CN104088306A - 深基坑综合参数的无线监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种深基坑综合参数的无线监测预警系统，包括至少一个布置在所述深基坑中的测量节点，Zigbee-GPRS网关，中心服务器以及用户报警终端，所述测量节点将测量的数据通过Zigbee网络传输给所述Zigbee-GPRS网关；所述Zigbee-GPRS网关接收所有所述测量节点传输过来的所述数据，并通过GPRS网络将所述数据传送给所述中心服务器；所述中心服务器进行所述数据的处理，并通过其内部的数据库对所述数据进行判断，若发现所述数据出现异常，则产生报警指令，并通过GPRS网络将所述报警指令发送给所述用户报警终端，进行报警。本发明利用无线传感数据通信网，结合先进的计算机信息技术，实现了如倾斜度，钢筋应力，土压力，水压力坑等深基坑参数数据的自动监测报警。

Description

深基坑综合参数的无线监测预警系统

技术领域

本发明涉及深基坑参数的无线监测技术领域，尤其是涉及一种深基坑综合参数的无线监测预警系统。

背景技术

传统深基坑参数的监测方法一般为：在预定的测点埋设相应的应力计、应变计、土压力盒、孔隙水压力计以及位移测点等，除位移采用经纬仪或水准仪(现在大都采用全站仪)直接肉眼测读以外，其余均需采用二次仪表来接受传感器信号。在实际工程中，应力计、应变计、土压力盒、孔隙水压力计常采用钢弦式，通过二次仪表(频率仪)接受传感器频率，根据事先设定的压力或变形与频率的关系，计算确定相应的物理量。

另外，常规的一些监测仪器与方法也存在着一些根本性缺陷：点式测量，信息量少；难以实现分布式监测，往往会遗漏一些对工程安全致关重要的信息；耐久性差；易受强电磁场干扰，测量进度受到影响；不适合易燃、易爆、高温、雷击区等恶劣环境；不便远距离遥测和监控等。

随着科学技术的不断进步，为进一步提高基于轻轨的土建深基坑工程监测信息的准确可靠，提高深基坑参数监测手段的自动化程度，需要我们对监测设备、监测方法、监测手段等进行探索与研究，以实现深基坑参数的监测由传统的监测设备、监测方法向智能结构系统转变。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种深基坑综合参数的无线监测预警系统，利用无线传感数据通信网，结合先进的计算机信息技术，以实现如倾斜度，钢筋应力，土压力，水压力坑等参数数据的自动监测报警。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种深基坑综合参数的无线监测预警系统，包括至少一个布置在所述深基坑中的测量节点，Zigbee-GPRS网关，中心服务器以及用户报警终端，

所述测量节点将测量的数据通过Zigbee网络传输给所述Zigbee-GPRS网关；

所述Zigbee-GPRS网关接收所有所述测量节点传输过来的所述数据，并通过GPRS网络将所述数据传送给所述中心服务器；

所述中心服务器进行所述数据的处理，并通过其内部的数据库对所述数据进行判断，若发现所述数据出现异常，则产生报警指令，并通过GPRS网络将所述报警指令发送给所述用户报警终端，进行报警。

优选地，所述测量节点之间通过Zigbee网络进行通信。

每个所述测量节点包括多个传感器，数据输入接口模块，第一微处理器，第一电源模块及第一Zigbee模块，

所述传感器通过所述数据输入接口模块与所述微处理器相连，用于测量数据并将测量的所述数据发送给所述第一微处理器；

所述第一微处理器通过第一UART接口与所述第一Zigbee模块相连，用于处理和发送所述数据到所述第一Zigbee模块；

所述第一Zigbee模块用于将所述第一微处理器发送过来的数据打包成Zigbee协议数据包，并将所述Zigbee协议数据包发送给所述Zigbee-GPRS网关；

所述第一电源模块与所述第一微处理器相连，用于给整个所述测量节点供电。

优选地，所述传感器包括测斜仪、钢筋应力计、土压力计和水压力计。

更进一步地，每个所述测量节点还包括与所述微处理器相连的信号指示灯，用于指示所述测量节点的组网情况和电池电量情况。

所述Zigbee-GPRS网关包括第二Zigbee模块，ARM处理器，第一GPRS模块，

所述第二Zigbee模块通过第二UART接口与所述ARM处理器相连，所述第二Zigbee模块与所述第一Zigbee模块组网通信，用于接收并将所述Zigbee协议数据包发送给所述ARM处理器处理；

