CN107881886A - 一种压路机施工质量监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压路机施工质量监测系统，包括终端设备Ⅰ、路由器节点Ⅱ、协调器节Ⅲ、控制中心计算机Ⅳ、服务器Ⅴ，终端设备Ⅰ能够实时地监测振动压路机工作过程中的状态参数，并将采集到的数据通过路由器节点Ⅱ上传至协调器Ⅲ，终端设备Ⅰ、路由器节点Ⅱ与调器节Ⅲ之间采用Zigbee无线通讯技术进行数据传输，协调器节点Ⅲ和控制中心计算机Ⅳ通过RS232转串口芯片进行数据传输，控制中心计算机Ⅳ能够将振动压路机施工过程中振动轮的加速度值、压实前进速度值以及压实路径以图形化的方式显示出来，同时控制中心计算机还可以通过互联网将监测到的数据上传至服务器Ⅴ，方便用户远程查询和分析，能够有效地监控压路机施工质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种压路机施工过程的监测，属于路基施工质量监测领域，具体涉及到一种压路机施工质量监测系统。
背景技术
在高等级公路的铺设过程中，路基的压实质量和压实均匀度直接关系到公路的工程质量。在高等级公路的路基压实过程中，按施工要求，需要开启振动压路机的振动功能，这样主要是为了将振动波传递到被压实的路基材料，使得被压实后的土壤内部空隙减少，提高路面的承载能力、抗渗透能力以及平整度，减少和避免破碎、断裂以及隆起等路面损坏现象，保证路基的压实质量。同时对路基材料的压实遍数也有严格的要求，压实不足和过度压实都会对压实均匀度造成影响。由于公路的建设里程较长，对公路施工过程的监管难度大，存在大量的监管漏洞。目前虽然采取了分段施工和质量抽查的措施，但是还是无法实现全天候实时监管。在实际的施工过程中，部分施工单位为了降低施工成本和加快施工进度，或者施工人员因为振动噪声带来的舒适性等问题，不按规定的压实工艺参数启用振动压实功能，或者私自减少压实遍数，这将直接影响施工质量，导致了高速公路的施工质量堪忧。针对以上问题，有必要采取相应的措施来对道路施工过程中的振动压实进行监测，确保施工质量。
为保证振动压实施工质量和提高公路施工管理的信息化水平，有必要采用性能可靠、交互性好、成本低且能方便供业主和监理查看的压路机施工质量监测系统，对各个标段压路机工作状况进行实时监测，对各处路基压实质量和压实遍数自动统计，作为评价施工单位施工质量的参考依据。在已申请的专利CN203732948U中，公开了《一种基于物联网的路面摊铺及碾压工程质量智能管控装置》，它采用GPRS/GSM进行状态数据的无线传输，由于公共通信网需要向有关部门进行注册申请，而且以传输流量计费，传输速率较低，实现成本较高，所以不适合大面积推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压路机施工质量实时监测系统，能大大减轻工程监管人员的工作强度，提高工作效率，节省人力资源，方便管理，提高监管质量，为评价施工单位的施工质量提供依据，保证工程质量。
本发明技术方案是：一种压路机施工质量监测系统，其特征在于：至少包括终端设备、路由器节点、协调器节点、控制中心计算机、服务器；终端设备、路由器节点以及协调器节点之间采用Zigbee无线网络进行数据传输；协调器和控制中心计算机通过RS232转串口芯片进行通讯；控制中心计算机与服务器网络连接。
所述压路机终端设备包括：振动轮加速度信号采集节点、车速监测节点、GPS定位节点，传感器节点的作用在于采集数据并将压路机的工作状态信息发送给对应的路由器，再由路由去转发给协调器；
所述协调器节点是整个Zigbee网络的核心，主要作用是启动网络配置网络，选择信道与网络ID。同时协调器也用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定。在本系统中，协调器还要负责接收区域内各个传感器节点发送过来的数据，经过处理后再将数据传输至控制中心计算机显示。当Zigbee网络配置启动完成之后，协调器节点变成一个路由器节点；路由器节点主要起到接力作用，各个路由器之间可以相互通信，有效的扩大了信号传输的范围。
