CN106292451B - 一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统及工作方法 - Google Patents

一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统及工作方法 Download PDF

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Abstract

一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于它包括控制单元和通讯单元;控制单元包括电源模块、控制模块、GPRS模块、采集模块和传感器模块;其工作方法包括:上电;供电模式切换;采集信号;诊断并显示;数据解析并显示;发送参数设置指令;其优越性在于:装置简单,模块化处理,易于通信,数据定时与实时采集,低功耗;数据采集与传输系统的稳定性好;提高数据采集效率高;④GPRS模块和采集模块可选通,工作时得电,不工作时掉电,使整个数据采集与传输系统处于低功耗模式。

Description

一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统及工作方法
(一)技术领域:
本发明属于控制科学与工程领域,涉及检测技术与自动化装置,通信与信息领域,特别是一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统。
(二)背景技术:
改革开放以来,我国的经济迅猛发展,各项工程建设取得了令人瞩目的巨大成就。但为了保障基础设施建设快速发展的同时,也能保障安全生产,需要不断改进和完善工程领域内的安全监测技术。随着现代电子技术、材料及生产工艺的发展,振弦式传感器技术不断发展日益满足工程应用的要求。目前工程中主要应用振弦式传感器来对压力、应力、渗压、沉降、拉力等关系到系统安全的相关数据进行监测,这些参数需要传感器具有较高的稳定性、精度及输出信号能够长距离传输。而振弦式传感器具有结构简单、精度高、长期稳定性好,并且其输出为频率信号,而频率信号是能获得很高测量精度信号,并且适于长距离传输也不会降低其精度,便于与微机接口,有较强的抗干扰能力,非常适用于桥梁、大坝等工作环境恶劣而技术要求又很高的安全监测环境。
传统的对沉降的观测方法,测量元件包括观测桩、沉降板和沉降杯,虽然成本较低、安装方便。但劳动强度较大,需耗费较大人力,且受人的影响较大。
(三)发明内容:
本发明的目的在于提供一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统及工作方法,它可以克服现有技术的不足,使用振弦传感器,输出为频率值,稳定性好并且可以进行远距离传输,可以对沉降现象进行测量及安全检测;是一种结构简单、操作方便、易于实现的数据采集及传输系统。它通过底层单片机和上位机PC机的联合控制方式,可以实现对单片机的控制,从而来控制振弦传感器的数据采集与传输,并进行参数设置。
本发明的技术方案:一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于它包括控制单元和通讯单元;其中,所述控制单元包括电源模块、控制模块、GPRS模块、采集模块和传感器模块;所述电源模块分别为GPRS模块、控制模块、采集模块和传感器模块提供电源支撑;所述GPRS模块分别与控制模块和通讯单元之间呈双向连接;所述控制模块与采集模块之间呈双向连接;所述采集模块和传感器模块之间呈双向连接方式;所述控制模块的输出端与传感器模块的输入端连接。
所述基于振弦传感器的数据采集与传输系统还包括继电器模块I、继电器模块II、继电器模块III、继电器模块IV、继电器模块V、稳压芯片、二极管、串口通讯电路I、串口通讯电路II、选通电路Ⅰ、选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ、选通电路IV、选通电路V、DC-DC变换器。
