CN103941710B - 数字化灌浆记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明适用于灌浆数据监测技术领域，提供一种新型数字化灌浆记录仪及灌浆监测系统，所述数字化灌浆记录仪包括主机、数字式密度传感器、数字式压力传感器、数字式流量传感器、数字式抬动传感器。所述主机中内置有显控单元以及与所述显控单元连接的集中器模块，所述集中器模块至少有一个，每个集中器模块连接有一个数字式传感器。本发明技术方案中，整个记录仪中传输的都是数字加密信号，不仅避免了人为利用模拟信号进行人工干预，而且还可以避免外界(电磁、温度)信号干扰，防止灌浆数据作假；另一方面，所述集中器模块具有数字隔离作用，避免通讯过程中瞬态高电压的冲击，避免主机损坏；兼容性和可扩展能力强。测量精度高，保证了数据的可靠性和准确性。

Description

数字化灌浆记录仪

技术领域

本发明属于灌浆数据监测技术领域，尤其涉及一种数字化灌浆记录仪以及灌浆监测系统。

背景技术

目前灌浆记录仪中一般包括流量、压力、密度和抬动等有线传感器，记录仪主机都是通过有线电缆接收各个参数的模拟信号。灌浆记录仪使用现场环境复杂，线路和管路较多，在使用过程中往往造成线路破损的情况而导致灌浆记录仪计量的不准确性。现有记录仪的检测方式是利用从传感器获得的4～20mA的模拟信号通过线缆传送到记录仪主机，然后将采集的信号进行模数转换，由主机的MCU进行处理。但是由于水电工程施工大多采用招标与承包的方式，由于利益驱使，一些施工外协队采用能模拟4～20mA的“模拟头”，对灌浆数据进行人为干预，达到“多做量，早结束”的目的，这种行为对工程质量造成极大的隐患，传送模拟信号的灌浆记录仪对这些干扰信号无法控制。有些模拟头信号还能串联在真实的信号之中，通过波动来判断信号是否为模拟头产生已经行不通。因此现有的灌浆记录仪无法避免施工单位利用“模拟头”制作灌浆资料，威胁到了我国水电工程质量。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种数字化灌浆记录仪以及灌浆监测系统，旨在解决现有灌浆记录仪传输的模拟信号易受干扰、灌浆计量可人工干预的技术问题。

一方面，所述数字化灌浆记录仪包括主机，所述主机中内置有显控单元以及与所述显控单元连接的集中器模块，所述集中器模块至少有一个，每个集中器模块连接有一个数字传感器，其中：

所述数字传感器用于采集现场灌浆数据，并封装成灌浆数据帧后输出；

所述集中器模块用于收集所述数字传感器输出的灌浆数据帧，并接收到来自所述显控单元发出的请求指令后，将所述灌浆数据帧上传至所述显控单元；

所述显控单元用于向各个集中器模块轮询发送请求指令，并接收相应集中器模块上传的灌浆数据帧并进行处理及显示。

另一方面，所述灌浆监测系统包括至少一个如上述的数字化灌浆记录仪，所述数字化灌浆记录仪中包括有无线通讯模块，所述系统还包括与各个数字化灌浆记录仪无线连接的中心节点、与所述中心节点连接的数据管理分析平台，所述数据管理分析平台包括数据库、数据管理子系统、查询与分析子系统和形象可视化子系统。

本发明的有益效果是：在本发明技术方案中，通过开发灌浆施工所需的一系列数字传感器，并且每个数字传感器通过集中器模块连接到主机的显控单元，显控单元采用主从通信总线结构与各个集中器模块进行数据通讯，一方面，由于整个记录仪中传输的都是数字信号，不仅避免了施工单位利用模拟头进行人工干扰，防作假能力强，而且还可以避免外界信号干扰，保证了数据的准确性；另一方面，所述集中器模块具有数字隔离作用，避免高电压的冲击，避免主机损坏；最后，通过主从通信总线结构避免了引脚开销过大，还能保证信号传输的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的数字化灌浆记录仪的结构原理图；

图2是本发明第一实施例提供的数字化灌浆记录仪的具体结构图；

图3是现有灌浆记录仪的总线结构图；

图4是器件识别电路的一种电路结构图；

图5是本发明第二实施例提供的灌浆监测系统的结构图；

图6是数字化灌浆记录仪数据发送接收流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明实施例提供的数字化灌浆记录仪的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的数字化灌浆记录仪包括主机1，所述主机中内置有显控单元2以及与所述显控单元连接的集中器模块3，所述集中器模块3至少有一个，每个集中器模块连接有一个数字传感器4，其中：

