的多參數邊坡災害自動監測系統，其特征在于能同時接入壓力傳感器、深部位移傳感器及軸力傳感器，并共用激勵電路和信號處理模塊。
6.根據權利要求I所述的基于單片機GSM無線模塊的多參數邊坡災害自動監測系統，其特征在于保護箱底側面開排水槽，上部四面留小槽，做通風口和無線信號傳輸，底部槽的大小長10CM，寬2CM，頂部槽大小長10CM，寬2CM。
專利摘要本實用新型公開了一種邊坡多參數自動檢測和實時無線傳輸系統，包括復數個振弦式傳感器、單片機應用系統、無線GSM發射模塊及安全保護箱，首先對每類參量測量傳感器配備E2PROM芯片，于其中電寫入種類代碼、編號、測量點及物理參量計算系數；然后利用前端數據采集系統對多種采集數據自動分類、保存及封裝后，以GSM無線傳輸方式向接收終端發射數據，并在測試基礎構件上設計水泥箱對整個電子設備進行防水、安全保護，以上述整套系統，解決了邊坡監測工程中常見的壓力、深部位移及軸力數據的自動采集、保存及全國范圍的無線傳輸，并確保了數據的有效性和安全性，為預防工程邊坡災害及時提供了多種數據支持；也更好地為實現了數據的全自動化管理，減少了工程業內人工資料整理的工作量服務。
文檔編號G08C17/02GK202443568SQ20112035874
公開日2012年9月19日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者劉暉, 張可能, 彭環云, 易繼軍, 李鳳玲, 趙愛瓊 申請人:長沙理工大學