CN106128065A - 信息采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信息采集系统。包括：传感器、信号发射装置、信号接收转发装置；传感器与信号发射装置电连接；信号发射装置与信号接收转发装置无线连接；传感器根据外界环境生成感应电信号；信号发射装置将感应电信号转化为发射电信号并无线发送至信号接收转发装置；信号接收转发装置无线接收发射电信号并无线转发给上位机。本发明通过传感器根据外界的环境生成感应电信号，传递给与之电连接的信号发射装置。信号发射装置与信号接收转发装置之间无线连接，信号接收转发装置和上位机之间无线连接，共两级无线传输网络，不会受隧道或者地下矿藏内的设备和炸药爆破的电磁干扰，而影响传感器各级无线信号的传递，保证了信息传递的可靠性。

Description

信息采集系统

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，具体而言，涉及一种信息采集系统。

背景技术

目前，我国在建的包含隧道在内的地下空间构造物，按照工程延米计算，应有数万千米。各种地下矿藏在开采过程中所挖掘的开采隧道也深入地下。因隧道施工、矿藏开采安全的特殊性和存在的不确定性隐患，例如隧道最前端的岩石坍塌、挖掘中出现有毒有害气体，例如硫化氢、一氧化碳等，或者挖掘中出现易燃易爆气体，例如瓦斯等。这些安全隐患时刻都可能危及施工人员的安全，因此及时对这些安全隐患进行检测，及时帮助施工人员规避威胁显得尤为重要。

目前针对隧道内的各种信息的采集一般是在隧道或者地下矿藏开挖的位置或者附近安装传感器，通过传感器获取对各种气体和工程结构参数的感应信号，并将该感应信号通过线缆传输至隧道外的上位机。但是在实际的施工中，隧道环境恶劣，各种施工过程、大型设备移动和炸药爆破都可能会对线缆造成破坏，而这种情况一旦出现，那么传感器的感应信号便无法通过线缆传输至隧道外的上位机，在这种情况下，一旦隧道或者矿藏内部出现危险，隧道内的施工人员无法安全的撤离。因此一种信息传递更加可靠的信息采集系统成为目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种信息采集系统，能够通过无线连接将传感器的感应信号传递至上位机，保证了信息传递的可靠性。

本发明实施例提供了一种信息采集系统，包括：传感器、信号发射装置、信号接收转发装置；

其中所述传感器与所述信号发射装置电连接；

所述信号发射装置与所述信号接收转发装置无线连接；

所述传感器用于根据外界环境生成相应的感应电信号；

所述信号发射装置用于将所述感应电信号转化为发射电信号并无线发送至所述信号接收转发装置；

所述信号接收转发装置用于接收所述发射电信号并无线转发给上位机。

结合上述实施例，本发明实施例提供了第一种可能的实施方式，所述传感器至少有一个；

每个所述传感器均连接有一个所述信号发射装置；

所有所述信号发射装置与同一个所述信号接收转发装置无线连接。

结合上述实施例，本发明实施例提供了第二种可能的实施方式，所述传感器包括：激光位移计、应变计、裂缝计、瓦斯探测仪、硫化氢探测仪、一氧化碳探测仪、二氧化碳探测仪等中至少一种；

