CN101159092A - 振冲器无线自动记录系统 - Google Patents

Abstract

振冲器无线自动记录系统是由传感器无线采集装置、振冲器无线自动记录仪组成，采用无线网络通信，构成以振冲器无线自动记录仪为中心、传感器无线采集装置为终端的无线星形网络。传感器无线采集装置适用于电控和液压振冲器，可采集电流、流量、油压、深度和水压传感器信号，通过无线网络发送到振冲器无线自动记录仪进行显示和记录。该系统数据记录准确、实时性强、不用现场布线，提高了工作效率和工程质量。

Description

振冲器无线自动记录系统

技术领域

本发明涉及一种振冲器无线自动记录系统，适用于电控和液压振冲器，能够实时获取传感器信号，通过无线将数据发送至振冲器自动记录仪，显示并记录振冲施工过程中的关键指标数据，并打印施工报表和曲线，方便工程管理人员进行施工管理和决策。

背景技术

振冲器根据驱动方式不同分为电控振冲器和液压振冲器。其施工过程中质量控制关键指标包括深度、填料量、水压、电流或者油压、流量等。目前，施工过程中对上述指标的记录方式有两种：一种是依靠人工读取传感器仪表进行记录，准确性、实时性差，人力成本高，而且容易发生漏记、错记；另一种则采用串口通信方式，将传感器的信号采集后通过数据总线发送到监控计算机，进行显示和处理。这种方式避免了人工观测和记录的缺点，但由于施工现场各传感器之间布局分散、现场环境复杂，使得布线困难，移动不便。

发明内容

鉴于上述原因，本发明目的是提供一种振冲器无线自动记录系统，该系统采用无线网络进行通信，将传感器信号经过处理后，通过无线网络发送至振冲器无线自动记录仪，由自动记录仪进行显示和记录，为施工人员完成操作提供依据。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：振冲器无线自动记录系统由传感器无线采集装置、振冲器无线自动记录仪组成，其特征在于：采用无线网络通信，构成以振冲器无线自动记录仪为中心、传感器无线采集装置为终端的无线星形网络；

传感器无线采集装置由传感器、信号调理电路、无线模块和电源组成，为电控振冲器和液压振冲器通用，能够采集电流、流量、油压、水压传感器和增量式光电编码器信号；它们之间的连接关系是：电源为传感器、信号调理电路和无线模块供电，传感器信号经信号调理电路处理后，由无线模块进行采样和处理，并通过无线网络实时传递给自动记录仪，电源为外接电源或电池组；

振冲器无线自动记录仪由嵌入式计算机、显示屏、触摸屏、无线模块、天线、USB接口和电源组成；它们之间的连接关系是：电源为其它各部分供电；无线模块接收传感器无线采集装置信号，通过串口发送至嵌入式计算机进行运算和处理，将处理后得到的深度、电流、水压、工作时间等数据进行显示和记录；触摸屏和显示屏用来人机交互，完成输入和显示；USB接口用来拷贝自动记录仪中保存的数据文件；

传感器无线采集装置信号调理电路包括增量式编码器信号无线采集和倍频电路模块，电流互感器信号无线采集和调理电路模块，油压、水压或流量传感器信号无线采集与调理电路模块，它们之间的连接关系是：

①增量式编码器信号无线采集和倍频电路模块由电阻、电容、光电耦合器、非门、与非门、D触发器和无线模块组成，它们之间的连接关系是：增量式光电编码器信号A和B分别接U2的引脚1和3，U2的2脚、4脚和光电编码器GND引脚接+5V地，编码器VCC引脚和U2的6脚和8脚接+5V，U2的5脚和7脚分别通过R3和R4接+5V地，同时也接到U3的第3脚和第5脚，U3的4脚和1脚相连，6脚和9脚相连，U3的6脚与U4的2脚相连，U3的8脚与U4的10脚相连，R5和R6的一端接+5V地，另一端分别与U4的1 5脚和7脚相连，同时也与C1和C2相连，C1和C2的另一端则分别与U4的6脚和14脚相连，U4的1脚和9脚接+5V地，U4的5脚和13脚分别接U5的2脚和4脚，U3的2脚接U5的1脚和5脚，U5的3脚和6脚分别接无线模块U1的21脚和27脚；其中R1～R6的电阻值为550Ω～5kΩ，C1和C2的电容值为22～100pF；

