CN105971032A - 一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统，其特征在于，主要由控制器，分别与控制器相连接的储存器、信号处理单元和模数转换单元，与模数转换单元相连接的应力监测装置，与信号处理单元相连接的无线信号发射单元，通过无线网络与无线信号发射单元相连接的无线信号接收单元，以及与无线信号接收单元相连接的PC电脑组成。本发明通过无线网络把监测数据发送给远处监测室内的PC电脑，监测人员通过PC电脑即可了解加筋土挡墙的内部应力变化情况，无需亲临监测现场，节约了大量的人力物力；同时，通过本发明监测人员可以不间断的了解加筋土挡墙的内部应力变化情况，提高了监测效果。

Description

一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统

技术领域

本发明涉及监测技术领域，具体是指一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统。

背景技术

加筋土挡墙是由拉筋、墙面板以及填土构成的一种新型复合支挡结构物。相对于传统的重力式挡土墙，加筋土挡墙为一种柔性结构，具有较好的变形协调性和抗震性能，对地基的承载要求也不高，且具有很好的经济性和造型美观性等一些基他结构无法比拟的优越性；因此，其被广泛应用于公路、水利、城市建设以及铁路等工程。

加筋土挡墙在应用的过程中需要对其内部的应力进行监测，通过监测其内部的应力情况，以便相关部门及时了解其承载情况和健康状况。目前相关部门通常采用应力监测系统来对加筋土挡墙内部的应力进行监测，即通过监测装置采集加筋土挡墙的内部应力应变并传输给监控室，监测人员通过传输回来的数据了解加筋土挡墙的使用情况。然而，传统的应力监测系统在传输信号的过程中信号容易出现削弱现象，同时信号在传输的过程中还容易受到干扰信号的影响，导致传输到监控室的数据出现较大的误差，影响监测人员对加筋土挡墙使用性能的判断。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的加筋土挡墙内部应力监测系统无法实时的了解监测数据，并且需要浪费大量的人力对监测数据进行记录的缺陷，提供一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统，包括控制器，分别与控制器相连接的储存器、模数转换单元和无线信号发射单元，与模数转换单元相连接的应力监测装置，通过无线网络与无线信号发射单元相连接的无线信号接收单元，以及与无线信号接收单元相连接的PC电脑；为了更好的实施本发明，本发明在控制器和无线信号发射单元之间还串接有信号处理单元；所述的信号处理单元由频率校正电路，与频率校正电路相连接的二阶滤波放大电路，以及同时与频率校正电路和二阶滤波放大电路相连接的恒流源电路组成。

进一步的，所述频率校正电路由处理芯片U，三极管VT1，场效应管MOS，N极与处理芯片U的VC管脚相连接、P极与控制器相连接的二极管D1，一端与二极管D1的P极相连接、另一端接地的电阻R2，正极与二极管D1的P极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接的极性电容C2，正极与二极管D1的N极相连接、负极接地的电容C4，串接在三极管VT1的发射极和电容C4的负极之间的电阻R3，P极与三极管VT1的集电极相连接、正极经电阻R1后与二极管D1的P极相连接的二极管D2，正极与二极管D2的N极相连接、负极与二极管D1的N极相连接的电容C1，正极与电容C1的正极相连接、负极与恒流源电路相连接的同时接地的电容C3，N极与场效应管MOS的源极相连接、P极经电阻R4后与处理芯片U的RT管脚相连接的二极管D4，串接在二极管D4的N极和处理芯片U的FB管脚之间的电阻R9，以及一端与场效应管MOS的漏极相连接、另一端经电阻R10后分别与恒流源电路和二阶滤波放大电路相连接的电感L组成；所述处理芯片U的GND管脚与二极管D4的P极相连接的同时接地、其VOUT管脚则与场效应管MOS的栅极相连接、其SW管脚和VIN管脚均与恒流源电路相连接；所述场效应管MOS的漏极和源极均与二阶滤波放大电路相连接；所述二极管D4的P极还与二阶滤波放大电路相连接。

