CN104729478A - 基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪及其测量方法，该倾角仪包括用于测量立柱垂直度的倾角测量装置、无线传输人机界面装置以及位置校正装置，所述倾角测量装置与无线传输人机界面装置之间无线通信连接，所述倾角测量装置通过位置校正装置安装于立柱上，所述倾角测量装置包括单片机、倾角传感器、激光发射器、以及倾角仪无线传输设备，所述单片机分别与倾角传感器、激光发射器、以及倾角仪无线传输设备连接，所述激光发射器的激光发射方向与所述倾角传感器的测量基准线平行。本发明的测量准确度高、温度稳定性好、显示直观、无需布线、可无线传输，操作方便、施工工效高，并可实现项目部对立柱现场调垂精度的远程实时监控。

Description

基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪及其测量方法

技术领域

本发明涉及地基工程领域，尤其涉及一种基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪及其测量方法。

背景技术

目前，传统立柱调垂倾角仪的精度一般可达1/500左右。但是，随着超深基坑的不断涌现，对垂直度精度的要求越来越高。因为立柱的垂直度越高，不仅其受力越良好，而且可以减小由于考虑施工偏差确定的立柱桩的尺寸。另外，传统立柱调垂倾角仪通过数据线与激光定位测量装置连接，易受到现场施工环境的影响，工人操作不便，施工效率低。此外，项目管理人员无法实现对每根立柱垂直度的远程实时监控，立柱的垂直度控制质量易受现场操作人员水平影响。

因此，如何提供一种测量准确度高、温度稳定性好、显示直观、无需布线、可无线传输，操作方便、施工工效高，可实现项目管理人员对立柱现场调垂精度的远程实时监控的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪及其测量方法，已成为建筑施工界需进一步完善优化的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪及其测量方法，测量准确度高、温度稳定性好、显示直观、无需布线、可无线传输，操作方便、施工工效高，并可实现项目管理人员对立柱现场调垂精度的远程实时监控。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，包括用于测量立柱垂直度的倾角测量装置、无线传输人机界面装置以及位置校正装置，所述倾角测量装置与无线传输人机界面装置之间无线通信连接，所述倾角测量装置通过所述位置校正装置安装于所述立柱上，所述倾角测量装置包括单片机、倾角传感器、激光发射器、以及倾角仪无线传输设备，所述单片机分别与倾角传感器、激光发射器、以及倾角仪无线传输设备连接，所述激光发射器的激光发射方向与所述倾角传感器的测量基准线平行。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述位置校正装置利用机械与激光相结合的原理，调整倾角测量装置的位置，使得激光发射方向与立柱平行。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述位置校正装置包括一光靶、倾角测量装置安装基板以及光靶安装基板，所述倾角测量装置安装基板与所述光靶安装基板均为弯成直角的金属板，具有两个相互垂直的直角面，其中一个直角面分别通过一组调整螺钉固定于立柱上，另一直角面分别通过另一组调整螺钉固定倾角测量装置或光靶，所述光靶为一带二维刻度的平板。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述倾角测量装置还包括倾角仪电源管理设备以及电池，所述倾角仪电源管理设备分别与所述单片机及电池连接。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述无线传输人机界面装置包括便携式触摸屏、PC客户端和智能手机客户端中的一种或任意几种。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述单片机包括激光控制单元、倾角传感器芯片数据读取与转换单元、温度补偿单元、倾角计算单元、以及无线传输单元。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述倾角测量装置与无线传输人机界面装置之间无线通信采用Zigbee无线通信协议。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述触摸屏采用STM32F107控制器。

一种如上所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法，包括如下步骤：

步骤一，立柱吊装前水平放置，将倾角仪位置校正装置安装于立柱上；

步骤二，将倾角测量装置安装于倾角仪位置校正装置上，校正使激光发射器的激光发射方向与立柱母线平行，完成倾角测量装置的定位，在无线传输人机界面装置上设置需达到的精度；

