*CN202329690U*
(10)授权公告号 CN 202329690 U(45)授权公告日 2012.07.11
(12)实用新型专利
(21)申请号 201120483528.0(22)申请日 2011.11.29
(73)专利权人长沙同盛电子科技有限公司
地址410005 湖南省长沙市开福区水韵花都
C栋二单元2508房
专利权人广州市吉华岩土检测有限公司(72)发明人李恩民 彭炎华 何俊俊 张伟(51)Int.Cl.
G01D 21/02(2006.01)G01B 7/16(2006.01)G08C 17/02(2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页权利要求书1页 说明书3页 附图3页
(54)实用新型名称
基于传感器网络的高智能工程监测系统装置(57)摘要
基于传感器网络的高智能工程监测系统装置，包括用于采集数据的传感器单元、无线传输单元和测量监控主机，所述传感器单元包括分布于各待测点的传感器节点，该传感器节点内部设置传感器模块，所述传感器模块包括应变片桥式电路和单片机，其中应变片桥式电路的输出端通过模数转换器接入单片机的信号输入端，单片机连接有存储芯片以及温度芯片，可以同时检测该测点的温度以及存储数据。本实用新型提供的基于传感器网络的高智能工程监测系统装置，传感器节点分布广泛能够实时或长期获取被测对象的物理量包括应变、应力、压力、荷载、沉降、倾斜度等数据。CN 202329690 UCN 202329690 U
权 利 要 求 书
1/1页
1.基于传感器网络的高智能工程监测系统装置，包括用于采集数据的传感器单元、无线传输单元和测量监控主机，所述传感器单元的输出端接入所述无线传输单元的信号输入端，所述无线传输单元的输出端连接所述测量监控主机，其特征在于：所述传感器单元包括分布于各待测点的传感器节点，该传感器节点内部设置传感器模块，所述传感器模块包括应变片桥式电路和单片机，其中应变片桥式电路的输出端通过模数转换器接入单片机的信号输入端，单片机连接有存储芯片以及温度芯片，可以同时检测该测点的温度以及存储数据。
2.根据权利要求1所述的基于传感器网络的高智能工程监测系统装置，其特征在于：无线传输单元内部包括西门子TC35模块。
3.根据权利要求1所述的基于传感器网络的高智能工程监测系统装置，其特征在于：所述单片机设置有RS232通讯接口。
2
CN 202329690 U
说 明 书
基于传感器网络的高智能工程监测系统装置
1/3页
技术领域
[0001]
本实用新型涉及测量控制系统，具体为一种基于传感器网络的高智能工程监测系
统装置。背景技术
在工业生产中，随着生产过程自动化的发展，采集的数据越来越多，需要使用大
量传感器和计算机。特别是需要智能传感器，伴随着网络的快速发展，也出现了传感器网络。目前，具有Internet/Intranet功能的网络化传感器技术已经不再停留在论证阶段或实验室阶段，越来越多成本低廉具备Internet/Intranet网络化功能的传感器/执行器涌向市场，正在并且将要更多更广泛地影响人类生活。包括Siemens/Infiineon、Philips、Motoroal在内的数十家大公司联合成立了“嵌入式Internet联盟（ETI）”，共同推动着嵌入式Internet技术和市场的发展。以IP为技术核心的因特网渗透到人类生活的方方面面，无数因特网的节点（如只有Internet/Intranet功能的网络化传感器）正在发挥着神经细胞的功能，它将使地球披上一层“电子皮肤”，地球正是用因特网在支持和传递着它的“感觉”，无处不在的传感器网络（包括气象参数传感器、水土分析传感器、污染检测器、电子眼、电子鼻、葡萄糖传感器和脑电图仪等等）探测和监视着我们的城市、大气、船只、车流和我们人类自己。具有Internet/Intranet功能的网络化智能传感器的实质是在智能传感器的基础上实现网络化和信息化，其核心是使传感器本身实现TCP/IP网络通信协议。随着电子和信息技术的高速发展，通过软件方式或硬件方式将TCP/IP协议嵌入到智能传感器已成为可能，目前已有一些具备互联网功能的测试仪器出现。不管是以软件方式实现具有Internet/Intranet功能的网络化智能传感器（即将TCP/IP协议嵌入到ROM中），还是以硬件方式实现（即直接使用TCP/IP芯片），都应要求所研制的具有Internet/Intranet功能的网络化智能传感器具有高可靠性、低功耗、低成本和微体积等特点，关键是网络接口的实现，即如何把TCP/IP协议与一般的智能传感器融合在一起。把TCP/IP以软件方式嵌入到ROM中是一种方法。另外，目前已有TCP/IP芯片(如美国Seikolnstruments公司生产的iehips76o0A芯片)可直接用作网络接口”。目前的趋势是将现场总线与以太网的融合。许多厂家的做法是在其现场总线的基础上引入以太网技术。使现场总线技术具有采用标准以太网连线、使用标准以太网连接设备、采用IEEE802.3物理层和数据链路层网络协议标准及TCP/IP协议组等特点文献。[0003] 而在公路、桥梁、隧道、大坝、铁路、建筑等工程设计中的勘察设计、施工、验收、运行等过程中，需要在各勘测点采集多组数据，因此需要设计一种测量控制系统，其观测范围广，并实时或长期获取被测对象的物理量包括应变、应力、压力、荷载、沉降、倾斜度等数据，实现工程建设的在线实时监控。
[0002]
发明内容
[0004]
本实用新型所解决的技术问题在于提供一种基于传感器网络的高智能工程监测
3
CN 202329690 U
说 明 书
2/3页
系统装置，其结构简单，使用方便，从而解决上述背景技术中的问题。[0005] 本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：[0006] 基于传感器网络的高智能工程监测系统装置，包括用于采集数据的传感器单元、无线传输单元和测量监控主机，所述传感器单元的输出端接入所述无线传输单元的信号输入端，所述无线传输单元的输出端连接所述测量监控主机，其特征在于，所述传感器单元包括分布于各待测点的传感器节点，该传感器节点内部设置传感器模块，所述传感器模块包括应变片桥式电路和单片机，其中应变片桥式电路的输出端通过模数转换器接入单片机的信号输入端，单片机连接有存储芯片以及温度芯片，可以同时检测该测点的温度以及存储数据。
