CN103531008A - 一种用于土木工程的微型倾斜传感器及无线监控*** - Google Patents

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王建松
刘庆元
廖小平
李龙飞
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Abstract

一种用于土木工程的微型倾斜传感器及无线监控***，微型倾斜传感器包括：倾角传感芯片；信号转换模块；处理器；数据传输模块连接处理器；电池，电池用以给微型倾斜传感器提供电力，通过唤醒供电，实现传感器的低功耗。无线监控***还包括上述的微型倾斜传感器及信号采集装置，用以通过无线方式接收并转送来自微型倾斜传感器的输出信号，实现信号的无线采集和传输。本发明通过倾角传感芯片进行倾斜测量，避免了复杂的操作和精度低的问题，通过降低功耗实现自带电源供电问题，通过无线的方式连接微型倾斜传感器和信号采集装置，避免了土木工程中有线连接方式容易被破坏的问题。

Description

一种用于土木工程的微型倾斜传感器及无线监控***
技术领域
本发明涉及土木工程的倾斜测量，尤其涉及一种用于土木工程的微型倾斜传感器及无线监控***。
背景技术
土木工程中，常遇到基坑、隧洞等土体开挖变形破坏以及边坡、滑坡滑塌、结构物倾倒等灾害给土木工程安全造成的威胁，因此通过监测土体以及结构物的倾斜变形来实时监控工程本身以及周边的土体的安全状况是有效预防和解决工程安全防控的重要手段。现有土木工程安全监控技术中，由于采用的传感器都是通过通讯电缆进行数据的采集和传输，而且还需要供电电缆，大量通讯、供电电缆的存在，在土木工程的恶劣环境下容易受到施工以及偷盗等人为的破坏，影响造成监控***的运行；而且大多仪器设备体积大，价格相对昂贵，精度低，且不易安装保护，这些严重制约了实时安全监控技术在土木工程领域的大范围应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种土木工程变形监测的微型倾斜传感器及无线监控***，以实现体积小、容易保护、灵敏度高的土体安全变形实时监控技术。
为解决上述技术问题，本发明提出一种用于土木工程的微型倾斜传感器，其特征在于，微型倾斜传感器包括：倾角传感芯片，用以产生倾斜数据的模拟信号；信号转换模块，连接倾角传感芯片，用以将倾角传感芯片的倾斜数据的模拟信号转换成数字信号，对接收到的所述数字信号进行处理，所述处理器包括时钟单元；处理器，处理器连接信号转换模块，用以接收处理信号转换模块转换成的数字信号，对接收到的所述数字信号进行处理，所述处理器包括处理器本体和时钟单元；数据传输模块，数据传输模块连接处理器，用以从处理器中接收处理过的数字信号并将数字信号传输给外界；电池，所述电池用以给所述倾角传感芯片、信号转换模块、处理器和数据传输模块提供电力；其中，所述时钟单元由所述电池持续供电，所述时钟单元控制所述电池以设定时间间隔交替开启或关闭对所述倾角传感芯片、信号转换模块、处理器本体和数据传输模块的电力供应。
优选地，信号转换模块为16为ADC数模转换器。
优选地，数据传输模块为RS485接口。
优选地，微型倾斜传感器还包括无线通讯模块，用以向外界发送信息或者从外界接受指令。
优选地，无线通讯模块为434兆射频通讯模块。
优选地，倾角传感芯片为ADXL203芯片。
本发明还提供一种用于土木工程的无线监控***，无线监控***包括至少一个微型倾斜传感器组件，微型倾斜传感器组件包括多个微型倾斜传感器和一信号采集装置，微型倾斜传感器与信号采集装置无线连接，信号采集装置通过有线供电，并用以接收微型倾斜传感器发送的信息以及向微型倾斜传感器发送指令。
优选地，无线监控***还包括一后台服务器，后台服务器用以接收信号采集装置发送的信息以及向信号采集装置发送指令。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明通过倾角传感芯片进行倾斜测量，避免了复杂的操作和精度低的问题，同时降低了传感器的体积和成本；并且通过无线的方式连接微型倾斜传感器和信号采集装置，实现无线缆通讯，以及通过自带电池方式，实现了无电缆供电，避免了现有技术存在大量电缆容易被破坏的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的微型倾斜传感器的结构示意图。