所述电源模块的输出端与选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ、继电器模块V以及GPRS模块之间依次呈单向连接;所述GPRS模块分别与通讯单元的通讯显示模块和参数设置模块进行双向数据通讯;所述继电器模块V的输入端还与继电器模块II的输出端以及选通电路V的输出端连接;所述电源模块还与选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ、稳压芯片和控制模块之间依次呈单向连接方式;所述稳压芯片的输出端还分别与串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路II单向连接;所述继电器模块II的输出端还与二极管、继电器模块IV及采集模块依次呈单向连接方式;所述采集模块还与继电器模块I和串口通讯电路II之间分别呈双向连接方式;所述串口通讯电路II与控制模块呈双向连接;所述继电器模块I的输入端接收继电器模块II的输出信号及选通电路I的选通信号,同时还与传感器模块呈双向连接;所述串口通讯电路I与GPRS模块和控制模块之间分别呈双向连接;所述控制模块的输出端与选通电路I的输入端连接;所述控制模块的输出端还分别与选通电路IV的输入端和选通电路V的输入端连接;所述选通电路IV的输出端连接继电器模块IV的输入端。
所述传感器模块是由20路振弦传感器构成;所述继电器模块I是由标号为A—T的20个继电器构成;所述20个振弦传感器与标号为A—T的20个继电器一一对应,所述20个继电器分别通过选通电路Ⅰ接收控制模块的选通管脚的选通控制信号。
所述继电器模块I中的继电器是HUIKE 3.3V继电器。
所述电源模块由太阳能模块和电池模块构成。
所述太阳能模块是由太阳能光伏板和12V蓄电池构成;其中,选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ和选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ构成自动切换电路;太阳能的12V蓄电池输出分别与选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ和DC-DC变换器单向连接;所述DC-DC变换器输出分别与选通电路Ⅱ和选通电路Ⅲ单向连接。
所述电池模块由电池I和电池II构成;所述电池I单向连接继电器模块III;所述电池I依次单向连接选通电路II和继电器模块II;所述继电器模块II的输出分别单向连接继电器模块Ⅰ、稳压芯片和二极管;所述稳压芯片的输出分别单向连接控制模块的单片机、串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路II;所述二极管的输出依次单向连接继电器模块IV和采集模块;所述电池II依次单向连接选通电路III、继电器模块Ⅲ、继电器模块V和GPRS模块。
所述电池I和电池II经过电量采集电路接到控制芯片上;所述电量采集电路是由两个电阻相互串联构成,一端与电池I和电池II连接,一端接地;两个电阻的分压点与控制模块的模拟量采集端口连接。
所述电池I是相互并联的两节18650可充电锂电池,得到电压3.7V;所述电池Ⅱ是相互串联的两节18650可充电锂电池,得到电压7.4V。
所述继电器模块II由一个继电器U构成,所述继电器U是HUIKE 12V继电器;所述继电器模块III由一个继电器V构成,所述继电器V是HUIKE 12V继电器;所述继电器模块IV由一个继电器W构成,所述继电器W是HUIKE3.3V继电器;所述继电器模块V由一个继电器X构成,所述继电器X是HUIKE3.3V继电器。
所述稳压芯片采用SP6641B;所述串口通讯电路I和串口通讯电路II都采用MAX3232。
所述控制模块是美国TI公司生产的MSP430系列的单片机MSP430F149,其工作电压是3.3V,其最小系统电路包括复位电路和时钟电路。
所述GPRS模块是厦门灵旗通信有限公司的LQ1000GPRS DTU芯片,其工作电压为5-15V。
所述采集模块是北京卓越经纬测控技术有限公司的WIN311芯片。
所述通讯单元是由通讯显示模块、参数设置模块和诊断模块构成;所述通讯显示模块与GPRS模块呈双向通讯连接;所述通讯显示模块的输出端分别与诊断模块的输入端及参数设置模块的输入端连接;所述通讯显示模块的输出还可以存储在计算机的数据库Excel中;所述参数设置模块与GPRS模块双向通讯连接。
一种基于振弦传感器的数据采集与传输的工作方法,其特征在于它包括以下步骤:
①给基于振弦传感器的数据采集与传输系统上电,系统可以工作在两种供电模式下,当由电池Ⅰ和电池Ⅱ供电时处于电池供电模式,当由太阳能供电时,处于太阳能供电模式下,根据太阳能的供给情况两种供电模式可自动切换;
②数据采集与传输系统得电之后,控制模块中的MSP430F149单片机控制选通电路IV的选通状态来控制采集模块的供电与否;采集模块上电后,单片机又可以控制选通电路I的选通状态来选择某一路的传感器与采集模块相连,采集模块对相连的振弦传感器加以激振。单片机又通过串口通讯电路II对采集模块发送采集指令,采集模块接收到指令后,就会采集所连传感器的共振频率。连续分时地重复步骤②即可实现20路传感器的频率信号采集;