所述数字传感器4用于采集现场灌浆数据，并封装成灌浆数据帧后输出；

所述集中器模块3用于收集所述数字传感器输出的灌浆数据帧，并接收到来自所述显控单元发出的请求指令后，将所述灌浆数据帧上传至所述显控单元；

所述显控单元2用于向各个集中器模块轮询发送请求指令，并接收相应集中器模块上传的灌浆数据帧并进行处理及显示。

由于现有灌浆施工所需的各种传感器均为模拟传感器，记录仪中传输的是模拟信号，不仅容易受外界干扰，而且也不能避免模拟头的人为干扰，威胁到了水电行业的施工质量。本实施例中，数字传感器输出的是数字信号，抗干扰能力强，而且对模拟头输出的4～20mA模拟信号不起作用，可以很好的屏蔽现有的模拟头，保证数据的真实性和准确性。本实施例中，各个数字传感器均需要额外开发。参照图2所示的数字化灌浆记录仪具体结构，根据灌浆施工实际情况，所述数字传感器4包括流量传感器、压力传感器、密度传感器、抬动传感器等，每个传感器的输出端连接有数字变送器，所述显控单元包括主控板和显示屏。各个传感器将采集到的模拟信号发送至数字变送器，所述数字变送器进行模数转换，然后将转换后数据封装成灌浆数据帧并输出至对应的集中器模块，主控板接收集中器模块上传的灌浆数据帧并进行处理，最终在显示屏中显示出来。上述各个数字变送器采用同一块核心采集板，传根据感器特性设计和安装供电板，因此有很好的适用性，避免重复开发。

数字化灌浆记录仪置于施工现场，作为一种实施例，主机中包括主板和隔离板，主板上设置连接有显控单元，隔离板上设置有各个集中器模块以及供电接口/模块，集中器模块起到隔离作用。如图3所示的现有灌浆记录仪的总线结构，从图中可以看出，主机的控制器与各个传感器连接，主机直接访问传感器，向传感器请求数据。但灌浆现场环境较为复杂，传感器和主机间可能出现高电压，这样会造成主机和其他传感器也同时损坏，造成设备瘫痪。通过在主机和传感器中，增加一个中间层，即集中器模块，避免了高电压的冲击，使得即使某个传感器损毁，也不会影响到主机以及其他传感器，保证其他设备正常使用。

数字传感器采集到数据后输出灌浆数据帧，显控单元向各个集中器模块轮询发送请求指令，接收到请求指令的集中器模块上传灌浆数据帧。优选的，所述集中器模块在接收到灌浆数据帧并保存后，对灌浆数据帧进行滤波处理，滤去噪声高干扰，进一步确保数据准确性。显控单元接收到灌浆数据帧后，将数据处理为显示屏能够接收到的数据帧，使得数据能够正常显示。进一步优选的，所述显控单元接收到灌浆数据帧后，还进行CRC检验，进一步剔除受干扰信号，保证了信号传输的稳定性和准确性。

本实施例中，显控单元与各个集中器模块采用主从通信方式，显控单元轮询向集中器模块发送请求指令。作为一种具体实现方式，如图4所示，所述集中器模块中包括一个器件识别电路，所述器件识别电路引出一个识别引脚，所述识别引脚连接至所述显控单元，所述显控单元根据检测到的电压大小区分不同的集中器模块。具体的，所述器件识别电路包括串接的固定电阻R2和可调电阻R1，固定电阻R2和可调电阻R1接到工作电源Vcc和地之间，所述固定电阻R2和可调电阻R1的连接处引出识别引脚。器件识别电路通过调节分压原理，调节所述可调电阻R1阻值，识别引脚即可输出不同的电压值，所述显控单元根据不同的电压值来区分不同的集中器模块。本实施例中，集中器模块采用模块化设计，模块之间可互换，且使用相同程序，使得电路维护更加方便。另外，现有灌浆记录仪的总线结构中，由于传感器和主机间是直接通信的，主机需要为各个传感器软件设置设备序列号，因此传感器不能同时出现相同的设备序列号，如果出现，则会造成数据传输出错，造成设备无法使用。而本实施例中，通过增加的中间层，即集中器模块，集中器模块和传感器之间通信不需要设备序列号，只要连接即可通信成功，同时，由于集中器模块在主机内采用分压确定的电压值，避免了模块间序列号重叠的现象。此外，现有灌浆记录仪通过主板上的8路模数采集通道一次传感器输出的8路电压值，显控单元与集中器模块数字通信，需要使用显控单元中单片机的串口。若采用一对一传输，则单片机的串口资源不够，同时造成引脚开销过大。因此采用主从的通信方式，同时能保证传输的稳定性和可靠性。