所述传感器节点以及所述协调器节点，其特征在于：至少包括：处理器模块、Zigbee无线通信模块、按键和存储器、电源模块。
所述处理器采用CC2530，负责整个网络节点的数据采集、数据处理、任务管理、功耗管理等。最主要的功能是实现两个无线通信设备之间通信安全和可靠通信协议。
该压路机施工质量监测系统包括如下工作流程：
S1、终端设备Ⅰ安装在振动压路机机体上，用于实时采集压路机工作时的状态参数，并将采集到的数据通过ZigBee无线网络上传至路由器节点Ⅱ；
S2、路由器节点Ⅱ安装在固定的监测点，负责接收到区域内终端设备Ⅰ发送的数据包后，再通过ZigBee无线网络选择合适的网络路径将接收到的数据包转发给协调器节点Ⅲ；
S3、协调器节点Ⅲ安装在施工现场指挥中心，协调器节点Ⅲ接收到路由器节点Ⅱ发送的数据包后，再通过转串口芯片RS232将数据包上传至控制中心计算机Ⅳ；
S4、控制中心计算机Ⅳ也安装在施工现场指挥中心，通过RS232转串口芯片和协调器节点Ⅲ连接。控制中心计算机Ⅳ负责将接收到的数据包解码，并将数据以图形化的语言显示在显示屏上。同时控制中心计算机Ⅳ还能通过互联网将处理过的数据发送到服务器Ⅴ，供用户通过互联网远程访问相应的数据。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明通过软件和Zigbee无线网络实现状态数据的不间断采集与传输，无需人工干预；
（2）本发明采用Zigbee无线数据传输方式，其具有稳定可靠，组网便捷，传输速率快等优点；
（3）本实发明采集到的状态数据可实时传输并直接存入计算机，避免了数据的丢失；
（4）本实发明在数据采集过程及参数配置时均通过软件控制实现，节省人力资源。
附图说明
图1为本发明总的总体示意图；
图2为终端设备硬件结构图；
图3为路由器硬件结构图；
图4：协调器硬件结构图；
图5为协调器节点软件设计流程图；
图6为传感器节点软件设计流程图；
图7为Zigbee网络拓扑结构图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明压路机施工质量监测系统具体实施方式进行详细的说明。
图1为发明总体示意图。如图1所示，一种压路机施工质量监测系统，其至少包括五个部分，分别是：终端设备Ⅰ、路由器节点Ⅱ、协调器节点Ⅲ、控制中心计算机Ⅳ、服务器Ⅴ。
终端设备Ⅰ安装在振动压路机机体上，用于实时采集压路机工作时的状态参数，并将采集到的数据通过ZigBee无线网络上传至路由器节点Ⅱ。路由器节点Ⅱ安装在固定的监测点，负责接收到区域内终端设备Ⅰ发送的数据包后，再通过ZigBee无线网络选择合适的网络路径将接收到的数据包转发给协调器节点Ⅲ。协调器节点Ⅲ安装在施工现场指挥中心，协调器节点Ⅲ接收到路由器节点Ⅱ发送的数据包后，再通过转串口芯片RS232将数据包上传至控制中心计算机Ⅳ。控制中心计算机Ⅳ也安装在施工现场指挥中心，通过RS232转串口芯片和协调器节点Ⅲ连接。控制中心计算机Ⅳ负责将接收到的数据包解码，并将数据以图形化的语言显示在显示屏上。同时控制中心计算机Ⅳ还能通过互联网将处理过的数据发送到服务器Ⅴ，供用户通过互联网远程访问相应的数据。
终端设备Ⅰ具体包括：振动轮加速度传感器节点1、速度传感器节点2以及GPS定位模块3。图2是终端设备Ⅰ硬件结构图。
如图2所示，终端设备Ⅰ包括有三轴加速传感器14，霍尔速度传感器15，处理器7，GPS定位节点为GPS定位模块8，存储器为存储器10，RF天线9，电源模块12，按键11，信号调理电路13，当系统开始工作时，通过在振动轮上嵌入磁性件，然后通过霍尔速度传感器15采集振动轮前进过程中的脉冲信号，采集到的信号经过信号调理电路放大滤波后，通过I/O口传入处理器7，处理器7对脉冲信号进行计数，得到振动轮的实际工作速度。同时，三轴加速度传感器14安装在振动轮上，当振动压路机工作时，振动轮产生振动，三轴加速传感器14采集到由于振动轮振动而产生的电势差，不同的振动频率对应不同的电势差，所得电势差经信号调理电路放大滤波后传入处理器7，处理器7通过内部软件程序计算得此刻的瞬时加速度值。