②电流互感器信号无线采集和调理电路模块由电阻、电容、运算放大器、电位计和二极管组成，它们之间的连接关系是：电流互感器信号经过R12和R13分别与U6的3脚和U7的3脚相连，U6的3脚同时还接D1正极和R15的一端，R15的另一端接D2负极、D4负极、R17和R18，D1负极和D2的正极接到U6的6脚，U6的2脚通过R14接+5V地，U7的2脚接R16、R17和D3正极，R16的另一端接+5V地，D3负极和D4正极接U7的第6脚，R18另一端接R19、R23和U8的第2脚，R19另一端接VR1第2脚，VR1的第1脚和第3脚分别通过R21和R22接+12V和-12V，R23的另一端接U8的第6脚和R24，U8的第3脚通过R20接+5V地，R24的另一端接C3、R26和VR2第1脚，C3另一端接地，R26另一端接U9的2脚和C4，C4的另一端接U9第6脚、VR2第2脚、第3脚和无线模块U1的第39脚；其中R12～R26的电阻值为5kΩ～100kΩ，C3和C4的电容值为0.01～1μF，电位计VR1和VR2电阻值为20kΩ～100kΩ；

③水压、油压或流量传感器信号调理电路模块由电阻、电容、电位计和运算放大器组成，它们之间的连接关系是：当传感器信号为4-20mA电流信号时，将传感器信号接到R27和R28，R27另一端接+5V地，当传感器信号为0-10V电压信号时，将传感器信号接到R28，R28另一端接R29、R33和U10的第2脚，R29另一端接VR3到第2脚，VR3的第1脚和第3脚分别通过R31和R32接+12V和-12V，R33的另一端接U10第6脚和R34，U10的第3脚通过R30接+5V地，R34的另一端接C5、R36和VR4第1脚，C5另一端接+5V地，R36另一端接U11的2脚和C6，C6的另一端接U11第6脚、VR4第2脚、第3脚和无线模块U1的第1脚、第40脚或第41脚。其中R27的电阻值为250Ω，R28～R36的电阻值为5kΩ～100kΩ，C5和C6的电容值为0.01～1μF，电位计VR3和VR4电阻值为20kΩ～100kΩ。

振冲器无线自动记录仪的主要工作流程如下：

第一步，记录前准备，首先安装传感器无线采集装置，接通电源，然后将振冲器自动记录仪上电；

第二步，参数设置，包括设置施工桩号、设定深度、加密电流、留振时间等；

第三步，将振冲器移动到待施工桩位，将深度归零，开始工作，记录工作时间；

第四步，接收来自传感器无线采集装置发送来的数据，经过嵌入式计算机处理后，进行实时显示和存储；同时扫描键盘，判断是否有加密、造孔、清孔或加密指令按下；

第五步，当前桩号施工完毕，停止工作，统计施工时间、填料量；

如需继续进行下一个桩位施工，则重复上述步骤。

本发明的有益效果是传感器无线采集系统采集振冲施工过程中的技术指标数据，通过无线网络传输振冲器自动记录仪，通信距离不小于500米，数据记录准确、实时性强，避免了现场布线困难和设备移动不方便的缺陷，提高了工作效率和工程质量。