所述第一GPRS模块通过第三UART接口与所述ARM处理器相连，用于将经所述ARM处理器处理过的所述Zigbee协议数据包通过GPRS网络发送给所述中心服务器。

更进一步地，所述Zigbee-GPRS网关还包括与所述ARM处理器相连的存储模块，第一异常报警模块和第二电源模块。

所述存储模块包括SDRAM存储器，FLASH存储器，U盘，SD卡中的一个或两个以上的组合。

优选地，所述用户报警终端包括第二微处理器，以及与所述第二微处理器相连的第二GPRS模块，第三电源模块和第二异常报警模块，所述第二GPRS模块接收所述中心服务器的所述报警指令，并送给所述第二微处理器进行处理，所述第二异常报警模块根据处理后的报警指令进行报警提醒。

优选地，所述第一异常报警模块和第二异常报警模块均包括LED灯和蜂鸣器。

本发明在测量节点，Zigbee-GPRS网关，中心服务器及用户报警终端之间组成无线传感数据通信网，并结合先进的计算机信息技术，以实现轻斜度，钢筋应力，土压力，水压力坑等深基坑参数数据的测量。具体地，在测量节点设置Zigbee模块，利用Zigbee无线通信网络将测量到的数据传送给Zigbee-GPRS网关，Zigbee-GPRS网关进行Zigbee数据协议到GPRS数据协议的转换，最终将测量的深基坑的参数数据通过GPRS网络发送给中心服务器，由中心服务器对测量数据进行处理、分析和判断，从而自动化地得到土建深基坑工程所需的检测信息。若测量数据出现异常，中心服务器则通过GPRS网络发送给用户报警终端，由用户报警终端进行现场报警，以提醒用户和施工工人深基坑参数异常。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明能够实时获得基坑的参数数据，掌握测量节点多方面的动态变化规律。它既能有效指导现场施工，并有利于保证整个围护结构在施工中的安全；也有利于控制结构的变形及其周围建筑和地下管线的安全，有利于优化施工和避免事故的发生。

2、本发明通过对计算机技术的运用，能够同时把正在施工的所有工地信息联系在一起，从而便于对工程的管理，实现了分散工程集中管理和单位部门之间的信息、人力、物力等资源的共享，改变了传统工程管理中出现人力、物力的重复投入造成的浪费，在节约成本的同时，也提高了工程管理的水平。

3、本发明通过运用数据库技术，方便了各种工程资料工程文档的保存和查询；这对工程进展情况的查询工程问题的解决以及工程经验的总结等极为有利。

4、本发明针对深基坑工程的支护结构的监测和周围环境的监测，根据前期开挖中监测到的应力、变形数据，与设计中支护结构受力和变形进行比较，对原设计进行评价，判断基坑在目前开挖工况下的安全状况，并通过反馈分析，预测下一步工况下支护结构变形和稳定状况，为优化设计提供可靠的信息，并对后续开挖及支护方案提出建议，对施工过程中可能发生的险情报警，确保基坑工程的安全。

附图说明

图1是本发明深基坑综合参数的无线监测预警系统的结构示意图；

图2是本发明测量节点的结构示意图；

图3是本发明Zigbee-GPRS网关的结构示意图；

图4是本发明用户报警终端的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明所揭示的一种深基坑综合参数的无线监测预警系统，利用无线传感数据通信网，结合先进的计算机信息技术，主要用于实现轻轨深基坑的斜度，钢筋应力，土压力和水压力参数数据的无线智能监测和预警。

如图1所示，本发明所揭示的一种深基坑综合参数的无线监测预警系统，包括至少一个测量节点，Zigbee-GPRS网关，中心服务器以及用户报警终端，测量节点布置在深基坑中，用于测量深基坑的多个如斜度，钢筋应力，土压力和水压力等参数数据，并将这些参数数据通过Zigbee网络无线传输给Zigbee-GPRS网关。其中，测量节点的数量可配置1个或多个。