GPS定位模块8采用专业集成的GPS模块，通过GPS模块8可以得到振动压路机某段时间内的经纬度值以及方向等定位信息，这些定位信息在程序中经过距离换算，就能得到压路机在这个时段内的工作轨迹。所得振动压路机的工作速度和振动轮加速度值以及工作轨迹数据可以储存在存储器10中，同时也要将数据包通过RF天线9发送给路由器节点Ⅱ。按键11的作用在于在系统出现故障时能初始化系统。电源模块12为整个系统供能，由于终端设备Ⅰ不需要连续工作，没有特定的维持网络结构的责任，在不需要工作的时候可以进入休眠状态，需要工作时再唤醒，因此电源模块12可以采用锂电池供电。
图3是路由器硬件结构图。路由器节点Ⅱ可以包含一个或多个路由器4，所述的路由器4包括有处理器16，RF天线17，存储器18，按键19，电源模块20，调试接口21，当有多个路由器4时，形成一个ZigBee组网，使得网络更加稳定可靠（ZigBee组网网络拓扑结构图如图7所示）。如图3所示，当系统正常工作时，RF天线17检测到终端设备Ⅰ发送的信号时，路由器4开始接收终端设备Ⅰ发送的数据，接收完成后暂时储存在存储器18中。当路由器4从终端设备Ⅰ或者其他路由器设备接收到数据包时，网络层根据程序进行路径选择，选择一个最小成本路径将接收到的数据包继续传递下去，直至转发给协调器Ⅲ。采用路由器节点Ⅱ能够扩大ZigBee网络覆盖范围，增强网络可靠性。由于路由器需要一直处于活动状态以维持网络结构，因此电源模块17需要采用大容量锂电池或固定电源供电。
图4是协调器5硬件结构图。协调器节点Ⅲ有且仅有一个协调器5，负责启动整个网络，协助建立网络中安全层和应用层的绑定。如图4所示，协调器5硬件结构包括：处理器22，RS232转串口芯片23，调试接口24，RF天线25按键26，存储器27以及电源模块28。系统正常工作时，协调器5的RF天线25检测到路由器4发送的信号时，协调器5开始接受来自路由器4发送的数据包，接收的数据包暂时储存在存储器27中。接收完成后，协调器5通过RS232转串口芯片23将数据包上传至控制中心计算机Ⅳ。调试接口24是程序写入接口，通过调试接口24能够对软件程序进行修改和仿真。电源模块28采用固定电源为系统供电。
控制中心计算机Ⅳ可以采用工业计算机6。工业计算机6通过RS232转串口芯片23接收到协调器5上传的数据包后，对数据包进行解码，解码得到振动压路机工作过程的工作速度、振动轮加速度以及位置信息。同时，工业计算机6通过软件程序将振动压路机的工作参数转化成图形化的数据并在显示屏上显示，同时进行储存，供用户进行现场监测和查询。另外，工业计算机6还可以将生成的图形化数据通过互联网上传至服务器Ⅴ，方便用户通过互联网远程查询振动压路机的工作状态。
一种压路机施工质量监测系统可以应用于振动压路机的集群化施工，在只有一个协调器5的情况下，路由器4理论上可以拓展到254个，而相应的终端设备Ⅰ中的传感器节点则可以拓展至65000多个，因此本发明一种压路机施工质量监测系统适用于振动压路机集群化施工时对每一个压路机进行实时状态监测，并且监测数据可靠，数据传输稳定。
以上所述为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何限制，凡是根据本发明实质对以上所述实例进行任何操作，仍属于本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种压路机施工质量监测系统，其特征在于：至少包括有终端设备Ⅰ、路由器节点Ⅱ、协调器节点Ⅲ、控制中心计算机Ⅳ、服务器Ⅴ，所述的终端设备Ⅰ、路由器节点Ⅱ以及协调器节点Ⅲ之间采用Zigbee无线网络进行数据传输；协调器节点Ⅲ和控制中心计算机Ⅳ通过RS232转串口芯片进行通讯；控制中心计算机Ⅳ与服务器Ⅴ网络连接；
所述压路机终端设备Ⅰ包括传感器节点，所述的传感器节点包括有振动轮加速度信号采集节点、车速监测节点、GPS定位节点，所述的传感器节点采集数据并将压路机的工作状态信息发送给对应的路由器节点Ⅱ，再由路由器节点Ⅱ去转发给协调器节点Ⅲ；
