一種土體體積含水量監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種土體體積含水量監測系統，包括：用于監測土體含水量的數據采集模塊，數據采集模塊上連接有無線傳輸模塊，數據采集模塊和無線傳輸模塊上均連接有供電模塊，無線傳輸模塊上連接有數據接收模塊，其中，采集模塊包括單片機，單片機上連接有體積含水量監測儀，單片機與供電模塊相連接，單片機的輸出端與無線傳輸模塊連接。通過設置于野外的數據采集模塊對土體體積含水量進行監測，采集土體體積含水量數據，并通過無線傳輸模塊將土體體積含水量數據傳輸到數據接收模塊上，以得到土體力學性質與其體積含水量之間對應關系，并由此得到土體變形與其體積含水量的關系，為地質災害的防治設計和施工提供可靠的資料。
【專利說明】一種土體體積含水量監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及土體體積含水量監控領域，尤其涉及一種土體體積含水量監測系統。
【背景技術】
[0002]土體的含水量對其工程力學性質影響最大，世界上90%的工程問題都是由于土體含水量發生變化而導致土體的粘聚力等工程力學性質發生變化而引起的，如1972年發生的香港寶城滑坡，由于雨水的入滲，導致邊坡土體含水量增加，使得土體內聚力急劇降低，土體滑動力超過土的強度，從而誘發滑坡，死亡67人、(美國)1976年美國的Teton大壩決堤，由于水的入滲，導致壩體土體含水量增加，大壩發生剪切變形，導致潰壩，受災2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路被沖滲透破壞。
[0003]公民建筑地基沉降、大壩決堤、邊坡失穩等的一系列重大工程問題都是由于土體的含水量變化而間接引起的，因此無論是在公民房屋上和水利水電重大工程建設中，還是在地質災害的預防和防治中，土體的工程力學性質對土體含水量的響應情況一直是備受國內外學者的關注，現已成為一個工程界極為重視的問題。對于此，經過不少學者的艱辛研究和探討，已取得不少成果，但是現在目前對土體體積含水量的監測采用的儀器都是便攜式土體體積含水量監測儀，監測數據比較精確，卻無法做到遠距離、長時間的穩定監測，很難獲取穩定的連續性數據，給土體的工程力學性質對土體含水量的響應情況研究帶來了一些困難。
實用新型內容
[0004]針對上述缺陷或不足，本實用新型的目的在于提供一種土體體積含水量監測系統，以得到土體力學性質與其土體體積含水量之間對應關系，并由此得到土體變形與其體積含水量的關系，為解釋和預測地質災害提供科學依據。
[0005]為達到以上目的，本實用新型的技術方案為:
[0006]包括:用于監測土體體積含水量的數據采集模塊，數據采集模塊上連接有無線傳輸模塊，數據采集模塊和無線傳輸模塊上均連接有供電模塊，無線傳輸模塊上連接有數據接收模塊，其中，采集模塊包括單片機，單片機的輸入端上連接有體積含水量監測儀，單片機的輸出端與無線傳輸模塊連接。
[0007]所述無線傳輸模塊為GPRS設備，GPRS設備通過GPRS網絡與數據接收模塊進行數據傳輸。
[0008]所述數據接收模塊包括遠程數據接收中心。
[0009]供電模塊包括太陽能板、穩壓裝置，以及蓄電池，蓄電池上連接有第一電壓轉換裝置和第二電壓轉換裝置，第一電壓轉換裝置上連接有第一內電源，第一內電源與無線傳輸模塊和體積含水量監測儀相連接；第二電壓轉換裝置上連接有第二內電源，第二內電源與單片機相連接。[0010]與現有技術比較，本實用新型的有益效果為:
[0011]本實用新型提供了一種土體體積含水量監測系統，通過設置于野外的數據采集模塊對土體含水量進行監測，采集土體體積含水量數據，并通過無線傳輸模塊將土體體積含水量數據傳輸到數據接收模塊上，以得到土體力學性質與其體積含水量之間對應關系，并由此得到土體變形與其體積含水量的關系，為解釋和預測地質災害提供科學依據，為解釋和預測地質災害提供科學依據，為地質災害的防治設計和施工提供可靠的資料，本實用新型由于采用無線技術對一些環境惡劣的山區進行監控，不僅可以擺脫線纜的束縛，同時安裝周期短、維護也方便、擴容能力強，為我們及時了解所需要的信息提供了極大的方便。