③采集模块通过串口通讯电路II将共振频率上传给单片机,单片机控制选通电路V的选通状态来控制GPRS模块的供电与否;GPRS模块上电后,单片机将包含20路传感器频率信息的数据包通过串口通讯电路I发送给GPRS模块,GPRS模块将接收到的数据包通过无线通讯模式GPRS以两种数据模式,GPRS数据包和SMS短信两种方式上传给上位机,实现20路传感器频率信号的无线传输;
④上位机接收到GPRS模块发送的数据在通讯单元的诊断模块进行显示原始数据包信息,数据在通讯单元的通讯显示模块进行数据的解析,解析之后振弦传感器采集到的频率值显示在通讯显示模块并存储到上位机数据库的Excel表格中,以便进行沉降数据分析;
⑤另外,上位机可向下位机发送要数据指令:如果控制模块设置的采集指令的采集间隔时间过长,还可在通讯显示模块以无线通讯模式GPRS发送要数据指令,经GPRS模块、串口通讯电路Ⅰ到控制模块,控制模块立即发送采集指令,采集数据过程和数据传输过程与前面所述步骤②③相同,返回振弦传感器采集到的数据到上位机;
⑥上位机可向下位机发送参数设置指令:在通讯单元的参数设置模块,设置各个参数控制工作模式,经过GPRS模块发送到控制模块,修改控制模块的各个控制指令;
⑦现场的沉降指标数据的采集、传输与处理过程重复上述步骤②—⑥。
所述步骤①中的切换是指:
(1)电池Ⅰ和太阳能的切换:太阳能的12V蓄电池输出经由DC-DC模块降压为3.3V,该3.3V输出与选通电路Ⅱ的A点相连,进而使选通电路Ⅱ中的三极管导通,继电器模块Ⅱ线圈得电,常闭触点断开,将电池Ⅰ的3.7V输出端与公共端的连接断开;常开触点闭合,将DC-DC的3.3V输出与公共端连接,从而太阳能12V电源转换出的3.3V就切换掉了电池Ⅰ的3.7V,并代替它提供相应的供电需求;
(2)电池Ⅱ和太阳能的切换,与电池Ⅰ和太阳能的切换过程相似,其中选通电路和继电器模块分别为与之相对应的选通电路Ⅲ和继电器模块Ⅲ;
(3)电池I的3.7V输出和电池II的7.4V输出分别经过相应的采集电路接到控制芯片的AD采集引脚上,可分别测量两个电池的电压值,以便方便观察电池电压,检测系统的供电状态。
本发明的工作原理:本方案所涉及的基于振弦传感器的数据采集与传输系统的工作原理为:本数据采集与传输系统选用MSP430F149单片机作为主控芯片,其具有低电压、超低功耗,处理能力强,开发环境方便高效等优点。单片机可以控制采集模块的供电与否。并在采集模块上电后,单片机又可以选择某一路的传感器与采集模块相连,采集模块采用高压脉冲的方式对所连传感器进行激振。
单片机向采集模块发送采集指令,将所连传感器的频率信号采集上来,并通过GPRS模块上传给上位机。
单片机对采集模块和GPRS模块的供电加以控制,可以实现两个模块在工作时上电,不工作时掉电的功能,进而达到系统低功耗的要求。
控制系统中的上位机软件是以Win7操作系统为开发平台,以VS-2010为开发环境,C#为开发语言,编写出一套以无线通讯模式GPRS和串口通讯方式来接收、显示、发送指令,并能对接收到的数据包信息进行解析、存储的上位机控制软件。该控制系统有两种数据传输模式,一种是通过无线通讯模式GPRS,一种是通过串口模式。无线通讯模式GPRS:该控制软件的开发流程是通过TCP协议通讯,先建立Socket连接,告诉它要监听的IP和端口号,再建立通讯用的Socket,搜索客户端,客户端自动连接到服务器,连接之后创建线程来接收数据包数据。串口模式:用SerialPort来接收和发送数据,接收数据时通过委托。一方面可以接收底层单片机发送的数据包信息可在诊断界面显示原始数据包信息,并在通讯界面显示解析后的数据包数据信息,并存储数据,另一方面可在设置参数界面对单片机采集指令进行设置。通过该软件,可以实现实时显示振弦传感器采集到的频率值,以及对采集模式的参数设置。
参数设置模块的参数设置指令包括编号,传输模式,数据模式,GPRS时间,短信时间,通道数,短信中心。所述编号是指客户端的编号。所述传输模式是指实时在线和低功耗模式。所述数据模式是指GPRS数据、短信数据和GPRS+短信数据。所述GPRS时间是指GPRS数据的传输时间间隔。所述短信时间是指短信数据的传输时间间隔。所述通道数是指单片机选通的传感器的路数。所述短信中心是指发出短信数据的手机号码中心。
