一種基于霍爾芯片及rs-485通訊的分層沉降傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，包括管殼、上堵頭、下堵頭、吊環、測量電路板及通訊電路板，在管殼的上端及下端分別封裝上堵頭及下堵頭，在上堵頭的頂面及下堵頭的底面分別徑向對稱固裝一對豎向吊環，在管殼內安裝有通訊電路板和測量電路板，在測量電路板上均布間隔連接霍爾芯片，在通訊電路板上連接RS485通訊線，該RS485通訊線從上堵頭穿出。本傳感器是一種基于MCU、RS485通訊、并入串出移位寄存器芯片、霍爾芯片陣列的沉降測量設備，通過與無線遠程數據傳輸系統配合使用，可以直接讀出各個土層的沉降量，自動化程度高，省時省力。
【專利說明】 —種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于巖土測量領域，涉及巖土的分層沉降測量設備，尤其是一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器。
【背景技術】
[0002]分層沉降測量是測量不同深度巖土在一定加固作業期間沉降量變化量的測量方法，如圖11所示，13為PVC導向管、9為各個土層放置的磁環、該示意圖將測量土層分為5層，14為測試米尺，米尺上有刻度其尾端裝有探測頭15，操作人員每天要到現場把米尺下放到各個磁環處測量磁環距離管口的位置，記錄各個磁環相對于管口的距離，推算出各個土層埋入的磁環相對管口沉降的距離，從而計算出各個土層的沉降量。使用的這種測量方法耗費大量的人力、物力，同時人為操作會造成數據的不可靠性。現場狀況如水深狀況不明、冬季結浮冰，易造成工作人員意外傷害等諸多問題。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，該傳感器配合無線遠程數據傳輸系統使用，遠程可以遠程直接讀出各個土層的沉降量。
[0004]本實用新型解決技術問題所采用的技術方案是:
[0005]一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，包括管殼、上堵頭、下堵頭、吊環、測量電路板及通訊電路板，在管殼的上端及下端分別封裝上堵頭及下堵頭，在上堵頭的頂面及下堵頭的底面分別徑向對稱固裝一對豎向吊環，在管殼內安裝有通訊電路板和測量電路板，在測量電路板上均布間隔連接霍爾芯片，在通訊電路板上連接RS485通訊線，該RS485通訊線從上堵頭穿出。
[0006]而且，所述的通訊電路板包括Pl接口、P2接口、RS485通訊芯片、微控制器MCU、規格設置撥碼開關Kl及測量精度設置撥碼開關K2，Pl接口接入主機電源及RS485通訊線，P2接口為通訊電路板與測量電路板的接口主機電源及RS485通訊線與Pl連接后分別與MCU的輸入/輸出口線及RS485通訊芯片連接，規格設置撥碼開關Kl及測量精度設置撥碼開關K2的輸出端分別通過上拉電阻與MCU連接，MCU還分別與RS485通訊芯片及P2接口輸入/輸出連接，該通訊電路板讀取感應到磁環的磁感應器件在測量電路板上的序號，并把該序號通過RS485通訊線發送到接收主機上。
[0007]而且，所述的測量電路板由多個測量電路板單元拼接而成，每個測量電路板單元均包括Pl接口、P2接口、并入串出移位寄存器芯片74HC165及霍爾芯片，測量電路板單元的Pl接口與其上級測量電路板單元的P2接口或與通訊電路板的P2接口對接，測量電路板單元的P2接口與其下級測量電路板單元的Pl接口對接，所述并入串出移位寄存器芯片74HC165為多片級聯，每片74HC165均通過上拉電阻與多個霍爾芯片連接。
[0008]而且，所述的霍爾芯片在測量電路板上的排布包括兩種方式，分別為一層均勻間隔排布或多層均勻間隔錯位排布。