每一种传感器均至少有一个。

结合上述实施例，本发明实施例提供了第三种可能的实施方式，所述信号发射装置包括：

控制器以及信号发射电路；

其中，所述控制器用于将所述感应电信号转化为发射电信号；

所述信号发射电路用于将所述发射信号发送至所述信号接收转发装置。

结合上述实施例，本发明实施例提供了第四种可能的实施方式，

所述信号发射装置还包括：编码装置；

所述编码装置与所述控制器连接；

所述编码装置用于对与所述控制器连接的传感器进行编码，并向所述控制器发送编码信息；

所述控制器还用于根据所述感应电信号以及所述编码信息，生成发射电信号。

结合上述实施例，本发明实施例还提供第五种可能的实施方式，所述信号采集电路还包括：隔离电路；

所述隔离电路设置于所述控制器以及所述传感器之间。

结合上述实施例，本发明实施例提供了第六种可能的实施方式，所述信号发射电路包括：2.4G无线发送单元；

所述2.4G无线信号发送单元还连接有信号发送天线。

结合上述实施例，本发明实施例提供了第七种可能的实施方式，所述信号接收转发装置包括：

信号接收电路、信号转换电路以及第二信号发射电路；

所述信号接收电路用于接收所述发射电信号；

所述信号转换电路用于将所述发射电信号的格式转化为第二信号发射电路能够识别的格式；

所述第二信号发射电路用于将发射电信号发送至上位机。

结合上述实施例，本发明实施例提供了第八种可能的实施方式，还包括：降压稳压电路；

所述降压稳压电路用于输出至少一个电压值；

所述降压稳压电路分别与所述传感器、所述信号发射装置以及所述信号接收转发装置电连接。

结合上述实施例，发明实施例提供了第九种可能的实施方式，还包括：警报装置；

所述警报装置用于接收所述上位机根据所述发射电信号所生成的警报信号，发出警报。

本发明实施例所提供的信息采集系统，通过传感器根据外界的环境生成相应的感应电信号之后，传递给与之电连接的信号发射装置。而信号发射装置与信号接收转发装置之间无线连接，信号接收转发装置和上位机之间也无线连接，不会出现隧道或者地下矿藏的大型设备和炸药爆破影响传感器信号的传递，从而提高了信息传递的可靠性，提高施工人员的安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种信息采集系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的信息采集系统中，信号发射装置的结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的信息采集系统中，控制器的电路图；

图4示出了本发明实施例所提供的信息采集系统中，编码装置的电路图；

图5示出了本发明实施例所提供的信息采集系统中，隔离电路的电路图；

图6示出了本发明实施例所提供的信息采集系统中，信号接收转发装置的结构示意图；

图7示出了本发明实施例所提供的另一种信息采集系统的结构示意图；

图8示出了本发明实施例所提供的信息采集系统中，降压稳压电路的电路图；

图9示出了本发明实施例所提供的另一种信息采集系统的结构示意图；

图示标记说明：

传感器10；

信号发射装置20、控制器201、信号发射电路202、编码装置203、隔离电路204；

信号接收转发装置30、信号接收电路301、信号转换电路302、第二信号发射电路303；

降压稳压电路40；

警报装置50；

上位机60。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前在对在建的隧道，挖掘的矿藏进行各种环境信息，例如硫化氢、一氧化碳、瓦斯等具体情况的信息采集的时候，所使用的采集装置一般都会通过在隧道或者地下矿藏开挖的位置安装线缆，使用线缆实现信息的传递。但是由于在隧道挖掘或者矿藏开采的过程中，隧道和矿藏内环境恶劣，各种大型设备和炸药爆破都可能会对线缆造成破坏，导致信息在传递过程中的是不够可靠的，在线缆被破坏而无法传输数据的时候，一旦在隧道或者矿藏内出现有毒有害气体或者易燃易爆气体的时候，隧道内的施工人员无法及时被通知而无法及时撤离，从而导致隧道施工人员安全无法得到保证，基于此，本申请提供的一种信息采集系统，可以通过无线网络传输数据，提高信息传递的可靠性。

需要注意的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1所示，本发明实施例所提供的信息采集系统，包括：传感器10、信号发射装置20、信号接收转发装置30；

其中所述传感器10与所述信号发射装置20电连接；

所述信号发射装置20与所述信号接收转发装置30无线连接；

所述传感器10用于根据外界环境生成相应的感应电信号；

所述信号发射装置20用于将所述感应电信号转化为发射电信号并无线发送至所述信号接收转发装置30；

所述信号接收转发装置30用于无线接收所述发射电信号并无线转发给上位机60。

在具体实现的时候，传感器10可以有多种，例如可以是激光位移计、应变计、裂缝计、瓦斯探测仪、硫化氢探测仪、一氧化碳探测仪、二氧化碳探测仪中的至少一种，传感器10在工作的时候，一般会产生一个频率电信号，该频率电信号在正常状态(即空气中没有含有相应的气体，或者所包含的相应气体的含量在某一阈值以下)下会一直处于一个额定的值，而当空气中传感器10所能够感应到气体的含量增加的时候，该频率电信号的频率会相应增加，这个频率电信号即为感应电信号。传感器10将该频率电信号传递给信号发射装置20，信号发射装置20将该感应电信号转化为发射电信号，并将该发射电信号发送至信号接收转发装置30，在这个过程中，由于信号发射装置20要与信号接收转发装置30之间进行无线通信，发射电信号实则是两者之间进行无线通信时所使用的数据格式。

