一種凍結井施工井壁無線測溫系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種凍結井施工井壁無線測溫系統，其特征在于：它包括地面測溫終端、井下測溫節點和若干溫度傳感器；地面測溫終端包括電源管理電路、時鐘模塊、CORTEX-M3微處理器、無線通信模塊、SD卡存儲模塊、USB通信模塊、鍵盤模塊和TFT液晶顯示模塊；井下測溫節點包括ZigBee天線、無線射頻放大器、具有無線收發功能的微處理器和鋰電池供電模塊；CORTEX-M3微處理器通過無線通信模塊將測溫控制信號發送至井下測溫節點；具有無線收發功能的微處理器控制溫度傳感器采集所在位置的溫度信號，溫度傳感器將自身的ID信息和溫度信號傳輸至具有無線收發功能的微處理器進行處理后通過ZigBee天線傳輸至地面測溫終端。
【專利說明】一種凍結井施工井壁無線測溫系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種測溫系統，特別是關于一種凍結井施工井壁無線測溫系統。
【背景技術】
[0002]近年來，很多煤礦建井采用凍結法施工的立井，無論是在井筒施工的過程中，還是在凍結管撥除解凍之后，井壁中有關位置不同程度地出現了一定數量的裂縫，嚴重者涌水淹井，造成很大損失。凍結井筒內混凝土澆筑和養護條件惡劣，因此為了掌握混凝土的養護條件，計算溫度應力和變形，確保混凝土內部不產生溫度裂紋，必須研究新型單層凍結井壁溫度場。開展井壁溫度場研究，無論是對于井壁的設計與施工，還是對于凍結壁的安全與穩定性分析，都具有重要的指導意義。
[0003]傳統測溫技術中采用在每個測點設置一個銅-康銅熱電偶測溫探頭的方法，這樣一個測溫孔需要數十根線纜，也有少數采用了數字集成溫度傳感器，但最終需要將線纜從測溫節點引至井口測量。該方法存在施工過程中凍結井壁布線困難，測點增加更改非常不便，大量導線懸于井壁容易在施工過程中損壞等諸多不足。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種方便實用、穩定可靠的凍結井施工井壁無線測溫系統。
[0005]為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案:一種凍結井施工井壁無線測溫系統，其特征在于:它包括一地面測溫終端、一井下測溫節點和若干溫度傳感器；所述地面測溫終端包括電源管理電路、時鐘模塊、C0RTEX-M3微處理器、無線通信模塊、SD卡存儲模塊、USB通信模塊、鍵盤模塊和TFT液晶顯示模塊；所述井下測溫節點包括一 ZigBee天線、一無線射頻放大器、一具有無線收發功能的微處理器和一鋰電池供電模塊；所述井下測溫節點固定設置在凍結井內壁中，若干所述溫度傳感器分別固定設置在凍結井內壁上、凍結井外壁上和凍結壁中，所述溫度傳感器通過防水航空插頭與所述井下測溫節點連接；若干所述溫度傳感器通過單總線與所述具有無線收發功能的微處理器連接；所述電源管理電路和時鐘模塊為所述C0RTEX-M3微處理器提供工作電壓和時鐘，所述C0RTEX-M3微處理器通過所述無線通信模塊將測溫控制信號發送至所述井下測溫節點；所述鋰電池供電模塊為所述無線射頻放大器和具有無線收發功能的微處理器供電，所述ZigBee天線將接收到的無線測溫控制信號傳輸至所述無線射頻放大器，所述無線射頻放大器將經放大處理后的無線測溫控制信號傳輸至所述具有無線收發功能的微處理器，所述具有無線收發功能的微處理器控制所述溫度傳感器采集所在位置的溫度信號；所述溫度傳感器將自身的ID信息和溫度信號傳輸至所述具有無線收發功能的微處理器，所述具有無線收發功能的微處理器將壓縮排序后的ID信息和溫度信號傳輸至所述無線射頻放大器，所述無線射頻放大器將放大處理后的ID信息和溫度信號通過所述ZigBee天線發送至所述地面測溫終端；所述無線通信模塊接收ID信息和溫度信號并傳輸至所述C0RTEX-M3微處理器，所述C0RTEX-M3微處理器將處理后的ID信息和溫度信號傳輸至所述SD卡存儲模塊進行存儲并通過所述USB通信模塊傳輸至上位機；通過所述鍵盤模塊向所述C0RTEX-M3微處理器中輸入所述溫度傳感器的編號信息，所述C0RTEX-M3微處理器將所述溫度傳感器的ID信息和溫度數據傳輸至所述TFT液晶顯示模塊進行顯示。