[0009]一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器的測量系統，包括導向管、分層沉降傳感器、鋼絲及固定堵頭，該導向管的底部敞開，頂部通過一固定堵頭密封，在導向管內至上而下同軸間隔串聯多個分層沉降傳感器，在上下相鄰的兩傳感器的吊環上連接鋼絲，在最下端傳感器的底部吊環上通過鋼絲連接一個或多個牽拉重物，最上端傳感器通過頂部吊環與固定堵頭間鋼絲連接，而且，每一傳感器的485通訊線均從導向管頂部固定堵頭的通孔內穿出，與地面的數據采集傳送系統連接。
[0010]本實用新型的優點和積極效果是:
[0011]1、本傳感器是一種基于MCU、RS485通訊、并入串出移位寄存器芯片、霍爾芯片陣列的沉降測量設備，通過與無線遠程數據傳輸系統配合使用，可以直接讀出各個土層的沉降量，自動化程度高、省時省力。
[0012]2、本傳感器使用霍爾芯片作為霍爾芯片，是利用霍爾芯片精度及靈敏度高、容易加工、性能穩定、一致性好的特點，將其用于傳感器內不僅提高了傳感器的精度及靈敏度而且延長了傳感器的使用壽命，使傳感器的檢修率降低，維護成本降低，適合在地質環境惡劣的環境長期使用。
[0013]3、本傳感器的結構設計科學合理，可以根據土層的厚度制定傳感器的級聯數量，傳感器間通過鋼絲軟連接，組裝、拆卸方便快捷，適應不同地質狀況的巖土測量，應用范圍廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的主視圖；
[0015]圖2為圖1的右視圖；
[0016]圖3為圖1的中軸剖視圖；
[0017]圖4為通訊電路板的電路連接圖；
[0018]圖5為測量電路板單元的電路連接圖；
[0019]圖6為霍爾芯片的檢測單元電路圖；
[0020]圖7為霍爾芯片在測量電路板上的排布示意圖(測量精度為0.5cm-lcm)；
[0021]圖8為霍爾芯片在測量電路板上的排布示意圖(測量精度為0.25cm)；
[0022]圖9為霍爾芯片在測量電路板上的排布示意圖(測量精度為0.1cm)；
[0023]圖10為本分層沉降傳感器的安裝結構示意圖；
[0024]圖11為反映本實用新型【背景技術】的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖并通過具體實施例對本實用新型作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。
[0026]一種基于RS-485通訊的連續測量分層沉降傳感器，包括管殼4、上堵頭3、下堵頭5、吊環2，測量電路板6及通訊電路板5，在管殼的上端及下端分別封裝上堵頭及下堵頭，在上堵頭的頂面及下堵頭的底面分別徑向對稱固裝一對豎向吊環，在管殼內安裝有通訊電路板和測量電路板，在測量電路板上均布間隔連接霍爾芯片7，在通訊電路板上連接RS485通訊線1，該RS485通訊線從上堵頭穿出。
[0027]所述的通訊電路板包括Pl接口、P2接口、RS485通訊芯片、微控制器MCU、規格設置撥碼開關Kl及測量精度設置撥碼開關K2，Pl接口接入主機電源及RS485通訊線T+、T_，Ρ2接口為通訊電路板與測量電路板的接口且與MCU輸入/輸出連接，穩壓器ΗΤ7550提供整個傳感器的5V電源，其輸入端與Pl連接、輸出端分別與MCU及RS485通訊芯片DS75176連接，RS485通訊芯片DS75176負責RS485通訊，其分別與Pl接口及MCU輸入/輸出連接，MCU為微控制器負責通訊數據接收和傳感器數據獲取及發送，規格設置撥碼開關Kl及測量精度設置撥碼開關Κ2的輸出端分別通過上拉電阻與MCU連接，通過Kl設置本傳感器的長度規格，該長度規格共有四檔可選，分別為:0.5米、I米、1.5米、2米。通過K2可以設置本傳感器的測量精度，該精度也有四檔可選，分別為0.lcm、0.25cm、0.5cm、lcm。該通訊電路板的功能是讀取感應到磁環的霍爾芯片在測量電路板上的序號，并把該序號通過RS485發送到接收主機上。該通訊電路板的電路連接如圖4所示。