上述信息采集系统共具有两级无线传输网络，其中一级为信号发射装置与信号接收转发装置之间的无线传输网络，另一级为信号接收转发装置与上位机之间的无线传输网络。

信号发射装置与信息接收转发装置可以有多种无线连接方式，例如信号发射装置与信号接收转发装置通过WIFI、蓝牙、ZigBee、Infrared等2.4G无线传输方式进行信号的交互。而信号接收转发装置30之间则一般通过以太网连接，这样，能够保证信号发射装置和信号接收转发装置之间的信息的近距离可靠传输，又保证了信号接收转发装置和上位机之间远距离信息的可靠传输。同时又保证了两者之间不会相互干扰。

另外，为了保证信息采集的准确性以及及时性，在本发明实施例所一共的信息采集系统中，传感器10至少有一个。每一个传感器10都连接有一个信号发射装置20。多个所述信号发射装置20与一个所述信号接收转发装置30无线连接。

在具体实现的时候，在本发明所提供的信息采集系统中，包括至少一个传感器10，当传感器10只有一个的时候，可以将其安装在开挖位置附近；但是，由于在真实的在建隧道或者开挖的地下矿藏中，开挖条件一般都是比较复杂的，有毒有害气体、易燃易爆气体的泄露位置都是不确定的，而气体的扩散需要一定的时间。如果传感器10距离其气体泄漏的位置过远，当气体扩散到传感器10所在的位置，并被传感器10所感应的时候，往往已经错过了向施工人员发出警报的最佳时机，因此，为了能够在气体泄露之时就能够及时的向施工人员发出警报，一般情况下可以设置多个传感器10，将多个传感器10分别安装在不同的位置，只要其中的一个传感器10感应到异常的情况，就向施工人员发出警报，这样能够让施工人员更加及时的撤离现场，提高安全性。

其中，需要注意的是，由于传感器10可以是多种，而每一种传感器10都至少包括一个。另外，还可以根据实际的需要设置传感器的类型和数量。

本发明实施例所提供的信息采集系统，通过传感器根据外界的环境生成相应的感应电信号之后，传递给与之电连接的信号发射装置。而信号发射装置与信号接收转发装置之间无线连接，信号接收转发装置和上位机之间也无线连接，不会出现隧道或者地下矿藏的大型设备和炸药爆破影响传感器信号的传递，从而提高了信息传递的可靠性，提高施工人员的安全性。

另外，参见图2所示，在本发明实施例所提供的信息采集系统中，所述信号发射装置20包括：

控制器201以及信号发射电路202；

其中，所述控制器201用于将所述感应电信号转化为发射电信号；

所述信号发射电路202用于将所述发射信号发送至所述信号接收转发装置。

在具体实现的时候，控制器201一般为单片机或者CPU。控制器201在接收到传感器10所发出的频率电信号之后，传感器10内部的计数器对对该频率电信号进行计算，即在一定时间内，高低频跳变的次数是多少。该次数信息即为其所采集到的传感器10所发送的感应电信号的具体数据。控制器201将该感应电信号转化为信号发射电路能够识别的发射电信号，然后将该发射电信号传递给信号发射电路202，该信号发射电路202将该发射电信号通过与信号接收转发装置30之间的无线连接发送给所述信号接收转发装置30。

需要注意的是，信号发射电路202与信号接收转发装置30之间采用何种通信协议进行通信，那么控制器201便将该感应电信号转化成何种发射电信号。

另外，由于米一个信号接收转发装置30至少连接一个信号发射装置20，而信号发射装置每一个均要连接一个传感器10。不同的传感器10的安装位置不同，而不同种类的传感器10的工作原理都是类似的，因此，为了区分不同的传感器，也为了能够通过传感器10的安装位置了判断出现有毒有害气体或者易燃易爆气体的位置，在信号发射装置20上还包括：编码装置203；

所述编码装置203与所述控制器201连接；

所述编码装置203用于对与所述控制器连接201的传感器10进行编码，并向所述控制器201发送编码信息；

所述控制器201还用于根据所述感应电信号以及所述编码信息，生成发射电信号。

在具体实现的时候，编码装置203是一个手动或者能够自动控制的包括了高位和低位的编码装置，高位和低位均能够输出至少一位编码信息。该编码信息直接输出给控制器201，事实上，每一个控制器201都连接了一个传感器10，输出给控制器201的编码信息实则就是对于控制器201所连接的传感器10的编码。控制器201在生成发射电信号的过程中，会在生成的发射电信号中携带该编码信息。当上位接收到发射电信号之后，能够从发射电信号中将编码信息解析出来，从而获知究竟是哪一个传感器10所发送的信息。