本发明的优越性在于:①硬件装置设计简单,模块化处理,易于与计算机通信,实现数据远程传输,便于控制对沉降现场的数据定时与实时采集,实现低功耗;②供电模式采用电池模块供电和太阳能供电,提高整个数据采集与传输系统的稳定性;③采用无线通讯模式GPRS和串口多模式通信,提高数据采集效率,有效减少丢包率;④采用MSP430F149单片机,并且GPRS模块和采集模块可选通,工作时得电,不工作时掉电,使整个数据采集与传输系统处于低功耗模式。
(四)附图说明:
图1为本发明所涉一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统的整体结构框图。
图2为本发明所涉一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统中控制单元的结构示意图。
图3为本发明所涉一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统中电源模块的结构示意图。
图4为本发明所涉一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统中电量采集电路的电路结构示意图。
图5为本发明所涉一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统的系统的通讯单元的结构示意图。
图6为本发明所涉一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统的系统的选通电路的电路结构示意图。
(五)具体实施方式:
实施例:一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于它包括控制单元和通讯单元(见图1);其中,所述控制单元(见图2)包括电源模块、控制模块、GPRS模块、采集模块和传感器模块;所述电源模块分别为GPRS模块、控制模块、采集模块和传感器模块提供电源支撑;所述GPRS模块分别与控制模块和通讯单元之间呈双向连接;所述控制模块与采集模块之间呈双向连接;所述采集模块和传感器模块之间呈双向连接方式;所述控制模块的输出端与传感器模块的输入端连接。
所述基于振弦传感器的数据采集与传输系统还包括继电器模块I、继电器模块II、继电器模块III、继电器模块IV、继电器模块V、稳压芯片、二极管、串口通讯电路I、串口通讯电路II、选通电路Ⅰ、选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ、选通电路IV、选通电路V、DC-DC变换器;
所述电源模块的输出端与选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ、继电器模块V以及GPRS模块之间依次呈单向连接;所述GPRS模块分别与通讯单元的通讯显示模块和参数设置模块进行双向数据通讯;所述继电器模块V的输入端还与继电器模块II的输出端以及选通电路V的输出端连接;所述电源模块还与选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ、稳压芯片和控制模块之间依次呈单向连接方式;所述稳压芯片的输出端还分别与串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路II单向连接;所述继电器模块II的输出端还与二极管、继电器模块IV及采集模块依次呈单向连接方式;所述采集模块还与继电器模块I和串口通讯电路II之间分别呈双向连接方式;所述串口通讯电路II与控制模块呈双向连接;所述继电器模块I的输入端接收继电器模块II的输出信号及选通电路I的选通信号,同时还与传感器模块呈双向连接;所述串口通讯电路I与GPRS模块和控制模块之间分别呈双向连接;所述控制模块的输出端与选通电路I的输入端连接;所述控制模块的输出端还分别与选通电路IV的输入端和选通电路V的输入端连接;所述选通电路IV的输出端连接继电器模块IV的输入端。
所述传感器模块是由20路振弦传感器构成;所述继电器模块I是由标号为A—T的20个继电器构成;所述20个振弦传感器与标号为A—T的20个继电器一一对应,所述20个继电器分别通过选通电路Ⅰ接收控制模块的选通管脚的选通控制信号。
所述继电器模块I中的继电器是HUIKE 3.3V继电器。
所述电源模块(见图3)由太阳能模块和电池模块构成。
所述太阳能模块是由太阳能光伏板和12V蓄电池构成;其中,选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ和选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ构成自动切换电路;太阳能的12V蓄电池输出分别与选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ和DC-DC变换器单向连接;所述DC-DC变换器输出分别与选通电路Ⅱ和选通电路Ⅲ单向连接。