[0006]所述具有無線收發功能的微處理器采用中心頻率為2.4GHz的無線通信單片機。
[0007]所述溫度傳感器采用型號為DALLAS 18B20的單線數字溫度傳感器。
[0008]所述地面測溫終端和井下測溫節點之間的通信距離小于凍結井深度時，在凍結井垂直方向上設置一個以上所述井下測溫節點，對應每個所述井下測溫節點設置若干所述溫度傳感器；位于凍結井下端的所述井下測溫節點將所述溫度傳感器的ID信息和所述溫度傳感器采集到的溫度信號通過所述ZigBee天線傳輸至位于凍結井上端的所述井下測溫節點中的所述具有無線收發功能的微處理器中進行緩存，由位于凍結井上端的所述井下測溫節點將緩存的ID信息和溫度信號通過所述ZigBee天線傳輸至所述地面測溫終端。
[0009]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本實用新型由于采用單線數字溫度傳感器采集凍結井下所在位置的溫度信號并傳輸至井下測溫節點，井下測溫節點對采集到的溫度信號和溫度傳感器的ID信息進行壓縮排序、放大后通過ZigBee天線傳輸至地面測溫終端，由地面測溫終端對采集到的溫度信號和溫度傳感器的ID信息處理后進行存儲或顯示，完成對凍結井壁混凝土澆筑施工過程中的溫度測量，因此本實用新型方便實用。2、本實用新型由于采用單線數字溫度傳感器采集凍結井施工井壁中的溫度，并通過ZigBee無線通信方式將溫度數據傳輸至地面測溫終端進行處理，因此本實用新型采集到的溫度數據穩定可靠，能夠為尋找凍結井中溫度場分布規律、混凝土水化熱釋放規律以及井壁、凍結壁的理論設計提供有效的數據支撐。基于以上優點，本實用新型可以廣泛應用于凍結井施工井壁的溫度測量中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型凍結井施工井壁無線測溫系統的結構框圖
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0012]如圖1所示，本實用新型凍結井施工井壁無線測溫系統包括一地面測溫終端1、一井下測溫節點2和若干溫度傳感器3。其中，地面測溫終端I包括電源管理電路11、時鐘模塊12、C0RTEX-M3微處理器13、無線通信模塊14、SD卡存儲模塊15、USB通信模塊16、鍵盤模塊17和TFT液晶顯示模塊18。井下測溫節點2包括一 ZigBee天線21、一無線射頻放大器22、一具有無線收發功能的微處理器23和一鋰電池供電模塊24，鋰電池供電模塊24為無線射頻放大器22和具有無線收發功能的微處理器23供電。井下測溫節點2固定設置在凍結井內壁中，并采用密閉防水處理。若干溫度傳感器3分別固定設置在凍結井內壁上、凍結井外壁上和凍結壁中，并通過防水航空插頭與井下測溫節點2連接。若干溫度傳感器3均采用單總線溫度傳感器，并通過單總線與具有無線收發功能的微處理器23連接。
[0013]本實用新型凍結井施工井壁無線測溫系統的工作過程為:
[0014]電源管理電路11和時鐘模塊12為C0RTEX-M3微處理器13提供工作電壓和時鐘，C0RTEX-M3微處理器13通過無線通信模塊14將測溫控制信號發送至井下測溫節點2。井下測溫節點2中的ZigBee天線21接收無線測溫控制信號并傳輸至無線射頻放大器22進放大處理，經放大處理后的無線測溫控制信號傳輸至具有無線收發功能的微處理器23，具有無線收發功能的微處理器23根據接收到的測溫控制信號控制溫度傳感器3采集所在位置的溫度信號。溫度傳感器3將自身的ID信息和采集到的溫度信號傳輸至具有無線收發功能的微處理器23進行處理，具有無線收發功能的微處理器23對接收到的ID信息和溫度信號進行壓縮排序后傳輸至無線射頻放大器22進行放大，放大處理后的ID信息和溫度信號通過ZigBee天線21發送至地面測溫終端I。C0RTEX-M3微處理器13對通過無線通信模塊14接收到的ID信息和溫度信號進行處理后，傳輸至SD卡存儲模塊15進行存儲并通過USB通信模塊16傳輸至上位機(圖中未示出)。通過鍵盤模塊17向C0RTEX-M3微處理器13中輸入溫度傳感器3的編號信息，C0RTEX-M3微處理器13根據編號信息將對應的溫度傳感器3的ID信息和溫度數據傳輸至TFT液晶顯示模塊18進行顯示。