另外，信号发射装置还包括：隔离电路204。所述隔离电路204设置于所述控制器201以及所述传感器10之间。该隔离电路的作用是对控制器201进行过电保护，一旦在传感器10突然出现了较大的干扰电信号或者传感器10忽然出现了较大的感应电信号，避免这些过大的电信号对控制器201造成冲击。

参见图3、图4、图5所示，本发明实施例还提供一种具体控制器201的电路图，参见图3，控制器包括：型号为STM8S003F3P6的单片机，在单片机的第五、第六管脚，第七、第八管脚，第十一、第十二管脚连接单片机旁路电路。如第五、第六管脚所连接的单片机旁路电路中包括：电阻R24，电容C22和电容C21以及晶振Y1。在第七、第八管脚所连接的单片机旁路电路中包括：电容C9。在第十一、第十二管脚所连接的单片机旁路电路中包括：电阻R4、R22、R23、R2，电容C12，开关S1，光敏二极管D4。

参见图4，编码装置包括：高位拨码开关U8和低位拨码开关U9，其中，高位拨码开关U8包括两路电压输入，分别和两个管脚C连接，第1管脚、第4管脚、第2管脚和第8管脚分别连接电阻R11、R13、R14、R12后接地，且第1管脚和单片机的第1管脚连接，第4管脚和单片机的第16管脚连接，第2管脚和单片机的第15管脚连接，第8管脚和单片机的第12管脚连接。低位拨码开关U9同样包括两路输入电压，分别和两个管脚C连接。第1管脚、第4管脚、第2管脚和第8管脚分别连接电阻R15、R17、R18、R16后接地。且第1管脚和单片机的第19管脚连接，第4管脚和单片机的第20管脚连接，第2管脚和单片机的第16管脚连接，第8管脚和单片机的第17管脚连接。

参见图5，隔离电路204一般包括：光电耦合器U5以及分别与光电耦合器U5的信号输入端和信号输出端连接的电阻R20、R21、R3、R19。需要注意的是，该隔离电路204分别通过电阻R3和电阻R19输出两路电压，两路电压分别为5V和3.3V。在该电路中电阻的阻值可以根据实际的需要进行改变，同时，该隔离电路204所输出的电压还可以是一路、三路、四路等更多，具体可以根据实际的需要进行具体的设置。

另外，信号发射电路202包括：2.4G无线发送单元；

所述2.4G无线信号发送单元还连接有信号发送天线。

在具体实现的时候，2.4G无线发送单元可以和信号发射装置20的其他电路均集成在一起，也可以通过一个转接开关和信号发射装置20的其他电路连接。

参见图6所示，本发明实施例还提供一种信号接收转发装置的具体实施方式，所述信号接收转发装置30包括：

信号接收电路301、信号转换电路302以及第二信号发射电路303；

所述信号接收电路301用于接收所述发射电信号；

所述信号转换电路302用于将所述发射电信号的格式转化为第二信号发射电路能够识别的格式；

所述第二信号发射电路303用于将发射电信号发送至上位机。在具体实现的时候，信号接收转发装置接收发射电信号的时候，通过信号接收电路301接收。信号接收电路301能够与信号发射电路202进行无线通信。而由于信号发射装置20和信号接收转发装置30之间的通信方式不同于信号接收转发装置30和上位机之间的通信方式，因而需要通过信号转换电路302将发射电信号转化为第二信号发射电路303能够识别的信号。而第二信号发射电路303用于将发射电信号发送给上位机。

另外，参见图7所示，在本发明的各个实施例中，还包括降压稳压电路40。所述降压稳压电路40用于输出至少一个电压值；

所述降压稳压电路40分别与所述传感器10、所述信号发射装置20以及所述信号接收转发装置30电连接。

在具体实现的时候，由于传感器10和信号发射装置20电连接，而信号发射装置20与信号接收转发装置30无线连接，因此降压稳压电路40一般至少有两个，每一个信号发射装置20和与其连接的传感器10连接有一个降压稳压电路。而信号接收转发装置30单独连接有一个降压稳压电路40。