[0012]進一步的，本實用新型的供電模塊采用太陽能板以及蓄電池連用，當遇到天氣情況特別槽糕、太陽能板無法采集太陽能的情況，蓄電池可以提供連續穩定監測的電量，所以此系統可以長時間的穩定監測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型土體體積含水量監測系統的結構框圖一；
[0014]圖2是本實用新型土體體積含水量監測系統的結構框圖二 ；
[0015]圖3是本實用新型的單片機的結構示意圖；
[0016]圖4是本實用新型的GPRS設備的結構示意圖；
[0017]圖5是本實用新型的航空插頭的接口結構示意圖；
[0018]圖6是本實用新型的土體體積含水量監測儀插口結構示意圖。
[0019]圖中，I為供電模塊，2為無線傳輸模塊，3為數據采集模塊，4為數據接收模塊，5為太陽能板，6為穩壓裝置，7為蓄電池，8為第一電壓轉換裝置，9為第一內電源，10為GPRS設備，11為體積含水量監測儀，12為第二電壓轉換裝置，13為第二內電源，14為單片機，15為GPRS網絡，16為遠程數據接收中心、17為信號口。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型做詳細描述。
[0021]如圖1、2所示，本實用新型提供了一種土體體積含水量監測系統，包括:用于監測土體體積含水量的數據采集模塊3，數據采集模塊3上連接有無線傳輸模塊2，數據采集模塊3和無線傳輸模塊2上均連接有供電模塊I，無線傳輸模塊2上連接有數據接收模塊4，其中，數據采集模塊3包括單片機14，單片機14上連接有體積含水量監測儀11，體積含水量監測儀11與第一內電源連接，單片機14與供電模塊I相連接，單片機14的輸出端與無線傳輸模塊2連接，數據接收模塊4包括遠程數據接收中心16，所述數據采集模塊為體積含水量監測儀11。
[0022]本實用新型中供電模塊I包括太陽能板5、穩壓裝置6，以及蓄電池7，蓄電池7上連接有第一電壓轉換裝置8和第二電壓轉換裝置12，第一內電源9與無線傳輸模塊2和體積含水量監測儀11相連接；第二電壓轉換裝置12上連接有第二內電源13，第二內電源13與單片機14相連接。其中，蓄電池7電壓為12V，容量為100A.H，太陽能板5面積為
1.2mX 1.2m,第一內電源9的輸入電壓為12V,輸出電壓為2.5V,第二內電源13的輸入電壓為12V，輸出電壓為4.5V。當遇到天氣情況特別槽糕、太陽能板5無法采集太陽能的情況，蓄電池7可以提供連續穩定監測的電量，所以此系統可以長時間的穩定監測。
[0023]本實用新型的工作過程為:
[0024]太陽能板給蓄電池充電，保證蓄電池7可以持續的輸出12V的穩定電壓，蓄電池7通過電壓轉換裝置分別給GPRS設備、單片機14供電(二者的工作電壓不同)，通過體積含水量監測儀11將數據傳入單片機14，單片機通過GPRS設備10將數據傳到遠程數據接收中心16。
[0025]本實用新型的系統連接方式為:
[0026]如圖3、4所示，第二內電源13連接單片機14，單片機14的輸入電壓為4.5V，其中單片機14的GND接口連接第二內電源13負極，單片機14的VCC連接第二內電源13正極；
[0027]第一內電源9連接GPRS設備10，第一內電源9和GPRS設備10都有DVI線接口，二者通過DVI線相連，GPRS設備10的輸入電壓為2.5V ；
[0028]第一內電源9連接體積含水量監測儀11，體積含水量監測儀11連接單片機14，【具體實施方式】:體積含水量監測儀11的輸出信號口連接航空插頭的接口 C，單片機14的信號口 17連接航空插頭的接口 C，航空插頭的接口如圖5所示；
[0029]第一內電源(9)正極連接航空插頭的接口(a)，負極連接航空插頭的接口(b)，航空插頭的接口(a)連接體積含水量監測儀(11)正極，航空插頭的接口(b)連接體積含水量監測儀(11)負極，體積含水量監測儀(11)的輸入電壓為2.5V ；
[0030]GPRS設備10連接單片機14。【具體實施方式】:GPRS設備10的DVI線接口與單片機14的RS232接口的通過DVI線相連；