[0028]所述的測量電路板由多個測量電路板單元拼接而成，每個測量電路板單元均包括Pl接口、P2接口、并入串出移位寄存器芯片74HC165及霍爾芯片，測量電路板單元的Pl接口與其上級測量電路板單元的P2接口或與通訊電路板的P2接口對接，測量電路板單元的P2接口與其下級測量電路板單元的Pl接口對接，所述并入串出移位寄存器芯片74HC165為多片級聯，每片74HC165均通過上拉電阻與多個霍爾芯片連接。MCU發送讀取使能、時鐘信號，通過74HC165的輸入輸出口線讀取74HC165的QlQ8的電平信號，霍爾芯片通過上拉電阻接到各個級聯74HC165的QlQ8 口線上。
[0029]為了適應不同規格的分層沉降傳感器，測量電路板單元統一設計為包括6個并入串出移位寄存器芯片74HC165，每個74HC165連接8個霍爾芯片，既每個測量電路板單元可以測量48位霍爾芯片。如果測量精度為5_，那么該測量電路板單元的長度為257_。不同長度規格的分層沉降傳感器需要不同數量的測量電路板單元來拼接。如圖5所示的測量電路板單元，Pl為上接接口，P2為下接接口，根據不同長度規格長度的傳感器進行拼接。
[0030]圖6為霍爾芯片檢測的單元電路，當霍爾芯片感應到磁環磁力時，Signal為信號O ;當霍爾芯片感應不到磁環磁力時，Signal為信號I。
[0031]所述的霍爾芯片在測量電路板上的排布包括兩種方式，分別為一層均勻間隔排布或多層均勻間隔錯位排布。霍爾芯片在測量電路板上的排布方式不同，測量精度也不同，如圖7的排布方式，測量精度為0.5cm-lcm ;如圖8的排布方式，測量精度為0.25cm ;如圖9的排布方式，測量精度為0.1cm0
[0032]所述的管殼采用鋁材質的管材，其內徑為32mm，外徑為45mm，按測量傳感器長度規格截取。管材兩側加工螺紋，管材加工成型后，再經過表面氧化處理，測量電路板及通訊電路板封裝在該管殼內。
[0033]所述的上堵頭及下堵頭起到密封傳感器電路板和管殼、及支撐信號線及固定牽拉鋼絲用。
[0034]本分層沉降傳感器的工作原理為:
[0035]本分層沉降傳感器通過檢測磁環位置計算土層沉降量。當霍爾芯片感應到磁力時，輸出為0，通訊電路板MCU讀取測量電路板的串行數據，計算出當前磁環位置，通過485通訊線將測量數據發送至數據采集傳送系統。
[0036]本分層沉降傳感器使用7-12V供電電壓，通過HT7550將電壓轉換為5V，用于DS75176、MCU及傳感器采集電路供電。可通過規格設置撥碼開關設置規格，即:0.5米、I米、1.5米、2米。可通過撥碼開關Kl設置測量精度，S卩:0.lcm、0.25cm、0.5cm、lcm。
[0037]以測量精度為5mm為例，當磁環向下移動5mm,傳感器mcu讀取的數據增加I,當磁環向下移動20mm,傳感器mcu讀取的數據增加4。
[0038]本分層沉降傳感器的安裝方式為:
[0039]在對應各個土層安裝的磁環9內同軸插入一導向管10，該導向管的底部敞開，頂部通過一固定堵頭8密封，在導向管內至上而下同軸間隔串聯多個分層沉降傳感器，在上下相鄰的兩傳感器的吊環上連接鋼絲11，在最下端傳感器的底部吊環上通過鋼絲連接一個或多個牽拉重物12，最上端傳感器通過頂部吊環與固定堵頭間鋼絲連接，而且，每一傳感器的485通訊線均從導向管頂部固定堵頭的通孔內穿出，與地面的數據采集傳送系統連接，如圖10所示。
[0040]牽拉重物使級聯安裝的各個傳感器處于垂直拉緊狀態，在牽拉重物的兩端均安裝有吊環。