附图说明

图1振冲器无线自动记录系统网络组成图；

图2增量式光电编码器信号无线采集与倍频电路图；

图3电流互感器信号无线采集与调理电路图；

图4油压、流量或水压传感器信号无线采集与调理电路图；

图5振冲器无线自动记录仪组成及连接关系图；

图6振冲器无线自动记录仪工作流程图。

具体实施方式：

下面参照附图结合实例对本发明进行进一步说明。

振冲器无线自动记录系统由传感器无线采集装置、振冲器无线自动记录仪组成，采用无线网络通信，构成以自动记录仪为中心、传感器无线采集装置为终端的无线星形网络，其网络组成结构如图1所示。

传感器无线采集装置由传感器、信号调理电路、无线模块和电源组成，可适用于电控和液压振冲器，可实现对深度、电流、流量、油压、水压等信号的采集，其中对液压振冲器需要采集深度、油压、流量和水压传感器信号，对电控振冲器需要采集深度、电流和水压传感器信号。传感器无线采集装置各部分之间的连接关系是：电源为传感器、信号调理电路和无线模块供电，传感器信号经信号调理电路处理后，由无线模块进行采样和处理，并通过无线网络实时传递给自动记录仪，电源为外接电源或电池组；

本发明设计的传感器采集装置信号调理电路可分为增量式编码器信号无线采集和倍频电路模块、电流互感器信号无线采集和调理电路模块、油压、水压或流量传感器信号无线采集与调理电路模块组成，它们之间的连接关系是：

①增量式编码器信号无线采集和倍频电路模块由电阻、电容、光电耦合器、非门、与非门、D触发器和无线模块组成，它们之间的连接关系是：增量式光电编码器信号A和B分别接U2的引脚1和3，U2的2脚、4脚和光电编码器GND引脚接+5V地，编码器VCC引脚和U2的6脚和8脚接+5V，U2的5脚和7脚分别通过R3和R4接+5V地，同时也接到U3的第3脚和第5脚，U3的4脚和1脚相连，6脚和9脚相连，U3的6脚与U4的2脚相连，U3的8脚与U4的10脚相连，R5和R6的一端接+5V地，另一端分别与U4的15脚和7脚相连，同时也与C1和C2相连，C1和C2的另一端则分别与U4的6脚和14脚相连，U4的1脚和9脚接+5V地，U4的5脚和13脚分别接U5的2脚和4脚，U3的2脚接U5的1脚和5脚，U5的3脚和6脚分别接无线模块U1的21脚和27脚；其中R1～R6的电阻值为550Ω～5kΩ，C1和C2的电容值为22～100pF；

②电流互感器信号无线采集和调理电路模块由电阻、电容、运算放大器、电位计和二极管组成，它们之间的连接关系是：电流互感器信号经过R12和R13分别与U6的3脚和U7的3脚相连，U6的3脚同时还接D1正极和R15的一端，R15的另一端接D2负极、D4负极、R17和R18，D1负极和D2的正极接到U6的6脚，U6的2脚通过R14接+5V地，U7的2脚接R16、R17和D3正极，R16的另一端接+5V地，D3负极和D4正极接U7的第6脚，R18另一端接R19、R23和U8的第2脚，R19另一端接VR1第2脚，VR1的第1脚和第3脚分别通过R21和R22接+12V和-12V，R23的另一端接U8的第6脚和R24，U8的第3脚通过R20接+5V地，R24的另一端接C3、R26和VR2第1脚，C3另一端接地，R26另一端接U9的2脚和C4，C4的另一端接U9第6脚、VR2第2脚、第3脚和无线模块U1的第39脚；其中R12～R26的电阻值为5kΩ～100kΩ，C3和C4的电容值为0.01～1μF，电位计VR1和VR2电阻值为20kΩ～100kΩ；

③水压、油压或流量传感器信号调理电路模块由电阻、电容、电位计和运算放大器组成，它们之间的连接关系是：当传感器信号为4-20mA电流信号时，将传感器信号接到R27和R28，R27另一端接+5V地，当传感器信号为0-10V电压信号时，将传感器信号接到R28，R28另一端接R29、R33和U10的第2脚，R29另一端接VR3到第2脚，VR3的第1脚和第3脚分别通过R31和R32接+12V和-12V，R33的另一端接U10第6脚和R34，U10的第3脚通过R30接+5V地，R34的另一端接C5、R36和VR4第1脚，C5另一端接+5V地，R36另一端接U11的2脚和C6，C6的另一端接U11第6脚、VR4第2脚、第3脚和无线模块U1的第1脚、第40脚或第41脚。其中R27的电阻值为250Ω，R28～R36的电阻值为5kΩ～100kΩ，C5和C6的电容值为0.01～1μF，电位计VR3和VR4电阻值为20kΩ～100kΩ.