所述电池模块由电池I和电池II构成;所述电池I单向连接继电器模块III;所述电池I依次单向连接选通电路II和继电器模块II;所述继电器模块II的输出分别单向连接继电器模块Ⅰ、稳压芯片和二极管;所述稳压芯片的输出分别单向连接控制模块的单片机、串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路II;所述二极管的输出依次单向连接继电器模块IV和采集模块;所述电池II依次单向连接选通电路III、继电器模块Ⅲ、继电器模块V和GPRS模块。
所述电池I和电池II经过电量采集电路(见图4)接到控制芯片上;所述电量采集电路是由两个电阻相互串联构成,一端与电池I和电池II连接,一端接地;两个电阻的分压点与控制模块的模拟量采集端口连接。
所述电池I是相互并联的两节18650可充电锂电池,得到电压3.7V;所述电池Ⅱ是相互串联的两节18650可充电锂电池,得到电压7.4V。
所述继电器模块II由一个继电器U构成,所述继电器U是HUIKE 12V继电器;所述继电器模块III由一个继电器V构成,所述继电器V是HUIKE 12V继电器;所述继电器模块IV由一个继电器W构成,所述继电器W是HUIKE3.3V继电器;所述继电器模块V由一个继电器X构成,所述继电器X是HUIKE3.3V继电器。
所述稳压芯片采用SP6641B;所述串口通讯电路I和串口通讯电路II都采用MAX3232。
所述控制模块是美国TI公司生产的MSP430系列的单片机MSP430F149,其工作电压是3.3V,其最小系统电路包括复位电路和时钟电路。
所述GPRS模块是厦门灵旗通信有限公司的LQ1000GPRS DTU芯片,其工作电压为5-15V。
所述采集模块是北京卓越经纬测控技术有限公司的WIN311芯片。
所述通讯单元(见图5)是由通讯显示模块、参数设置模块和诊断模块构成;所述通讯显示模块与GPRS模块呈双向通讯连接;所述通讯显示模块的输出端分别与诊断模块的输入端及参数设置模块的输入端连接;所述通讯显示模块的输出还可以存储在计算机的数据库Excel中;所述参数设置模块与GPRS模块双向通讯连接。
一种基于振弦传感器的数据采集与传输的工作方法,其特征在于它包括以下步骤:
①给基于振弦传感器的数据采集与传输系统上电,系统可以工作在两种供电模式下,当由电池Ⅰ和电池Ⅱ供电时处于电池供电模式,当由太阳能供电时,处于太阳能供电模式下,根据太阳能的供给情况两种供电模式可自动切换;
②数据采集与传输系统得电之后,控制模块中的MSP430F149单片机控制选通电路IV的选通状态来控制采集模块的供电与否。采集模块上电后,单片机又可以控制选通电路I的选通状态来选择某一路的传感器与采集模块相连,采集模块对相连的振弦传感器加以激振。单片机又通过串口通讯电路II对采集模块发送采集指令,采集模块接收到指令后,就会采集所连传感器的共振频率。连续分时地重复步骤②即可实现20路传感器的频率信号采集;
③采集模块通过串口通讯电路II将共振频率上传给单片机,单片机控制选通电路V的选通状态来控制GPRS模块的供电与否。GPRS模块上电后,单片机将包含20路传感器频率信息的数据包通过串口通讯电路I发送给GPRS模块,GPRS模块将接收到的数据包通过无线通讯模式GPRS以两种数据模式,GPRS数据包和SMS短信两种方式上传给上位机,实现20路传感器频率信号的无线传输;
④上位机接收到GPRS模块发送的数据在通讯单元的诊断模块进行显示原始数据包信息,数据在通讯单元的通讯显示模块进行数据的解析,解析之后振弦传感器采集到的频率值显示在通讯显示模块并存储到上位机数据库的Excel表格中,以便进行沉降数据分析;
⑤另外,上位机可向下位机发送要数据指令:如果控制模块设置的采集指令的采集间隔时间过长,还可在通讯显示模块以无线通讯模式GPRS发送要数据指令,经GPRS模块、串口通讯电路Ⅰ到控制模块,控制模块立即发送采集指令,采集数据过程和数据传输过程与前面所述步骤②③相同,返回振弦传感器采集到的数据到上位机;
⑥上位机可向下位机发送参数设置指令:在通讯单元的参数设置模块,设置各个参数控制工作模式,经过GPRS模块发送到控制模块,修改控制模块的各个控制指令。
⑦现场的沉降指标数据的采集、传输与处理过程重复上述步骤②—⑥。
所述步骤①中的切换是指:
(1)电池Ⅰ和太阳能的切换:太阳能的12V蓄电池输出经由DC-DC模块降压为3.3V,该3.3V输出与选通电路Ⅱ(见图6)的A点相连,进而使选通电路Ⅱ中的三极管导通,继电器模块Ⅱ线圈得电,常闭触点断开,将电池Ⅰ的3.7V输出端与公共端的连接断开;常开触点闭合,将DC-DC的3.3V输出与公共端连接,从而太阳能12V电源转换出的3.3V就切换掉了电池Ⅰ的3.7V,并代替它提供相应的供电需求;
(2)电池Ⅱ和太阳能的切换,与电池Ⅰ和太阳能的切换过程相似,其中选通电路和继电器模块分别为与之相对应的选通电路Ⅲ和继电器模块Ⅲ;
(3)电池I的3.7V输出和电池II的7.4V输出分别经过相应的采集电路接到控制芯片的AD采集引脚上,可分别测量两个电池的电压值,以便方便观察电池电压,检测系统的供电状态。

Claims (9)

1.一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于它包括控制单元和通讯单元;其中,所述控制单元包括电源模块、控制模块、GPRS模块、采集模块和传感器模块;所述电源模块分别为GPRS模块、控制模块、采集模块和传感器模块提供电源支撑;所述GPRS模块分别与控制模块和通讯单元之间呈双向连接;所述控制模块与采集模块之间呈双向连接;所述采集模块和传感器模块之间呈双向连接方式;所述控制模块的输出端与传感器模块的输入端连接;
所述基于振弦传感器的数据采集与传输系统还包括继电器模块Ⅰ、继电器模块Ⅱ、继电器模块Ⅲ、继电器模块Ⅳ、继电器模块Ⅴ、稳压芯片、二极管、串口通讯电路Ⅰ、串口通讯电路Ⅱ、选通电路Ⅰ、选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ、选通电路Ⅳ、选通电路Ⅴ、DC-DC变换器;
所述电源模块的输出端与选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ、继电器模块Ⅴ以及GPRS模块之间依次呈单向连接;所述GPRS模块分别与通讯单元的通讯显示模块和参数设置模块进行双向数据通讯;所述继电器模块Ⅴ的输入端还与继电器模块Ⅱ的输出端以及选通电路Ⅴ的输出端连接;所述电源模块还与选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ、稳压芯片和控制模块之间依次呈单向连接方式;所述稳压芯片的输出端还分别与串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路Ⅱ单向连接;所述继电器模块Ⅱ的输出端还与二极管、继电器模块Ⅳ及采集模块依次呈单向连接方式;所述采集模块还与继电器模块Ⅰ和串口通讯电路Ⅱ之间分别呈双向连接方式;所述串口通讯电路Ⅱ与控制模块呈双向连接;所述继电器模块Ⅰ的输入端接收继电器模块Ⅱ的输出信号及选通电路Ⅰ的选通信号,同时还与传感器模块呈双向连接;所述串口通讯电路Ⅰ与GPRS模块和控制模块之间分别呈双向连接;所述控制模块的输出端与选通电路Ⅰ的输入端连接;所述控制模块的输出端还分别与选通电路Ⅳ的输入端和选通电路Ⅴ的输入端连接;所述选通电路Ⅳ的输出端连接继电器模块Ⅳ的输入端。
2.根据权利要求1所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于所述传感器模块是由20路振弦传感器构成;所述继电器模块Ⅰ是由标号为A—T的20个继电器构成;所述20个振弦传感器与标号为A—T的20个继电器一一对应,所述20个继电器分别通过选通电路Ⅰ接收控制模块的选通管脚的选通控制信号。
3. 根据权利要求1所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于所述电源模块由太阳能模块和电池模块构成;所述太阳能模块是由太阳能光伏板和12V蓄电池构成;其中,选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ和选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ构成自动切换电路;太阳能的12V蓄电池输出分别与选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ和DC-DC变换器单向连接;所述DC-DC变换器输出分别与选通电路Ⅱ和选通电路Ⅲ单向连接;所述电池模块由电池Ⅰ和电池Ⅱ构成;所述电池Ⅰ单向连接继电器模块Ⅲ;所述电池Ⅰ依次单向连接选通电路Ⅱ和继电器模块Ⅱ;所述继电器模块Ⅱ的输出分别单向连接继电器模块Ⅰ、稳压芯片和二极管;所述稳压芯片的输出分别单向连接控制模块的单片机、串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路Ⅱ;所述二极管的输出依次单向连接继电器模块Ⅳ和采集模块;所述电池Ⅱ依次单向连接选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ、继电器模块Ⅴ和GPRS模块;所述电池Ⅰ和电池Ⅱ经过电量采集电路接到控制芯片上;所述电量采集电路是由两个电阻相互串联构成,一端与电池Ⅰ和电池Ⅱ连接,一端接地;两个电阻的分压点与控制模块的模拟量采集端口连接。