步骤三，在立柱下放过程中，倾角测量装置进行实时测量，并将测量数据无线传输至无线传输人机界面装置，所述无线传输人机界面装置包括便携式触摸屏、PC客户端及智能手机客户端；

步骤四，现场操作人员依据便携式触摸屏显示的实时测量数据调整立柱的垂直度，当便携式触摸屏的显示屏绿灯显示，说明立柱的垂直度已满足要求；

步骤五，现场管理人员依据PC客户端和/或智能手机客户端显示的实时测量数据进行现场或者远程监控。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法中，所述无线传输人机界面装置具有数据分析功能单元，用于将每根立柱的垂直度最终结果进行统计，自动生成立柱垂直度控制数据汇总表。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法中，在所述步骤一中，将倾角测量装置安装基板与光靶安装基板的一个直角面分别通过一组调整螺钉安装于所述立柱的两端，将所述光靶通过另一组调整螺钉安装于所述光靶安装基板的另一个直角面上；在步骤二中，将倾角测量装置通过另一组调整螺钉安装于倾角测量装置安装基板的另一个直角面上。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法中，所述步骤三中，所述倾角测量装置进行实时测量包括如下步骤：上电、变量初始化、开启激光、AD转换、获取温度值、计算零点温补、计算倾角、以及发送倾角数据。

由以上公开的技术方案可知，相比传统立柱调垂倾角仪，本发明的有益效果如下：

1.本发明结合了激光技术、传感器技术、计算机技术以及无线通信技术，形成了一套完整的激光定位、无线传输的垂直度实时智能监控***。

2.本发明采用倾角传感器作为测量设备，精度可达到1/1000以上，具有高精度和高分辨率的优点，显著提高了立柱垂直度测量的精度。

3.本发明通过使用便携式触摸屏、PC客户端和智能手机客户端等多种形式的无线传输人机界面装置能够实现远程实时监控。

4.本发明采用全新设计的位置校正装置，安装调试方便，结构牢固，可在恶劣条件下工作。

附图说明

图1为本发明一实施例的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的结构示意图；

图2为本发明一实施例中倾角测量装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例中倾角测量装置的运行流程示意图；

图4为本发明一实施例中便携式触摸屏的人机界面示意图；

图5为本发明一实施例中PC客户端的人机界面示意图。

图6为本发明一实施例中智能手机客户端的人机界面示意图。

图中：1-立柱、2-倾角测量装置、21-单片机、22-倾角传感器、23-激光发射器、24-倾角仪无线传输设备、25-倾角仪电源管理设备、26-电池、3-光靶。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