实施例二：

图5示出了本发明实施例提供的灌浆监测系统的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的灌浆监测系统包括如实施例一所述的数字化灌浆记录仪100，所述数字化灌浆记录仪100中还包括有无线通讯模块，具体的，所述无线通讯模块与所述显控单元连接，所述系统还包括与各个数字化灌浆记录仪无线连接的中心节点200、与所述中心节点连接的数据管理分析平台300，根据实际需求，具体实现时，所述数据管理分析平台包括数据库、数据管理子系统、查询与分析子系统和形象可视化子系统。

所述显控单元包括：

第一发送模块，用于向中心节点实时发送灌浆数据帧；

第二发送模块，用于向中心节点先后发送设置数据帧、常规参数设置数据帧、记录数据帧、结束数据帧，同时针对每种发送的数据帧，在预定时间内若没有接收到相应的回应帧，则继续发送当前数据帧；

接收打印模块，用于在接收到结束数据帧对应的回应帧后，进入打印机界面完成相关数据打印操作。

优选的，所述显控单元还包括：

加密处理模块，用于对待发送的灌浆数据帧进行AES加密处理。

如图6所所示，所述显控单元通过无线通讯模块向中心节点发送接收数据的步骤如下：

步骤S601、向中心节点实时发送灌浆数据帧；

步骤S602、向中心节点先后发送设置数据帧、常规参数设置数据帧、记录数据帧、结束数据帧，同时针对每种发送的数据帧，在预定时间内若没有接s受到相应的回应帧，则继续发送当前数据帧；

步骤S603、在接收到结束数据帧对应的回应帧后，进入打印机界面完成相关数据打印操作。

优选的，所述步骤S601之前还包括：

对待发送的灌浆数据帧进行ASE加密处理。

AES算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将一个数据单元替换为另一个。AES使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。AES是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192和256位密钥，并且用128位(16字节)分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据。在发送数据之前，对数据进行ASE加密，保证了数据安全性。

本实施例中，所述中心节点起到数据汇集作用，将各个数字化灌浆记录仪获取到的灌浆数据帧发送至数据管理分析平台，所述数据管理分析平台的作用根据实际需求设置，比如具有数据处理、数据统计分析、数据查询、数据输出、数据二维显示、异常告警等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数字化灌浆记录仪，其特征在于，所述数字化灌浆记录仪包括主机，所述主机中内置有显控单元以及与所述显控单元连接的集中器模块，所述集中器模块至少有一个，每个集中器模块连接有一个数字传感器，其中：

所述数字传感器用于采集现场灌浆数据，并封装成灌浆数据帧后输出；

所述集中器模块用于收集所述数字传感器输出的灌浆数据帧，并接收到来自所述显控单元发出的请求指令后，将所述灌浆数据帧上传至所述显控单元；

所述显控单元用于向各个集中器模块轮询发送请求指令，并接收相应集中器模块上传的灌浆数据帧并进行处理及显示；

所述集中器模块中包括一个器件识别电路，所述器件识别电路引出一个识别引脚，所述识别引脚连接至所述显控单元，所述显控单元根据检测到的电压大小于以区分不同的集中器模块，所述器件识别电路包括串接的固定电阻和可调电阻，所述固定电阻和可调电阻的连接处引出识别引脚。

2.如权利要求1所述数字化灌浆记录仪，其特征在于，所述数字传感器包括密度传感器、流量传感器、压力传感器和抬动传感器，以及各传感器对应的数字变送器。

3.如权利要求1或2所述数字化灌浆记录仪，其特征在于，所述集中器模块还用于在接收到灌浆数据帧后保存所述灌浆数据帧并进行滤波处理。

4.如权利要求3所述数字化灌浆记录仪，其特征在于，所述显控单元还用于对接收到的灌浆数据帧进行CRC检验。

5.一种灌浆监测系统，其特征在于，所述系统包括至少一个如权利要求1-4任一项所述的数字化灌浆记录仪，所述数字化灌浆记录仪中包括有无线通讯模块，所述系统还包括与各个数字化灌浆记录仪无线连接的中心节点、与所述中心节点连接的数据管理分析平台，所述数据管理分析平台包括数据库、数据管理子系统、查询与分析子系统和形象可视化子系统。

6.如权利要求5所述灌浆监测系统，其特征在于，所述显控单元通过无线通讯模块向中心节点发送接收数据的步骤如下：

向中心节点实时发送灌浆数据帧；

向中心节点先后发送设置数据帧、常规参数设置数据帧、记录数据帧、结束数据帧，同时针对每种发送的数据帧，在预定时间内若没有接受到相应的回应帧，则继续发送当前数据帧；

在接收到结束数据帧对应的回应帧后，进入打印机界面完成相关数据打印操作。

7.如权利要求6所述灌浆监测系统，其特征在于，所述向中心节点实时发送灌浆数据帧步骤之前还包括下述步骤：

对待发送的灌浆数据帧进行AES加密处理。