所述恒流源电路由三极管VT2，正极与三极管VT2的基极相连接、负极与电容C3的负极相连接的极性电容C5，P极与处理芯片U的VIN管脚相连接、N极顺次经电阻R6和电阻R7后与三极管VT2的集电极相连接的稳压二极管D3，串接在稳压二极管D3的P极和电容C3的负极之间的电阻R5，以及串接在三极管VT2的发射极和处理芯片U的SW管脚之间的电阻R8组成；所述三极管VT2的集电极顺次经电阻R10和电感L1后与场效应管MOS的漏极相连接；所述电阻R6和电阻R7的连接点接15V电压；所述二阶滤波放大电路则与三极管VT2的集电极相连接。

所述二阶滤波放大电路由放大器P1，放大器P2，三极管VT3，P极与三极管VT2的集电极相连接、N极则顺次经电阻R11和电阻R12后与二极管D4的P极相连接的二极管D6，P极与场效应管MOS的漏极相连接、N极经极性电容C7后与放大器P1的负极相连接的二极管D5，正极与二极管D5的N极相连接、负极接地的极性电容C6，一端与二极管D6的N极相连接、另一端经电阻R15后与三极管VT3的基极相连接的电阻R13，N极与三极管VT3的基极相连接、P极接地的二极管D7，串接在二极管D7的P极和放大器P1的负极之间的电阻R14，一端与放大器P1的输出端相连接、另一端经电阻R17后与放大器P2的负极相连接的电阻R16，正极与三极管VT3的集电极相连接、负极接地的极性电容C8，一端与极性电容C8的正极相连接、另一端经电阻R19后与放大器P2的输出端相连接的电阻R18，N极与放大器P2的正极相连接、P极与三极管VT3的集电极相连接的二极管D8，以及正极与放大器P2的负极相连接、负极则与极性电容C8的负极相连接的极性电容C9组成；所述三极管VT3的集电极与放大器P4的正极相连接、其发射极则与场效应管MOS的源极相连接；所述放大器P2的输出端则与无线信号发射单元相连接。

所述处理芯片U为LTC3402集成芯片。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过无线网络把监测数据发送给远处监测室内的PC电脑，避免了复杂的线路铺设，降低了本发明的生产成本和维护成本。

(2)本发明通过信号处理单元对无线传输前的信号进行处理，该信号处理单元独创性的把频率校正电路和二阶滤波放大电路结合使用，使信号经过无线传输后依然保持很高的准确性，从而提高了本发明的监测精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的信号处理单元的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统，主要由控制器，储存器，信号处理单元，模数转换单元，应力监测装置，信号处理单元，无线信号发射单元，无线信号接收单元以及PC电脑8部分组成。

其中，该控制器采用AT89S51单片机来实现。该应力监测装置埋设在加筋土挡墙内部，用于测量加筋土挡墙内部的应力应变，其优先采用江西飞尚科技有限公司生产的FS-NM型内埋式应变计来实现。该模数转换单元采用ADC0832转换芯片，其CH1管脚与应力监测装置的信号输出端相连接，其DO管脚则与AT89S51单片机的P0管脚相连接。该储存器用于储存采集到的应力数据，其与AT89S51单片机的PSEN管脚相连接。该信号处理单元的输入端与AT89S51单片机的P1.1管脚相连接，其输出端则与无线信号发射单元相连接。该无线信号发射单元则通过无线网络与无线信号接收单元相连接。该PC电脑则与该无线信号接收单元的输出端相连接。该无线信号发射单元优先采用BCM1A无线信号发射模块，该无线信号接收单元优先采用BCM1B无线信号接收模块来实现。

如图2所示，该信号处理单元由频率校正电路，与频率校正电路相连接的二阶滤波放大电路，以及同时与频率校正电路和二阶滤波放大电路相连接的恒流源电路组成。

其中，该频率校正电路由处理芯片U，三极管VT1，场效应管MOS，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R9，电阻R10，电感L1，二极管D1，二极管D2，二极管D4，电容C1，极性电容C2，电容C3以及电容C4。

连接时，二极管D1的N极与处理芯片U的VC管脚相连接、其P极与AT89S51单片机的P1.1管脚相连接。电阻R2的一端与二极管D1的P极相连接、其另一端接地。极性电容C2的正极与二极管D1的P极相连接、其负极与三极管VT1的基极相连接。电容C4的正极与二极管D1的N极相连接、其负极接地。电阻R3串接在三极管VT1的发射极和电容C4的负极之间。二极管D2的P极与三极管VT1的集电极相连接、其正极经电阻R1后与二极管D1的P极相连接。电容C1的正极与二极管D2的N极相连接、其负极与二极管D1的N极相连接。电容C3的正极与电容C1的正极相连接、其负极与恒流源电路相连接的同时接地。二极管D4的N极与场效应管MOS的源极相连接、其P极经电阻R4后与处理芯片U的RT管脚相连接。电阻R9串接在二极管D4的N极和处理芯片U的FB管脚之间。电感L的一端与场效应管MOS的漏极相连接、其另一端经电阻R10后分别与恒流源电路和二阶滤波放大电路相连接。