[0015]上述實施例中，具有無線收發功能的微處理器23采用中心頻率為2.4GHz的無線通信單片機。
[0016]上述實施例中，溫度傳感器3采用型號為DALLAS 18B20的單線數字溫度傳感器。
[0017]上述實施例中，當凍結井很深，超出地面測溫終端I和井下測溫節點2之間的通信距離時，在凍結井垂直方向上設置一個以上井下測溫節點2，對應每個井下測溫節點2設置若干溫度傳感器3。其中位于凍結井下端的井下測溫節點2將溫度傳感器3的ID信息和溫度傳感器3采集到的溫度信號通過ZigBee天線21傳輸至位于凍結井上端的井下測溫節點2中的具有無線收發功能的微處理器23中進行緩存，由位于凍結井上端的井下測溫節點2將緩存的ID信息和溫度信號通過ZigBee天線21傳輸至地面測溫終端I。
[0018]上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種凍結井施工井壁無線測溫系統，其特征在于:它包括一地面測溫終端、一井下測溫節點和若干溫度傳感器；所述地面測溫終端包括電源管理電路、時鐘模塊、C0RTEX-M3微處理器、無線通信模塊、SD卡存儲模塊、USB通信模塊、鍵盤模塊和TFT液晶顯示模塊；所述井下測溫節點包括一 ZigBee天線、一無線射頻放大器、一具有無線收發功能的微處理器和一鋰電池供電模塊；所述井下測溫節點固定設置在凍結井內壁中，若干所述溫度傳感器分別固定設置在凍結井內壁上、凍結井外壁上和凍結壁中，所述溫度傳感器通過防水航空插頭與所述井下測溫節點連接；若干所述溫度傳感器通過單總線與所述具有無線收發功能的微處理器連接； 所述電源管理電路和時鐘模塊為所述C0RTEX-M3微處理器提供工作電壓和時鐘，所述C0RTEX-M3微處理器通過所述無線通信模塊將測溫控制信號發送至所述井下測溫節點；所述鋰電池供電模塊為所述無線射頻放大器和具有無線收發功能的微處理器供電，所述ZigBee天線將接收到的無線測溫控制信號傳輸至所述無線射頻放大器，所述無線射頻放大器將經放大處理后的無線測溫控制信號傳輸至所述具有無線收發功能的微處理器，所述具有無線收發功能的微處理器控制所述溫度傳感器采集所在位置的溫度信號；所述溫度傳感器將自身的ID信息和溫度信號傳輸至所述具有無線收發功能的微處理器，所述具有無線收發功能的微處理器將壓縮排序后的ID信息和溫度信號傳輸至所述無線射頻放大器，所述無線射頻放大器將放大處理后的ID信息和溫度信號通過所述ZigBee天線發送至所述地面測溫終端；所述無線通信模塊接收ID信息和溫度信號并傳輸至所述C0RTEX-M3微處理器，所述C0RTEX-M3微處理器將處理后的ID信息和溫度信號傳輸至所述SD卡存儲模塊進行存儲并通過所述USB通信模塊傳輸至上位機；通過所述鍵盤模塊向所述C0RTEX-M3微處理器中輸入所述溫度傳感器的編號信息，所述C0RTEX-M3微處理器將所述溫度傳感器的ID信息和溫度數據傳輸至所述TFT液晶顯示模塊進行顯示。
2.如權利要求1所述的一種凍結井施工井壁無線測溫系統，其特征在于:所述具有無線收發功能的微處理器采用中心頻率為2.4GHz的無線通信單片機。
3.如權利要求1或2所述的一種凍結井施工井壁無線測溫系統，其特征在于:所述溫度傳感器采用型號為DALLAS 18B20的單線數字溫度傳感器。
4.如權利要求1或2所述的一種凍結井施工井壁無線測溫系統，其特征在于:所述地面測溫終端和井下測溫節點之間的通信距離小于凍結井深度時，在凍結井垂直方向上設置一個以上所述井下測溫節點，對應每個所述井下測溫節點設置若干所述溫度傳感器；位于凍結井下端的所述井下測溫節點將所述溫度傳感器的ID信息和所述溫度傳感器采集到的溫度信號通過所述ZigBee天線傳輸至位于凍結井上端的所述井下測溫節點中的所述具有無線收發功能的微處理器中進行緩存，由位于凍結井上端的所述井下測溫節點將緩存的ID信息和溫度信號通過所述ZigBee天線傳輸至所述地面測溫終端。
【文檔編號】G08C17/02GK204007913SQ201420418734
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】劉永濤, 陳道翀, 翟延忠, 黎冠, 楊曉東 申請人:華北科技學院