参见图8所示，本发明实施例还提供一种降压稳压装置的具体电路图，包括：型号为XL1509-5E1的开关芯片U2，型号为B0505LS的电源模块，型号为LM1117的低压差电压调节器U1，包括其他旁路电路。该电路通过开关JP1输入高电压。在通过上述三个芯片对高电压分别降压、稳压后，对外输出两路5V以及3.3V的电压。

需要注意的是，上述几个电路中(包括图3-图5、图8)，仅仅是本发明所提供的信息采集系统中电路的例子，其并不对本发明所提供的信息采集系统做出任何限定。在上述几个电路中，电路的具体结构可以根据实际的应用做出调整，电器元件的值也可以根据实际需要进行调节。所输出的3.3V和5V仅仅是两个实例，还可以通过调整电路输出其他电压。

另外，参见图9所示，本发明实施例所提供的信息采集系统，还包括：警报装置50；

所述警报装置50用于接收所述上位机60根据所述发射电信号所生成的警报信号，发出警报。

在具体实现的时候，警报装置50直接与上位机60进行无线通信。警报装置50直接安装在在建的隧道内或者地下矿藏内，当上位机60根据发射电信号判断传感器10感应到有毒有害气体或者易燃易爆气体，会直接生成警报信号向警报装置50发送。警报装置50根据该警报信号发出警报。

一般地，该警报信号可以分为多级，多级警报信号可以对施工人眼进行不同的提示。例如，在感应到有易燃易爆气体泄露时，发出的警报会提示施工人员关闭一切机器的电源并及时撤离施工现场。而感应到有毒有害气体的时候，发出的警报会提示施工人员戴上防毒设备后撤离施工现场等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种信息采集系统，其特征在于，包括：传感器、信号发射装置、信号接收转发装置；

其中所述传感器与所述信号发射装置电连接；

所述信号发射装置与所述信号接收转发装置无线连接；

所述传感器用于根据外界环境生成相应的感应电信号；

所述信号发射装置用于将所述感应电信号转化为发射电信号并无线发送至所述信号接收转发装置；

所述信号接收转发装置用于无线接收所述发射电信号并无线转发给上位机。

2.根据权利要求1所述的信息采集系统，其特征在于，所述传感器至少有一个；

每个所述传感器均连接有一个所述信号发射装置；

所有所述信号发射装置与同一个所述信号接收转发装置无线连接。

3.根据权利要求1所述的信息采集系统，其特征在于，所述传感器包括：激光位移计、应变计、裂缝计、瓦斯探测仪、硫化氢探测仪、一氧化碳探测仪、二氧化碳探测仪中至少一种；

每一种传感器均至少有一个。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的信息采集系统，其特征在于，所述信号发射装置包括：

控制器以及信号发射电路；

其中，所述控制器用于将所述感应电信号转化为发射电信号；

所述信号发射电路用于将所述发射信号发送至所述信号接收转发装置。

5.根据权利要求4所述的信息采集系统，其特征在于，所述信号发射装置还包括：编码装置；

所述编码装置与所述控制器连接；

所述编码装置用于对与所述控制器连接的传感器进行编码，并向所述控制器发送编码信息；

所述控制器还用于根据所述感应电信号以及所述编码信息，生成发射电信号。

6.根据权利要求4所述的信息采集系统，其特征在于，所述信号采集电路还包括：隔离电路；

所述隔离电路设置于所述控制器以及所述传感器之间。

7.根据权利要求4所述的信息采集系统，其特征在于，所述信号发射电路包括：2.4G无线发送单元；

所述2.4G无线信号发送单元还连接有信号发送天线。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的信息采集系统，其特征在于，所述信号接收转发装置包括：

信号接收电路、信号转换电路以及第二信号发射电路；

所述信号接收电路用于接收所述发射电信号；

所述信号转换电路用于将所述发射电信号的格式转化为第二信号发射电路能够识别的格式；

所述第二信号发射电路用于将发射电信号发送至上位机。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的信息采集系统，其特征在于，还包括：降压稳压电路；

所述降压稳压电路用于输出至少一个电压值；

所述降压稳压电路分别与所述传感器、所述信号发射装置以及所述信号接收转发装置电连接。

10.根据权利要求1-3任意一项所述的信息采集系统，其特征在于，还包括：警报装置；

所述警报装置用于接收所述上位机根据所述发射电信号所生成的警报信号，发出警报。