[0007] 作为一种改进，无线传输单元内部包括西门子的TC35模块，该模块运行稳定，且该模块有休眠功能，可以在野外恶劣环境下节省电量。无线传输单元还包括：温度采集电路、存储电路、防雷电路、输入输出电路和时钟同步电路等外围电路。[0008] 作为一种改进，所述单片机设置有RS-232通讯接口，该RS-232通讯接口与TC35模块建立物理连接，采用AT命令通过短消息的形式实现数据的传送。[0009] 由于采用了以上结构，本实用新型具有以下有益效果：
[0010] 本实用新型提供的基于传感器网络的高智能工程监测系统装置，传感器节点分布广泛能够实时或长期获取被测对象的物理量包括应变、应力、压力、荷载、沉降、倾斜度等数据。附图说明
[0011] [0012] [0013] [0014] [0015]
图1为本实用新型组成结构示意图；图2为应变片桥式电路结构示意图；
图3为传感器模块中应变片安装结构示意图；图4为传感器模块的工作原理示意图；图5为TC35模块工作原理示意图。
具体实施方式
[0016] 为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。[0017] 参见图1，基于分布式智能传感器的测量控制系统，包括用于采集数据的传感器单元1、无线传输单元2和测量监控主机3，所述传感器单元1的输出端接入所述无线传输单元2的信号输入端，所述无线传输单元2的输出端连接所述测量监控主机3，其特征在于，所述传感器单元1包括分布于各待测点的传感器节点，该传感器节点内部设置传感器模块4，所述传感器模块4包括应变片桥式电路5和单片机6，其中应变片桥式电路5的输出端通过模数转换器7接入单片机6的信号输入端，单片机6连接有存储芯片8以及温度芯片9，可以同时检测该测点的温度以及存储数据，无线传输单元2内部包括西门子的TC35模块，该模块运行稳定，且该模块有休眠功能，可以在野外恶劣环境下节省电量，无线传输单元2还包括：温度采集电路、存储电路、防雷电路、输入输出电路和时钟同步电路等外围电路，所述
采单片机6设置有RS232通讯接口10，该RS-232通讯接口10与TC35模块建立物理连接，
4
CN 202329690 U
说 明 书
3/3页
用AT命令通过短消息的形式实现数据的传送。[0018] 图2为应变片桥式电路结构示意图，号采集单元电路中半桥结构，其中R1、R2为应变片，而R3、R4为标准电阻。
[0019] 当电桥的四个桥臂的电阻值满足：
[0020] [0021]
这一关系时，电桥平衡，即B、D间没有电压。当其中某一电阻发生变化时，电桥失
去平衡，从而B、D间有电压UBD 。根据UBD的大小可以计算相应的电阻变化量以及相应的线应变大小。电压的变化UBD大小与钢材的形变量有一定的线性关系。通过对传感器模块进行基本配置以及设定其相应参数，且把标定表存储于传感器模块内，传感器模块每次读取到电压UBD，传感器模块的MCU再根据标定表计算出被测钢铁测点的微应变量，从而可以测量出被测钢铁测点的所受的力，或者是所受的压强也可为直接测微应变。[0022] 图3为传感器模块中应变片安装结构示意图；补偿片R3、R4位于弹性体的非应变区域，而应变片位丁弹性体的应变区域，因此，当应变片因受力关系而发生形变时，R1和R2随着测点形变而使得电阻发生相应变化，R3和R4变化很小，导致出现UBD发生变化。实际中R3、 R4温度补偿片是贴在与被测构件材料相同但不受力的试件上的应变片，该应变片充当温度补偿电阻用。在测量过程中，补偿片应放置在被测点附近，以保证当环境温度改变时，测量片和补偿片的电阻Rl和R2为将发生相同的变化而不至于影响电桥的平衡。[0023] 图4为传感器模块的工作原理示意图；应变片采集的电压接入到电路中，双极性信号加到单电源模数转换器AD623上，而输入单源电压，AD623 可以去除共模电压并且对输入有用信号放大100 倍。信号再通过AD0的模数转换，通过IIC通信协议与单片机通信将应变电压输入单片机，温度计也通过单片机的一个I/0输入。当单片机采集到应变电压，单片机可以存储芯片上读取标定表，从而计算出形变量。在应变片上的的IN-输入端有接入一个电子电位器,调整其电阻，从而达到调整电桥平衡的效果，保证初始读取电压为零，调零作用。温度计芯片主要提供温度，对监测点上多一个分析的数据。通过监控主机与信号采集单元通信，把标定表给存储在模块的存储芯片呢，每次读取到电压UBD模块的MCU再根据标定计算出钢铁的微应变。从而可以测量出钢材所受的力，或者是所受的压强或者直接测微应变。
[0024] 图5为TC35模块工作原理示意图，TC35i的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRs232接口标准。它有固定的参数:8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bPs-115kbPs之间可选，硬件握手信号用RTSO/CTSO，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。
[0025] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
5
CN 202329690 U
说 明 书 附 图
1/3页
图1
6
CN 202329690 U
说 明 书 附 图
图2
图3
7
2/3页
CN 202329690 U
说 明 书 附 图
3/3页
图4
图5
8
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容