同时，所述处理芯片U的GND管脚与二极管D4的P极相连接的同时接地、其VOUT管脚则与场效应管MOS的栅极相连接、其SW管脚和VIN管脚均与恒流源电路相连接。所述场效应管MOS的漏极和源极均与二阶滤波放大电路相连接。所述二极管D4的P极还与二阶滤波放大电路相连接。该频率校正电路可以很好的对信号的相位进行校正，减小信号误差。为了更好的实施本发明，该处理芯片U优先采用LTC3402集成芯片来实现。

该恒流源电路可以为频率校正电路和二阶滤波放大电路提供恒定的工作电流，从而使频率校正电路和二阶滤波放大电路运行更加稳定；其由三极管VT2，正极与三极管VT2的基极相连接、负极与电容C3的负极相连接的极性电容C5，P极与处理芯片U的VIN管脚相连接、N极顺次经电阻R6和电阻R7后与三极管VT2的集电极相连接的稳压二极管D3，串接在稳压二极管D3的P极和电容C3的负极之间的电阻R5，以及串接在三极管VT2的发射极和处理芯片U的SW管脚之间的电阻R8组成。

该三极管VT2的集电极顺次经电阻R10和电感L1后与场效应管MOS的漏极相连接。所述电阻R6和电阻R7的连接点接15V电压。所述二阶滤波放大电路则与三极管VT2的集电极相连接。

另外，该二阶滤波放大电路可以对信号中的干扰信号进行过滤，并对过滤后的信号进行放大处理，从而可以抵消信号在长距离无线传输的过程中所出现的削弱；其由放大器P1，放大器P2，三极管VT3，二极管D6，二极管D5，极性电容C6，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，极性电容C7，极性电容C8，极性电容C9，二极管D7以及二极管D8组成。

连接时，二极管D6的P极与三极管VT2的集电极相连接、其N极则顺次经电阻R11和电阻R12后与二极管D4的P极相连接。二极管D5的P极与场效应管MOS的漏极相连接、其N极与极性电容C7的正极相连接。所述极性电容C7的负极与放大器P1的负极相连接。极性电容C6的正极与二极管D5的N极相连接、其负极接地。电阻R13的一端与二极管D6的N极相连接、其另一端经电阻R15后与三极管VT3的基极相连接。二极管D7的N极与三极管VT3的基极相连接、其P极接地。电阻R14串接在二极管D7的P极和放大器P1的负极之间。电阻R16的一端与放大器P1的输出端相连接、其另一端经电阻R17后与放大器P2的负极相连接。极性电容C8的正极与三极管VT3的集电极相连接、其负极接地。电阻R18的一端与极性电容C8的正极相连接、其另一端经电阻R19后与放大器P2的输出端相连接。二极管D8的N极与放大器P2的正极相连接、其P极与三极管VT3的集电极相连接。极性电容C9的正极与放大器P2的负极相连接、其负极则与极性电容C8的负极相连接。

同时，该三极管VT3的集电极与放大器P4的正极相连接、其发射极则与场效应管MOS的源极相连接。所述放大器P2的输出端则与无线信号发射单元相连接。

该信号处理单元独创性的把频率校正电路和二阶滤波放大电路结合使用，从而使频率校正电路可以更好的对信号的相位进行校正，减小了信号的误差。另外，通过此结构可以使二阶滤波放大电路的滤波效果提升20％，同时可以不失真的对信号进行放大，另外该信号处理单元还巧妙的设置了恒流源电路，通过恒流源电路给频率校正电路和二阶滤波放大电路提供恒定的工作电流，进一步的提升了信号处理单元的稳定性。

工作时，该应力监测装置测量加筋土挡墙内部的应力应变并把信号传输给模数转换单元，该模数转换单元把应力监测装置输出的模拟信号转换为数字信号后面发送给控制器，控制器对信号进行识别处理后发送给信号处理单元，并由无线信号发射单元通过无线网络发送给无线信号接收单元，监测人员通过PC电脑即可了解监测结果。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (5)