传感器无线采集系统供电采用7.4V、19Ah可充锂电池组，经稳压电路后，给传感器、处理电路和无线模块提供电源。电池电量充满一次可持续工作120小时以上；无线模块同时还监测电池电压，当电池电压低于6.5V时，向自动记录仪发出报警提示信号请求电池充电。另外，还预留了外接电源口，可以接入6.5～30V/0.2A的各种直流供电电源。

振冲器自动记录仪包括嵌入式计算机、无线模块、天线、显示屏、触摸屏、Flash芯片、USB接口及电源组成，如图5所示。其中无线块完成与各个传感器采集装置无线模块通信，无线模块通过串口与嵌入式计算机连接。自动记录仪通过显示屏和触摸屏进行人机交互，进行施工过程选择、参数设定、数据浏览、保存等操作；Flash芯片用来存放嵌入式计算机程序和数据文件；自动记录仪中所保存的数据文件可以通过USB接口拷贝。自动记录仪电源为直流稳压电源，输入为交流220V/50Hz，输出+5V/2A，为记录仪中的各个电路提供电源。为方便携带，振冲器无线自动记录仪预留直流电源供电接口，可用吊车用24V或12V电源供电，也可用6.5～30V电池供电。

如图6所示，振冲器无线自动记录仪的主要工作流程如下：

第一步，记录前准备，首先安装传感器无线采集装置，接通电源，然后将振冲器自动记录仪上电；

第二步，参数设置，包括设置施工桩号、设定深度、加密电流、留振时间等；

第三步，将振冲器移动到施工桩位，将深度清零，开始工作，记录工作时间；

第四步，接收来自传感器无线采集装置发送来的数据，经过嵌入式计算机处理后，进行实时显示和存储；同时扫描键盘，判断是否有加密、造孔、清孔或加密指令按下；

第五步，当前桩号施工完毕，停止工作，统计施工时间、填料量；

如需继续进行下一个桩位施工，则重复上述步骤。

Claims (3)

1.振冲器无线自动记录系统，由传感器无线采集装置、振冲器无线自动记录仪组成，其特征在于：采用无线网络通信，构成以自动记录仪为中心、传感器无线采集装置为终端的无线星形网络；

所述传感器无线采集装置由传感器、信号调理电路、无线模块和电源组成，为电控振冲器和液压振冲器通用，能够采集电流、流量、油压、水压传感器和增量式光电编码器信号；其特征在于：电源为传感器、信号调理电路和无线模块供电，传感器信号经信号调理电路处理后，由无线模块进行采样和处理，并通过无线网络实时传递给自动记录仪，电源为外接电源或电池组；

所述振冲器无线自动记录仪由嵌入式计算机、显示屏、触摸屏、无线模块、天线、USB接口和电源组成；其特征在于：电源为其它各部分供电；无线模块接收传感器无线采集装置信号，通过串口发送至嵌入式计算机进行运算和处理，将处理后得到的深度、电流、水压和工作时间等数据进行显示和记录；触摸屏和显示屏用来人机交互，完成输入和显示；USB接口用来拷贝自动记录仪中保存的数据文件。

2.根据权利要求1所述的传感器采集装置信号调理电路，包括增量式编码器信号无线采集和倍频电路模块，电流互感器信号无线采集和调理电路模块，水压、油压或流量传感器信号无线采集和调理电路模块，其特征是：