4.根据权利要求3所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于所述电池Ⅰ是相互并联的两节18650可充电锂电池,得到电压3.7V;所述电池Ⅱ是相互串联的两节18650可充电锂电池,得到电压7.4V。
5. 根据权利要求3所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于所述继电器模块Ⅰ中的继电器是HUIKE 3.3V继电器;所述电源模块由太阳能模块和电池模块构成;所述继电器模块Ⅱ由一个继电器U构成,所述继电器U是HUIKE 12V继电器;所述继电器模块Ⅲ由一个继电器V构成,所述继电器V是HUIKE 12V继电器;所述继电器模块Ⅳ由一个继电器W构成,所述继电器W是HUIKE 3.3V继电器;所述继电器模块Ⅴ由一个继电器X构成,所述继电器X是HUIKE 3.3V继电器。
6.根据权利要求3所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于所述稳压芯片采用SP6641B;所述串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路Ⅱ都采用MAX3232。
7. 根据权利要求1所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统,其特征在于所述控制模块是美国TI公司生产的MSP430系列的单片机MSP430F149,其工作电压是3.3V,其最小系统电路包括复位电路和时钟电路;所述GPRS模块是厦门灵旗通信有限公司的LQ1000GPRS DTU芯片,其工作电压为5-15V;所述采集模块是北京卓越经纬测控技术有限公司的WIN311芯片;所述通讯单元是由通讯显示模块、参数设置模块和诊断模块构成;所述通讯显示模块与GPRS模块呈双向通讯连接;所述通讯显示模块的输出端分别与诊断模块的输入端及参数设置模块的输入端连接;所述通讯显示模块的输出还可以存储在计算机的数据库Excel中;所述参数设置模块与GPRS模块双向通讯连接。
8.一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统的工作方法,其特征在于它包括以下步骤:
①给基于振弦传感器的数据采集与传输系统上电,系统可以工作在两种供电模式下,当由电池Ⅰ和电池Ⅱ供电时处于电池供电模式,当由太阳能供电时,处于太阳能供电模式下,根据太阳能的供给情况两种供电模式可自动切换;
②数据采集与传输系统得电之后,控制模块中的MSP430F149单片机控制选通电路Ⅳ的选通状态来控制采集模块的供电与否;采集模块上电后,单片机又可以控制选通电路Ⅰ的选通状态来选择某一路的传感器与采集模块相连,采集模块对相连的振弦传感器加以激振;单片机又通过串口通讯电路Ⅱ对采集模块发送采集指令,采集模块接收到指令后,就会采集所连传感器的共振频率;连续分时地重复步骤②即可实现20路传感器的频率信号采集;
③采集模块通过串口通讯电路Ⅱ将共振频率上传给单片机,单片机控制选通电路Ⅴ的选通状态来控制GPRS模块的供电与否;GPRS模块上电后,单片机将包含20路传感器频率信息的数据包通过串口通讯电路Ⅰ发送给GPRS模块,GPRS模块将接收到的数据包通过无线通讯模式GPRS以两种数据模式,GPRS数据包和SMS短信两种方式上传给上位机,实现20路传感器频率信号的无线传输;
④上位机接收到GPRS模块发送的数据在通讯单元的诊断模块进行显示原始数据包信息,数据在通讯单元的通讯显示模块进行数据的解析,解析之后振弦传感器采集到的频率值显示在通讯显示模块并存储到上位机数据库的Excel表格中,以便进行沉降数据分析;
另外,上位机可向下位机发送要数据指令:如果控制模块设置的采集指令的采集间隔时间过长,还可在通讯显示模块以无线通讯模式GPRS发送要数据指令,经GPRS模块、串口通讯电路Ⅰ到控制模块,控制模块立即发送采集指令,采集数据过程和数据传输过程与前面所述步骤②③相同,返回振弦传感器采集到的数据到上位机;