具体地，如图2所示，测量节点包括多个传感器，数据输入接口模块，第一微处理器，第一电源模块，第一Zigbee模块及信号指示灯，多个传感器均与数据输入接口模块相连，用于对应感应深基坑的多种参数信号。本发明实施例中在测量节点上设置了测斜仪，钢筋应力计，土压力计和水压力计四个传感器，用于分别测量深基坑的倾斜度，钢筋应力，土压力和水压力参数数据，当然根据实际需要，可在测量节点上设置其他各种传感器。

数据输入接口模块与第一微处理器相连，即多个传感器将对应测量到的多个参数数据通过数据输入接口模块发送给第一微处理器，数据输入接口模块可为模拟数据输入接口模块或数字数据输入接口模块。

第一微处理器作为测量节点的核心处理器，用于采集并处理传感器传输过来的测量数据，以及与第一Zigbee模块的协调。第一微处理器通过第一UART接口与第一Zigbee模块相连，通过第一UART接口将处理后的测量数据发送给第一Zigbee模块。

第一电源模块与第一微处理器相连，用于给整个测量节点供电。具体实施时，第一电源模块可采用锂电池和太阳能板构成，太阳能板通过锂电池的充电管理芯片后给锂电池充电，锂电池则直接给整个测量节点供电。

信号指示灯与也第一微处理器相连，用于直观地指示测量节点的组网情况和电池电量情况。具体实施时，信号指示灯可采用三个发光二极管设计而成。

第一Zigbee模块接收经第一微处理器处理后的测量数据，并将该测量数据打包成Zigbee协议数据包，并将该Zigbee协议数据包发送给Zigbee-GPRS网关，从而完成测量节点对测量数据的采集和发送。

另外，测量节点之间可通过Zigbee网络进行通信。

具体实施时，测量节点中的第一微处理器优选低功耗的STM32F103R8T6微处理器，第一Zigbee模块优选低功耗的CC2530F128Zigbee模块，锂电池充电管理芯片优选CN3065芯片。

Zigbee-GPRS网关用于接收所有测量节点传输过来的参数数据，并进行Zigbee数据协议到GPRS数据协议的转换，最后通过GPRS网络将数据传送给中心服务器。具体地，如图3所示，Zigbee-GPRS网关包括第二Zigbee模块，ARM处理器，第一GPRS模块，第二电源模块及存储模块，第二Zigbee模块根据Zigbee协议与测量节点的第一Zigbee模块组网通信，且通过第二UART接口与ARM处理器相连，用于无线接收第一Zigbee模块发送过来的Zigbee协议数据包，并将该Zigbee协议数据包发送给ARM处理器处理，以完成深基坑参数数据从测量节点到Zigbee-GPRS网关的无线传输。

第一GPRS模块通过第三UART接口与ARM处理器相连，用于将经ARM处理器处理过的Zigbee协议数据包通过GPRS网络发送给中心服务器，完成与远程中心服务器的连接与通信。

第二电源模块与ARM处理器相连，用于给整个Zigbee-GPRS网关供电。具体实施时，第二电源模块可与测量节点中的第一电源模块构成相同，采用锂电池和太阳能板构成，太阳能板通过锂电池的充电管理芯片后给锂电池充电，锂电池则直接给整个Zigbee-GPRS网关供电。

本发明实施例中，存储模块包括SDRAM存储器，FLASH存储器，U盘或SD卡，其中SDRAM存储器，FLASH存储器构成Zigbee-GPRS网关的基本存储系统，U盘或SD卡则是Zigbee-GPRS网关的附加存储系统。具体地，SDRAM存储器，FLASH存储器均通过EMI总线接口与ARM处理器相连，用于存储相关基本数据，保证整个系统能够正常运行；U盘或SD卡则可以用以记录ZigBee-GPRS网关的运行情况和错误记录。

另外，为了实现Zigbee-GPRS网关能够预警到GPRS网络或者测量数据出现的异常，本发明在Zigbee-GPRS网关中还设置了第一异常报警模块。第一异常报警模块通过I/O口与ARM处理模块相连，具体实施时，第一异常报警模块可由LED灯和蜂鸣器构成。

具体实施时，Zigbee-GPRS网关中的ARM处理器优选AT91SAM9260的ARM9芯片，第二Zigbee模块优选低功耗的CC2530F128Zigbee模块，第一GPRS模块优选MC52i芯片结合SIM卡构成，锂电池充电管理芯片优选CN3065芯片。