1.一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统，包括控制器，分别与控制器相连接的储存器、模数转换单元和无线信号发射单元，与模数转换单元相连接的应力监测装置，通过无线网络与无线信号发射单元相连接的无线信号接收单元，以及与无线信号接收单元相连接的PC电脑；其特征在于，在控制器和无线信号发射单元之间还串接有信号处理单元；所述的信号处理单元由频率校正电路，与频率校正电路相连接的二阶滤波放大电路，以及同时与频率校正电路和二阶滤波放大电路相连接的恒流源电路组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统，其特征在于，所述频率校正电路由处理芯片U，三极管VT1，场效应管MOS，N极与处理芯片U的VC管脚相连接、P极与控制器相连接的二极管D1，一端与二极管D1的P极相连接、另一端接地的电阻R2，正极与二极管D1的P极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接的极性电容C2，正极与二极管D1的N极相连接、负极接地的电容C4，串接在三极管VT1的发射极和电容C4的负极之间的电阻R3，P极与三极管VT1的集电极相连接、正极经电阻R1后与二极管D1的P极相连接的二极管D2，正极与二极管D2的N极相连接、负极与二极管D1的N极相连接的电容C1，正极与电容C1的正极相连接、负极与恒流源电路相连接的同时接地的电容C3，N极与场效应管MOS的源极相连接、P极经电阻R4后与处理芯片U的RT管脚相连接的二极管D4，串接在二极管D4的N极和处理芯片U的FB管脚之间的电阻R9，以及一端与场效应管MOS的漏极相连接、另一端经电阻R10后分别与恒流源电路和二阶滤波放大电路相连接的电感L组成；所述处理芯片U的GND管脚与二极管D4的P极相连接的同时接地、其VOUT管脚则与场效应管MOS的栅极相连接、其SW管脚和VIN管脚均与恒流源电路相连接；所述场效应管MOS的漏极和源极均与二阶滤波放大电路相连接；所述二极管D4的P极还与二阶滤波放大电路相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统，其特征在于，所述恒流源电路由三极管VT2，正极与三极管VT2的基极相连接、负极与电容C3的负极相连接的极性电容C5，P极与处理芯片U的VIN管脚相连接、N极顺次经电阻R6和电阻R7后与三极管VT2的集电极相连接的稳压二极管D3，串接在稳压二极管D3的P极和电容C3的负极之间的电阻R5，以及串接在三极管VT2的发射极和处理芯片U的SW管脚之间的电阻R8组成；所述三极管VT2的集电极顺次经电阻R10和电感L1后与场效应管MOS的漏极相连接；所述电阻R6和电阻R7的连接点接15V电压；所述二阶滤波放大电路则与三极管VT2的集电极相连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统，其特征在于，所述二阶滤波放大电路由放大器P1，放大器P2，三极管VT3，P极与三极管VT2的集电极相连接、N极则顺次经电阻R11和电阻R12后与二极管D4的P极相连接的二极管D6，P极与场效应管MOS的漏极相连接、N极经极性电容C7后与放大器P1的负极相连接的二极管D5，正极与二极管D5的N极相连接、负极接地的极性电容C6，一端与二极管D6的N极相连接、另一端经电阻R15后与三极管VT3的基极相连接的电阻R13，N极与三极管VT3的基极相连接、P极接地的二极管D7，串接在二极管D7的P极和放大器P1的负极之间的电阻R14，一端与放大器P1的输出端相连接、另一端经电阻R17后与放大器P2的负极相连接的电阻R16，正极与三极管VT3的集电极相连接、负极接地的极性电容C8，一端与极性电容C8的正极相连接、另一端经电阻R19后与放大器P2的输出端相连接的电阻R18，N极与放大器P2的正极相连接、P极与三极管VT3的集电极相连接的二极管D8，以及正极与放大器P2的负极相连接、负极则与极性电容C8的负极相连接的极性电容C9组成；所述三极管VT3的集电极与放大器P4的正极相连接、其发射极则与场效应管MOS的源极相连接；所述放大器P2的输出端则与无线信号发射单元相连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的加筋土挡墙内部应力监测系统，其特征在于，所述处理芯片U为LTC3402集成芯片。