上位机可向下位机发送参数设置指令:在通讯单元的参数设置模块,设置各个参数控制工作模式,经过GPRS模块发送到控制模块,修改控制模块的各个控制指令;
现场的沉降指标数据的采集、传输与处理过程重复上述步骤②—
9.根据权利要求8所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统的工作方法,其特征在于所述步骤①中的切换是指:
(1)电池Ⅰ和太阳能的切换:太阳能的12V蓄电池输出经由DC-DC模块降压为3.3V,该3.3V输出与选通电路Ⅱ的A点相连,进而使选通电路Ⅱ中的三极管导通,继电器模块Ⅱ线圈得电,常闭触点断开,将电池Ⅰ的3.7V输出端与公共端的连接断开;常开触点闭合,将DC-DC的3.3V输出与公共端连接,从而太阳能12V电源转换出的3.3V就切换掉了电池Ⅰ的3.7V,并代替它提供相应的供电需求;
(2)电池Ⅱ和太阳能的切换,与电池Ⅰ和太阳能的切换过程相似,其中选通电路和继电器模块分别为与之相对应的选通电路Ⅲ和继电器模块Ⅲ;
(3)电池Ⅰ的3.7V输出和电池Ⅱ的7.4V输出分别经过相应的采集电路接到控制芯片的AD采集引脚上,可分别测量两个电池的电压值,以便方便观察电池电压,检测系统的供电状态。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107086620A (zh) * 2017-04-28 2017-08-22 华电电力科学研究院 一种分布式能源控制系统
CN107703885A (zh) * 2017-10-22 2018-02-16 成都具鑫机械设备有限公司 一种基于无线传感网络的数控机床控制系统
CN114296370A (zh) * 2021-11-30 2022-04-08 广西科学院 基于can总线控制的多路磁通量传感器测量装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201787958U (zh) * 2010-08-18 2011-04-06 无锡职业技术学院 基于can总线的多通道振弦式传感器信号采集卡
CN102607403A (zh) * 2012-03-27 2012-07-25 重庆交通大学 用于振弦应变数据采集的单缆采集方法、单缆结构及系统
CN202488496U (zh) * 2012-03-01 2012-10-10 北京交通大学 一种远程全自动多路振弦传感器信号采集与传输装置
CN103149917A (zh) * 2013-03-25 2013-06-12 广东省水利电力勘测设计研究院 基于无线传感器网络的水工安全监测系统
CN204086219U (zh) * 2014-09-22 2015-01-07 东北大学 一种桥梁健康监测系统
CN206224176U (zh) * 2016-09-14 2017-06-06 天津理工大学 一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3073681B2 (ja) * 1995-12-27 2000-08-07 株式会社光研 多点同時計測システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201787958U (zh) * 2010-08-18 2011-04-06 无锡职业技术学院 基于can总线的多通道振弦式传感器信号采集卡
CN202488496U (zh) * 2012-03-01 2012-10-10 北京交通大学 一种远程全自动多路振弦传感器信号采集与传输装置
CN102607403A (zh) * 2012-03-27 2012-07-25 重庆交通大学 用于振弦应变数据采集的单缆采集方法、单缆结构及系统
CN103149917A (zh) * 2013-03-25 2013-06-12 广东省水利电力勘测设计研究院 基于无线传感器网络的水工安全监测系统
CN204086219U (zh) * 2014-09-22 2015-01-07 东北大学 一种桥梁健康监测系统
CN206224176U (zh) * 2016-09-14 2017-06-06 天津理工大学 一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统

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