结合图1至图6，本实施例公开了一种基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，包括用于测量立柱1垂直度的倾角测量装置2、无线传输人机界面装置以及位置校正装置，所述倾角测量装置2与无线传输人机界面装置之间无线通信连接，所述倾角测量装置2通过所述位置校正装置安装于所述立柱1上，所述倾角测量装置2包括单片机21、倾角传感器22、激光发射器23、以及倾角仪无线传输设备24，所述单片机21分别与倾角传感器22、激光发射器23、以及倾角仪无线传输设备24连接，所述激光发射器23的激光发射方向与所述倾角传感器22的测量基准线(即倾角传感器的Z轴)平行。通过结合激光技术、传感器技术、计算机技术以及无线通信技术，形成了一套完整的激光定位、无线传输的垂直度实时智能监控***。采用倾角传感器22作为测量设备，精度可达到1/1000以上，具有高精度和高分辨率的优点，显著提高了立柱1垂直度测量的精度。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述位置校正装置利用机械与激光相结合的原理，调整倾角测量装置2的位置，使得激光发射方向与立柱1平行。所述位置校正装置包括一光靶3、倾角测量装置安装基板以及光靶安装基板，所述倾角测量装置安装基板与所述光靶安装基板均为弯成直角的金属板，具有两个相互垂直的直角面，其中一个直角面分别通过一组调整螺钉固定于立柱1上，另一直角面分别通过另一组调整螺钉固定倾角测量装置2或光靶3，所述光靶3为一带二维刻度的平板。采用全新设计的位置校正装置，安装调试方便，结构牢固，可在恶劣条件下工作。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述倾角测量装置2还包括倾角仪电源管理设备25以及电池26，所述倾角仪电源管理设备25分别与所述单片机21及电池26连接。所述电池26可以实现整个倾角测量装置2的供电，所述倾角仪电源管理设备25可以管理电池26的开、关以及电量管理。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述无线传输人机界面装置包括便携式触摸屏、PC客户端和智能手机客户端中的一种或任意几种。通过使用便携式触摸屏、PC客户端和智能手机客户端等多种形式的无线传输人机界面装置能够实现远程实时监控。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述单片机21包括激光控制单元、倾角传感器芯片数据读取与转换单元、温度补偿单元、倾角计算单元、以及无线传输单元。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述倾角测量装置3与无线传输人机界面装置之间无线通信采用Zigbee无线通信协议。Zigbee工作在2.4G免费频段，具有设备功耗低、网络容量大、传输距离远(1～1000m)、数据安全性高以及组网方便等特点，可由软件控制激光的打开和关闭。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪中，所述触摸屏采用STM32F107控制器。

一种如上所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法，包括如下步骤：

步骤一，立柱1吊装前水平放置，将倾角仪位置校正装置安装于立柱1上；

步骤二，将倾角测量装置2安装于倾角仪位置校正装置上，校正使激光发射器23的激光发射方向与立柱1母线平行，完成倾角测量装置2的定位，在无线传输人机界面装置上设置需达到的精度；

步骤三，在立柱1下放过程中，倾角测量装置2进行实时测量，并将测量数据无线传输至无线传输人机界面装置，所述无线传输人机界面装置包括便携式触摸屏、PC客户端及智能手机客户端；

步骤四，现场操作人员依据便携式触摸屏显示的实时测量数据调整立柱1的垂直度，当便携式触摸屏的显示屏绿灯显示，说明立柱1的垂直度已满足要求；

步骤五，现场管理人员依据PC客户端和/或智能手机客户端显示的实时测量数据进行现场或者远程监控。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法中，所述无线传输人机界面装置具有数据分析功能单元，用于将每根立柱1的垂直度最终结果进行统计，自动生成立柱1垂直度控制数据汇总表。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法中，在所述步骤一中，将倾角测量装置安装基板与光靶安装基板的一个直角面分别通过一组调整螺钉安装于所述立柱1的两端，将所述光靶3通过另一组调整螺钉安装于所述光靶安装基板的另一个直角面上；在步骤二中，将倾角测量装置2通过另一组调整螺钉安装于倾角测量装置安装基板的另一个直角面上。

优选的，在上述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法中，所述步骤三中，所述倾角测量装置2进行实时测量包括如下步骤：上电、变量初始化、开启激光、AD转换、获取温度值、计算零点温补、计算倾角、以及发送倾角数据。