如图1中，中心服务器通过GPRS网络与Zigbee-GPRS网关通信，用于进行测量数据的处理，并通过其内部的数据库对测量数据进行判断，若发现数据出现异常，则产生报警指令，并通过GPRS网络将报警指令发送给用户报警终端，进行报警。

用户报警终端实现了系统对参数数据的预警功能，如图4所示，用户报警终端包括第二微处理器，第二GPRS模块，第三电源模块和第二异常报警模块，第二GPRS模块通过第四UART口与第二微处理器相连，用于接收中心服务器发送过来的报警指令，并送给第二微处理器进行处理；第三电源模块与第二微处理器相连，用于给整个用户报警终端供电；第二异常报警模块也与第二微处理器相连，用以提醒用户和施工工人深基坑参数出现异常，第二异常报警模块也可由LED灯和蜂鸣器构成。

具体实施时，用户报警终端中的微处理器优选STM32F103R8T6微处理器，第二GPRS模块优选MC52i芯片，第三电源模块采用3.7V锂电池组。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，包括至少一个布置在所述深基坑中的测量节点，Zigbee-GPRS网关，中心服务器以及用户报警终端，

所述测量节点将测量的数据通过Zigbee网络传输给所述Zigbee-GPRS网关；

所述Zigbee-GPRS网关接收所有所述测量节点传输过来的所述数据，并通过GPRS网络将所述数据传送给所述中心服务器；

所述中心服务器进行所述数据的处理，并通过其内部的数据库对所述数据进行判断，若发现所述数据出现异常，则产生报警指令，并通过GPRS网络将所述报警指令发送给所述用户报警终端，进行报警。

2.根据权利要求1所述的深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，所述测量节点之间通过Zigbee网络进行通信。

3.根据权利要求2所述的深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，每个所述测量节点包括多个传感器，数据输入接口模块，第一微处理器，第一电源模块及第一Zigbee模块，

所述传感器通过所述数据输入接口模块与所述微处理器相连，用于测量数据并将测量的所述数据发送给所述第一微处理器；

所述第一微处理器通过第一UART接口与所述第一Zigbee模块相连，用于处理和发送所述数据到所述第一Zigbee模块；

所述第一Zigbee模块用于将所述第一微处理器发送过来的数据打包成Zigbee协议数据包，并将所述Zigbee协议数据包发送给所述Zigbee-GPRS网关；

所述第一电源模块与所述第一微处理器相连，用于给整个所述测量节点供电。

4.根据权利要求3所述的深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，所述传感器包括测斜仪、钢筋应力计、土压力计和水压力计。

5.根据权利要求3所述的深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，每个所述测量节点还包括与所述微处理器相连的信号指示灯，用于指示所述测量节点的组网情况和电池电量情况。

6.根据权利要求1所述的深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，所述Zigbee-GPRS网关包括第二Zigbee模块，ARM处理器，第一GPRS模块，

所述第二Zigbee模块通过第二UART接口与所述ARM处理器相连，所述第二Zigbee模块与所述第一Zigbee模块组网通信，用于接收并将所述Zigbee协议数据包发送给所述ARM处理器处理；

所述第一GPRS模块通过第三UART接口与所述ARM处理器相连，用于将经所述ARM处理器处理过的所述Zigbee协议数据包通过GPRS网络发送给所述中心服务器。

7.根据权利要求6所述的深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，所述Zigbee-GPRS网关还包括与所述ARM处理器相连的存储模块，第一异常报警模块和第二电源模块。

8.根据权利要求7所述的深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，所述存储模块包括SDRAM存储器，FLASH存储器，以及U盘和SD卡中的一个或两个。

9.根据权利要求1所述的深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，所述用户报警终端包括第二微处理器，以及与所述第二微处理器相连的第二GPRS模块，第三电源模块和第二异常报警模块，所述第二GPRS模块通过第四UART口与所述第二微处理器相连，用于接收所述中心服务器的所述报警指令，并送给所述第二微处理器进行处理，所述第二异常报警模块根据处理后的报警指令进行报警提醒。

10.根据权利要求9所述的深基坑综合参数的无线监测预警系统，其特征在于，所述第一异常报警模块和第二异常报警模块均包括LED灯和蜂鸣器。