增量式编码器信号无线采集和倍频电路模块由电阻、电容、光电耦合器、非门、与非门、D触发器和无线模块组成，其特征在于：增量式光电编码器信号A和B分别接U2的引脚1和3，U2的2脚、4脚和光电编码器GND引脚接+5V地，编码器VCC引脚和U2的6脚和8脚接+5V，U2的5脚和7脚分别通过R3和R4接+5V地，同时也接到U3的第3脚和第5脚，U3的4脚和1脚相连，6脚和9脚相连，U3的6脚与U4的2脚相连，U3的8脚与U4的10脚相连，R5和R6的一端接+5V地，另一端分别与U4的15脚和7脚相连，同时也与C1和C2相连，C1和C2的另一端则分别与U4的6脚和14脚相连，U4的1脚和9脚接+5V地，U4的5脚和13脚分别接U5的2脚和4脚，U3的2脚接U5的1脚和5脚，U5的3脚和6脚分别接无线模块U1的21脚和27脚；其中R1～R6的电阻值为550Ω～5kΩ，C1和C2的电容值为22～100pF；

电流互感器信号无线采集和调理电路模块由电阻、电容、运算放大器、电位计和二极管组成，其特征在于：电流互感器信号经过R12和R13分别与U6的3脚和U7的3脚相连，U6的3脚同时还接D1正极和R15的一端，R15的另一端接D2负极、D4负极、R17和R18，D1负极和D2的正极接到U6的6脚，U6的2脚通过R14接+5V地，U7的2脚接R16、R17和D3正极，R16的另一端接+5V地，D3负极和D4正极接U7的第6脚，R18另一端接R19、R23和U8的第2脚，R19另一端接VR1第2脚，VR1的第1脚和第3脚分别通过R21和R22接+12V和-12V，R23的另一端接U8的第6脚和R24，U8的第3脚通过R20接+5V地，R24的另一端接C3、R26和VR2第1脚，C3另一端接地，R26另一端接U9的2脚和C4，C4的另一端接U9第6脚、VR2第2脚、第3脚和无线模块U1的第39脚；其中R12～R26的电阻值为5kΩ～100kΩ，C3和C4的电容值为0.01～1μF，电位计VR1和VR2电阻值为20kΩ～100kΩ；

水压、油压或流量传感器信号调理电路模块由电阻、电容、电位计和运算放大器组成，其特征在于：当传感器信号为4-20mA电流信号时，将传感器信号接到R27和R28，R27另一端接+5V地，当传感器信号为0-10V电压信号时，将传感器信号接到R28，R28另一端接R29、R33和U10的第2脚，R29另一端接VR3到第2脚，VR3的第1脚和第3脚分别通过R31和R32接+12V和-12V，R33的另一端接U10第6脚和R34，U10的第3脚通过R30接+5V地，R34的另一端接C5、R36和VR4第1脚，C5另一端接+5V地，R36另一端接U11的2脚和C6，C6的另一端接U11第6脚、VR4第2脚、第3脚和无线模块U1的第1脚、第40脚或第41脚；其中R27的电阻值为250Ω，R28～R36的电阻值为5kΩ～100kΩ，C5和C6的电容值为0.01～1μF，电位计VR3和VR4电阻值为20kΩ～100kΩ。

3.振冲器无线自动记录仪的主要工作流程，其特征在于：

第一步，记录前准备，首先安装传感器无线采集装置，接通电源，然后将振冲器自动记录仪上电；

第二步，参数设置，包括设置施工桩号、设定深度、加密电流、留振时间等；

第三步，将振冲器移动到施工桩位，将深度归零，开始工作，记录工作时间；

第四步，无线模块接收来自传感器无线采集装置发送来的数据，经过嵌入式计算机处理后，进行实时显示和存储；同时扫描键盘，判断是否有加密、造孔、清孔或加密指令按下；

第五步，当前桩号施工完毕，停止工作，统计施工时间、填料量；

如需继续进行下一个桩位施工，则重复上述步骤。

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