由以上公开的技术方案可知，相比传统立柱调垂倾角仪，本发明的有益效果如下：

1.本发明结合了激光技术、传感器技术、计算机技术以及无线通信技术，形成了一套完整的激光定位、无线传输的垂直度实时智能监控***。

2.本发明采用倾角传感器作为测量设备，精度可达到1/1000以上，具有高精度和高分辨率的优点，显著提高了立柱垂直度测量的精度。

3.本发明使用了完善的温度补偿算法，大幅度提高了温度稳定性，在环境温度产生较大变化的情况下，仪表仍能保持高精度输出。

4.本发明通过使用便携式触摸屏、PC客户端和智能手机客户端等多种形式的无线传输人机界面装置能够实现远程实时监控。

5.本发明采用全新设计的位置校正装置，安装调试方便，结构牢固，可在恶劣条件下工作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，其特征在于，包括用于测量立柱垂直度的倾角测量装置、无线传输人机界面装置以及位置校正装置，所述倾角测量装置与无线传输人机界面装置之间无线通信连接，所述倾角测量装置通过所述位置校正装置安装于所述立柱上，所述倾角测量装置包括单片机、倾角传感器、激光发射器、以及倾角仪无线传输设备，所述单片机分别与倾角传感器、激光发射器、以及倾角仪无线传输设备连接，所述激光发射器的激光发射方向与所述倾角传感器的测量基准线平行。

2.如权利要求1所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，其特征在于，所述位置校正装置利用机械与激光相结合的原理，调整倾角测量装置的位置，使得激光发射方向与立柱平行。

3.如权利要求2所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，其特征在于，所述位置校正装置包括一光靶、倾角测量装置安装基板以及光靶安装基板，所述倾角测量装置安装基板与所述光靶安装基板均为弯成直角的金属板，具有两个相互垂直的直角面，其中一个直角面分别通过一组调整螺钉固定于立柱上，另一直角面分别通过另一组调整螺钉固定倾角测量装置或光靶，所述光靶为一带二维刻度的平板。

4.如权利要求1所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，其特征在于，所述倾角测量装置还包括倾角仪电源管理设备以及电池，所述倾角仪电源管理设备分别与所述单片机及电池连接。

5.如权利要求1所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，其特征在于，所述无线传输人机界面装置包括便携式触摸屏、PC客户端和智能手机客户端中的一种或任意几种。

6.如权利要求1所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，其特征在于，所述单片机包括激光控制单元、倾角传感器芯片数据读取与转换单元、温度补偿单元、倾角计算单元、以及无线传输单元。

7.如权利要求1所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，其特征在于，所述倾角测量装置与无线传输人机界面装置之间无线通信采用Zi gbee无线通信协议。

8.如权利要求7所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪，其特征在于，所述触摸屏采用STM32F107控制器。

9.一种如权利要求1-8中任意一项所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，立柱吊装前水平放置，将倾角仪位置校正装置安装于立柱上；

步骤二，将倾角测量装置安装于倾角仪位置校正装置上，校正使激光发射器的激光发射方向与立柱母线平行，完成倾角测量装置的定位，在无线传输人机界面装置上设置需达到的精度；

步骤三，在立柱下放过程中，倾角测量装置进行实时测量，并将测量数据无线传输至无线传输人机界面装置，所述无线传输人机界面装置包括便携式触摸屏、PC客户端及智能手机客户端；

步骤四，现场操作人员依据便携式触摸屏显示的实时测量数据调整立柱的垂直度，当便携式触摸屏的显示屏绿灯显示，说明立柱的垂直度已满足要求；

步骤五，现场管理人员依据PC客户端和/或智能手机客户端显示的实时测量数据进行现场或者远程监控。

10.如权利要求9所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法，其特征在于，所述无线传输人机界面装置具有数据分析功能单元，用于将每根立柱的垂直度最终结果进行统计，自动生成立柱垂直度控制数据汇总表。

11.如权利要求9所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法，其特征在于，在所述步骤一中，将倾角测量装置安装基板与光靶安装基板的一个直角面分别通过一组调整螺钉安装于所述立柱的两端，将所述光靶通过另一组调整螺钉安装于所述光靶安装基板的另一个直角面上；在步骤二中，将倾角测量装置通过另一组调整螺钉安装于倾角测量装置安装基板的另一个直角面上。

12.如权利要求9所述的基于物联网的高精度无线智能建筑用倾角仪的测量方法，其特征在于，所述步骤三中，所述倾角测量装置进行实时测量包括如下步骤：上电、变量初始化、开启激光、AD转换、获取温度值、计算零点温补、计算倾角、以及发送倾角数据。