[0031]在GPRS設備10的SM卡插入口插入SM卡。
[0032]利用STC芯片燒寫軟件向單片機14的ISP接口燒入預編的含水量監測VB程序，其中，含水量監測VB程序為現有程序。
[0033]數據接收模塊4:根據GPRS設備14的串口參數波特率、數據位、停止位和校驗位，直接設置接收電腦的相關參數與之匹配，本實用新型的GPRS設備10遵守Comway協議北京天同誠業科技有限公司基于TCP/IP協議開發的通信協議，安裝Comway無線串口軟件ComWayWlSerial，添加新的串口映射，并命名為coml名字不固定，讀者可以任意定同時添加本實用新型的GPRS設備10，然后添加已經命名好的虛擬串口，這樣監測數據就會通過無線網絡傳輸到接收機上。
[0034]監測系統工作前，需要校檢GPRS設備10的連接情況，如圖4所示，打開電源開關，為GPRS設備10供電，若PWR燈閃爍，說明GSM網絡注冊不成功，PWR燈常亮，即GPRS設備完成了 GSM網絡注冊，若LINK燈常亮，說明GPRS設備10已經連接到GPRS服務器，若DATA燈閃爍，GPRS設備10正在接收數據到接收機上，總之，為GPRS設備10供電以后，PffR燈常亮，LINK燈常亮，DATA燈閃爍，說明此時GPRS設備10在正常的運行，正在接收數據到接收機。
[0035]基于上述步驟，供電模塊1、無線傳輸模塊2、數據采集模塊3、數據接收模塊4形成，供電模塊I連接無線傳輸模塊2，供電模塊I連接數據采集模塊3，監測儀器模塊3連接無線傳輸模塊2，無線傳輸模塊2連接數據接收模塊4，構成了一種土體體積含水量監測系統。
[0036]體積含水量監測儀11的工作原理:[0037]土壤中的體積含水量，與土壤表現出來的介電常數成固定函數關系。采用頻域測量方法，測量中間探針與兩側探針之間的電容量，該電容與介電常數成正比，經過AD轉換、單片機運算處理，即可獲得與土壤體積含水量成正比的線性電壓(電流或485信號)輸出。
[0038]利用一種土體體積含水量監測系統對陜西某滑坡進行了實例監測，監測部位如圖6所示，用六個含水量監測儀11分別對滑體裂縫處、滑體處監測，深度分別是20cm、40cm、80cm，監測時間8個月，監測數據連續性較好，并且該系統功耗很低，遇到天氣情況特別槽糕、太陽能板無法采集太陽能的情況，蓄電池還是可以提供500小時的連續穩定監測的電量，所以此系統可以長時間的穩定監測，能夠適應野外無人值守無電源或不用電源的地方，并且可以提供精確的、連續的監測數據。
【權利要求】
1.一種土體體積含水量監測系統，其特征在于，包括:用于監測土體體積含水量的數據采集模塊(3 )，數據采集模塊(3 )上連接有無線傳輸模塊(2 )，數據采集模塊(3 )和無線傳輸模塊(2)上均連接有供電模塊(1)，無線傳輸模塊(2)上連接有數據接收模塊(4)，其中，采集模塊(3)包括單片機(14)，單片機(14)的輸入端上連接有體積含水量監測儀(11)，單片機(14)的輸出端與無線傳輸模塊(2)連接。
2.根據權利要求1所述的土體體積含水量監測系統，其特征在于，所述無線傳輸模塊(2)為GPRS設備(10)，GPRS設備通過GPRS網絡(15)與數據接收模塊(4)進行數據傳輸。
3.根據權利要求2所述的土體體積含水量監測系統，其特征在于，所述數據接收模塊(4)包括遠程數據接收中心(16)。
4.根據權利要求1或2所述的土體體積含水量監測系統，其特征在于，供電模塊(I)包括太陽能板(5)、穩壓裝置(6)，以及蓄電池(7)，蓄電池(7)上連接有第一電壓轉換裝置(8)和第二電壓轉換裝置(12)，第一電壓轉換裝置(8)上連接有第一內電源(9)，第一內電源(9)與無線傳輸模塊(2)和體積含水量監測儀(11)相連接；第二電壓轉換裝置(12)上連接有第二內電源(13)，第二內電源(13)與單片機(14)相連接。
【文檔編號】G08C17/02GK203812391SQ201420158052
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】莊建琦, 馬鵬輝 申請人:長安大學