[0041]而且，本發明還提供一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器的測量系統，包括導向管、分層沉降傳感器、鋼絲及固定堵頭，該導向管的底部敞開，頂部通過一固定堵頭密封，在導向管內至上而下同軸間隔串聯多個分層沉降傳感器，在上下相鄰的兩傳感器的吊環上連接鋼絲，在最下端傳感器的底部吊環上通過鋼絲連接一個或多個牽拉重物，最上端傳感器通過頂部吊環與固定堵頭間鋼絲連接，而且，每一傳感器的485通訊線均從導向管頂部固定堵頭的通孔內穿出，與地面的數據采集傳送系統連接。
[0042]以上所述的僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，其特征在于:包括管殼、上堵頭、下堵頭、吊環、測量電路板及通訊電路板，在管殼的上端及下端分別封裝上堵頭及下堵頭，在上堵頭的頂面及下堵頭的底面分別徑向對稱固裝一對豎向吊環，在管殼內安裝有通訊電路板和測量電路板，在測量電路板上均布間隔連接霍爾芯片，在通訊電路板上連接RS485通訊線，該RS485通訊線從上堵頭穿出。
2.根據權利要求1所述的基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，其特征在于:所述的通訊電路板包括Pl接口、P2接口、RS485通訊芯片、微控制器MCU、規格設置撥碼開關Kl及測量精度設置撥碼開關K2，Pl接口接入主機電源及RS485通訊線，P2接口為通訊電路板與測量電路板的接口主機電源及RS485通訊線與Pl連接后分別與MCU的輸入/輸出口線及RS485通訊芯片連接，規格設置撥碼開關Kl及測量精度設置撥碼開關K2的輸出端分別通過上拉電阻與MCU連接，MCU還分別與RS485通訊芯片及P2接口輸入/輸出連接，該通訊電路板讀取感應到磁環的磁感應器件在測量電路板上的序號，并把該序號通過RS485通訊線發送到接收主機上。
3.根據權利要求2所述的基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，其特征在于:所述的測量電路板由多個測量電路板單元拼接而成，每個測量電路板單元均包括Pl接口、P2接口、并入串出移位寄存器芯片74HC165及霍爾芯片，測量電路板單元的Pl接口與其上級測量電路板單元的P2接口或與通訊電路板的P2接口對接，測量電路板單元的P2接口與其下級測量電路板單元的Pl接口對接，所述并入串出移位寄存器芯片74HC165為多片級聯，每片74HC165均通過上拉電阻與多個霍爾芯片連接。
4.根據權利要求1所述的基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，其特征在于:所述的霍爾芯片在測量電路板上的排布包括兩種方式，分別為一層均勻間隔排布或多層均勻間隔錯位排布。
5.一種根據權利要求1所述的基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器的測量系統，其特征在于:包括導向管、分層沉降傳感器、鋼絲及固定堵頭，該導向管的底部敞開，頂部通過一固定堵頭密封，在導向管內至上而下同軸間隔串聯多個分層沉降傳感器，在上下相鄰的兩傳感器的吊環上連接鋼絲，在最下端傳感器的底部吊環上通過鋼絲連接一個或多個牽拉重物，最上端傳感器通過頂部吊環與固定堵頭間鋼絲連接，而且，每一傳感器的485通訊線均從導向管頂部固定堵頭的通孔內穿出，與地面的數據采集傳送系統連接。
【文檔編號】G08C19/00GK204214435SQ201420692414
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】劉良志, 程林, 李忠杰, 宋效第, 陳柏州, 陳少青 申請人:天津市北洋巖土工程有限公司