所述的协调器节点Ⅲ启动网络配置网络，选择信道与网络ID，同时协助建立网络中安全层和应用层的绑定，所述的协调器节点Ⅲ接收区域内各个传感器节点发送过来的数据，经过处理后再将数据传输至控制中心计算机显示，当Zigbee网络配置启动完成之后，协调器节点变成一个路由器节点，各个路由器节点之间可以相互通信，扩大信号传输的范围。
2.根据权利要求1所述的一种压路机施工质量监测系统，其特征在于：所述的传感器节点以及所述协调器节点Ⅲ，至少包括有处理器模块、Zigbee无线通信模块、按键和存储器、电源模块。
3.根据权利要求2所述的一种压路机施工质量监测系统，其特征在于：所述处理器采用CC2530。
4.根据权利要求1所述的一种压路机施工质量监测系统，其特征在于：包括如下工作流程：
S1、终端设备Ⅰ安装在振动压路机机体上，用于实时采集压路机工作时的状态参数，并将采集到的数据通过ZigBee无线网络上传至路由器节点Ⅱ；
S2、路由器节点Ⅱ安装在固定的监测点，负责接收到区域内终端设备Ⅰ发送的数据包后，再通过ZigBee无线网络选择合适的网络路径将接收到的数据包转发给协调器节点Ⅲ；
S3、协调器节点Ⅲ安装在施工现场指挥中心，协调器节点Ⅲ接收到路由器节点Ⅱ发送的数据包后，再通过转串口芯片RS232将数据包上传至控制中心计算机Ⅳ；
S4、控制中心计算机Ⅳ也安装在施工现场指挥中心，通过RS232转串口芯片和协调器节点Ⅲ连接，控制中心计算机Ⅳ负责将接收到的数据包解码，并将数据以图形化的语言显示在显示屏上，同时控制中心计算机Ⅳ还能通过互联网将处理过的数据发送到服务器Ⅴ，供用户通过互联网远程访问相应的数据。
5.根据权利要求4所述的一种压路机施工质量监测系统，其特征在于：所述的终端设备Ⅰ包括有三轴加速传感器（14），霍尔速度传感器（15），处理器（7），GPS定位节点为GPS定位模块（8），存储器为存储器（10），RF天线（9），电源模块（12），按键（11），信号调理电路（13），所述的S1步骤具体为，当系统开始工作时，通过在振动轮上嵌入磁性件，然后通过霍尔速度传感器（15）采集振动轮前进过程中的脉冲信号，采集到的信号经过信号调理电路放大滤波后，通过I/O口传入处理器（7），处理器（7）对脉冲信号进行计数，得到振动轮的实际工作速度，同时，三轴加速度传感器（14）安装在振动轮上，当振动压路机工作时，振动轮产生振动，三轴加速传感器（14）采集到由于振动轮振动而产生的电势差，不同的振动频率对应不同的电势差，所得电势差经信号调理电路放大滤波后传入处理器（7），处理器（7）通过内部软件程序计算得此刻的瞬时加速度值，GPS定位模块（8）采用专业集成的GPS模块，通过GPS模块（8）可以得到振动压路机某段时间内的经纬度值以及方向等定位信息，这些定位信息在程序中经过距离换算，就能得到压路机在这个时段内的工作轨迹，所得振动压路机的工作速度和振动轮加速度值以及工作轨迹数据可以储存在存储器(10)中，同时也要将数据包通过RF天线(9)发送给路由器节点Ⅱ,按键(11)的作用在于在系统出现故障时能初始化系统,电源模块(12)为整个系统供能，电源模块(12)采用锂电池供电。
6.根据权利要求4或5所述的一种压路机施工质量监测系统，其特征在于：路由器节点Ⅱ包含有一个或多个路由器（4），所述的路由器（4）包括有处理器（16），RF天线（17），存储器（18），按键（19），电源模块（20），调试接口（21）。
7.根据权利要求6所述的一种压路机施工质量监测系统，其特征在于：当有多个路由器（4）时形成一个ZigBee组网，当系统正常工作时，RF天线（17）检测到终端设备Ⅰ发送的信号时，路由器（4）开始接收终端设备Ⅰ发送的数据，接收完成后暂时储存在存储器（18）中，当路由器（4）从终端设备Ⅰ或者其他路由器设备接收到数据包时，网络层根据程序进行路径选择，选择一个最小成本路径将接收到的数据包继续传递下去，直至转发给协调器Ⅲ，电源模块（17）采用大容量锂电池或固定电源供电。
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