图2为本发明实施例的无线监控***的结构示意图。
附图说明：微型倾斜传感器11，微型倾斜传感器11包括倾角传感芯片111、信号转换模块112、处理器113、数据传输模块114、电池115、信号采集装置12和后台服务器2。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供了一种用于土木工程的微型倾斜传感器11，微型倾斜传感器11包括倾角传感芯片111、信号转换模块112、处理器113、数据传输模块114和电池115。
倾角传感芯片111，用以产生倾斜数据的模拟信号。在本实施例中，倾角传感芯片为ADXL203芯片。
信号转换模块112，连接倾角传感芯片111，用以将倾角传感芯片111的倾斜数据的模拟信号转换成数字信号。倾角传感芯片111检测得到的倾斜数据信号为模拟信号，处理器无法识别，所以需要将模拟信号转换成数字信号。在本实施例中，信号转换模块112为16位ADC数模转换器，在其它实施例中，信号转换模块112可以根据需要采用其它位数的数模转换器，例如32位或者24位等等。
处理器113，处理器113连接信号转换模块112，用以接收处理信号转换模块112转换成的数字信号，对接收到的所述数字信号进行处理，处理器113包括包括处理器本体（未图示）和时钟单元（未图示）。处理器113的作用是将转换后的数字信号进行处理以方便数据传输模块114向外界传输。在本实施例中，处理器113使用的是单片机，在其它实施例中，可以根据处理数据的需要或者其它需要采用其它类型的处理器113。所述时钟单元由所述电池115持续供电，所述时钟单元控制所述电池115以设定时间间隔交替开启或关闭对所述倾角传感芯片111、信号转换模块112、处理器本体和数据传输模块114的电力供应。由于微型倾斜传感器11的工作很多时候是不需要整天不间断进行的，所以通过时钟单元按时启动微型倾斜传感器11来进行测量、接收指令或者向外界传送数据等操作，等操作完毕之后关闭微型倾斜传感器11，这样可以有效的减少微型倾斜传感器11的电力消耗。
数据传输模块114，数据传输模块114连接处理器113，用以从处理器113中接收处理过的数字信号并将数字信号传输给外界。在本实施例中，数据传输模块114为RS485接口，这样工作人员可以通过采集器来连接RS485接口从而获得微型倾斜传感器11的倾斜数据，之后将采集器连接到PC机上进行数据处理就可以得到想要的倾斜数据。在本实施例中，数据传输模块114为无线通讯装置，用以向外界发送信息或者从外界接受指令。数据传输模块114采用无线通讯装置就可以直接将倾斜数据直接传送出去，而不需要工作人员去实地进行数据采集，当微型倾斜传感器11处在比较恶劣的工作环境时，能很好的解决工作人员不好进行实地采集的问题。无线通讯装置的具体类型可以根据实际的工作环境而选择不同的类型，在本实施例中，无线通讯装置为434兆射频通讯模块，在其它实施例中，无线通讯装置可以是3G、4G或者CDMA等其它的无线通讯手段。
电池115，所述电池115用以给所述倾角传感芯片111、信号转换模块112、处理器113和数据传输模块114提供电力。由于本实施例中的微型倾斜传感器11采用的是倾角传感芯片111进行测量工作所以需要的电力相比现有技术较低，可以采用电池115作为电源，不需要给微型倾斜传感器11连接电源线，这样可以避免在恶劣工作环境下难以给微型倾斜传感器11布线或者电源线容易损坏的问题。
本发明还提供一种用于土木工程的无线监控***，无线监控***包括至少一个微型倾斜传感器组件1，微型倾斜传感器组件1包括多个微型倾斜传感器11和一信号采集装置12，微型倾斜传感器11与信号采集装置12无线连接，信号采集装置12通过有线供电，并用以接收微型倾斜传感器11发送的信息以及向微型倾斜传感器11发送指令。
在本实施例中，无线监控***还包括一后台服务器2，后台服务器2用以接收信号采集装置12发送的信息以及向信号采集装置12发送指令。
由于微型倾斜传感器11采用的是电池115作为电源，所以微型倾斜传感器11无法进行大功率以及长距离的信号传输，因此通过信号采集装置12来收集汇总一片区域内的信号再传输到后台服务器2中，因此信号采集装置12必须要有足够的电力支持保证能进行大功率的信号传输，因此信号采集装置12采用有线供电。
无线监控***的作用是通过多个微型倾斜传感器11来实时监控大面积的区域，分布在各个位置的微型倾斜传感器11将区域各处的倾斜信息通过信号采集装置12传送到后台服务器2中，工作人员可以在后台服务器2对数据进行处理。
下面以本实施例为例详细说明本发明的微型倾斜传感器和无线监控***的工作原理。
微型倾斜传感器的工作原理：首先将微型倾斜传感器11埋设在工作地点，倾角传感芯片111进行测量得到该处的倾斜数据的模拟信号；然后信号转换模块112将模拟信号转换成数字信号，处理器113接收转换后的数字信号，数据传输模块114负责将倾斜数据的数字信号传输到外界，根据传输方式的不同，数据传输模块114也可以不同。
无线监控***的工作原理：将微型倾斜传感器11埋设在工作地点，例如铁路沿线周边的山体边坡中等位置。时钟单元控制微型倾斜传感器11在预设的时间内醒来，进行测量并将数据通过无线通讯装置传输给信号采集装置12，再通过多个信号采集装置12将数据汇总传输到后台服务器2，工作人员在后台服务器2上对数据进行处理即可了解到各处的上体边坡倾斜情况，通过数据对比即可判断山体边坡是否存在滑坡的可能性。
当需要对微型倾斜传感器11的工作间隔进行修改时，后台服务器2在微型倾斜传感器11开启工作时，通过信号采集装置12向微型倾斜传感器11发送修改指令，微型倾斜传感器11接受到修改指令后改动时钟单元的相应设定。
综上所述，本发明通过倾角传感芯片进行倾斜测量，避免了复杂的操作和精度低的问题，并且通过无线的方式连接微型倾斜传感器和信号采集装置，避免了有线连接方式容易被破坏的问题。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1. 一种用于土木工程的微型倾斜传感器，其特征在于，所述微型倾斜传感器包括：
   倾角传感芯片，用以产生倾斜数据的模拟信号；
   信号转换模块，连接所述倾角传感芯片，用以将所述倾角传感芯片的倾斜数据的模拟信号转换成数字信号；
    处理器，所述处理器连接所述信号转换模块，用以接收处理所述信号转换模块转换成的数字信号，对接收到的所述数字信号进行处理，所述处理器包括处理器本体和时钟单元；
    数据传输模块，所述数据传输模块连接所述处理器，用以从处理器中接收处理过的数字信号并将所述数字信号传输给外界；
电池，所述电池用以给所述倾角传感芯片、信号转换模块、处理器和数据传输模块提供电力；
其中，所述时钟单元由所述电池持续供电，所述时钟单元控制所述电池以设定时间间隔交替开启或关闭对所述倾角传感芯片、信号转换模块、处理器本体和数据传输模块的电力供应。
2. 根据权利要求1所述的用于土木工程的微型倾斜传感器，其特征在于，所述信号转换模块为16为ADC数模转换器。
3. 根据权利要求1所述的用于土木工程的微型倾斜传感器，其特征在于，所述数据传输模块为RS485接口。
4. 根据权利要求1所述的用于土木工程的微型倾斜传感器，其特征在于，所述微型倾斜传感器还包括无线通讯模块，用以向外界发送信息或者从外界接受指令。
5. 根据权利要求4所述的用于土木工程的微型倾斜传感器，其特征在于，所述无线通讯模块为434兆射频通讯模块。
6. 根据权利要求1所述的用于土木工程的微型倾斜传感器，其特征在于，所述倾角传感芯片为ADXL203芯片。
7. 一种用于土木工程的无线监控***，其特征在于，所述无线监控***包括至少一个微型倾斜传感器组件，所述微型倾斜传感器组件包括多个如权利要求1、2和4~6中任意一项所述的微型倾斜传感器和一信号采集装置，所述微型倾斜传感器与所述信号采集装置无线连接，所述信号采集装置通过有线供电，并用以接收所述微型倾斜传感器发送的信息以及向所述微型倾斜传感器发送指令。
8. 根据权利要求7所述的用于土木工程的无线监控***，其特征在于，所述无线监控***还包括一后台服务器，所述后台服务器用以接收所述信号采集装置发送的信息以及向所述信号采集装置发送指令。
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