CN109443517A - 用于测量桥梁桥面车速的无线4g噪声传感器及传感方法 - Google Patents

用于测量桥梁桥面车速的无线4g噪声传感器及传感方法 Download PDF

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侯士通
吴刚
蒋剑彪
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Beijing Texida Research & Development Of Technology Co Ltd
Southeast University
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Beijing Texida Research & Development Of Technology Co Ltd
Southeast University
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    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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    • G—PHYSICS
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    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开了一种用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器，包括麦克风模块，麦克风模块采集周边环境的噪声信号并发送给MCU核心板，MCU核心板对噪声信号进行A/D转换并将转换后的噪声信号发送给4G无线通信模块，4G无线通信模块与云端服务器之间进行通信。本发明还公开了采用该传感器的传感方法。本发明通过4G无线通信模块，结合麦克风模块，实现对桥梁桥面车速的测量。本发明有效解决了当前有线设备传输距离有限，现场设备管理成本高的问题。并且，采用无线传输方式，建立TCP协议传输数据至云端服务器，能够实现集群、大规模监测目的，实现数据集中管理。

Description

用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器及传感方法
技术领域
本发明涉及无线4G噪声传感器，特别是涉及用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器及传感方法。
背景技术
随着我国桥梁建设进程不断加快，桥梁基数不断加大，既有桥梁逐步出现巨大管养需求。其中，超速超载是当前桥梁出现损伤的重要原因，如何动态了解桥面车流量、识别桥面车速与荷载很有必要。
传统车流量计算方法多样，如监控设备，红外激光雷达等，其存在设备成本高，安装复杂且维护困难等问题，有线设备的现场布线与管理也是需要考虑的重点难题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种成本低、安装简单且维护容易的用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器及传感方法。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器，包括麦克风模块，麦克风模块采集周边环境的噪声信号并发送给MCU核心板，MCU核心板对噪声信号进行A/D转换并将转换后的噪声信号发送给4G无线通信模块，4G无线通信模块与云端服务器之间进行通信。
进一步，还包括供能模块，供能模块为MCU核心板供电。
进一步，所述MCU核心板为STM32单片机。
进一步，所述麦克风模块采用MAX9812模块。
进一步，所述4G无线通信模块按照200-500Hz的频率定时将传感器ID、噪声信号和时间打包，通过TCP/IP协议向云端服务器的指定IP和端口按照固定时间间隔发送。
采用本发明所述的用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器的传感方法，包括以下步骤：
S1：麦克风模块采集周边环境的噪声信号并发送给MCU核心板；
S2：MCU核心板对噪声信号进行A/D转换并将转换后的噪声信号发送给4G无线通信模块；
S3：4G无线通信模块与云端服务器之间进行通信。
有益效果：本发明公开了一种用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器及传感方法，通过4G无线通信模块，结合麦克风模块，实现对桥梁桥面车速的测量。本发明有效解决了当前有线设备传输距离有限，现场设备管理成本高的问题。并且，采用无线传输方式，建立TCP协议传输数据至云端服务器，能够实现集群、大规模监测目的，实现数据集中管理。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中无线4G噪声传感器的框图；
图2为本发明具体实施方式中无线4G噪声传感器的布设示意图；
图3为本发明具体实施方式中数据采集的示意图；
图4为本发明具体实施方式中方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器，如图1所示，包括麦克风模块，麦克风模块采集周边环境的噪声信号并发送给MCU核心板，MCU核心板对噪声信号进行A/D转换并将转换后的噪声信号发送给4G无线通信模块，4G无线通信模块按照200-500Hz的频率定时将传感器ID、噪声信号和时间打包，通过TCP/IP协议向云端服务器的指定IP和端口按照固定时间间隔发送。还包括供能模块，供能模块为MCU核心板供电。
(1)MCU核心板
MCU核心板为STM32单片机，采用CORTEX-M3芯片，144P引脚、提供复位按钮与串口外接插针。该核心板主要实现高频数据处理，接收麦克风模块的高频数据，并将数据打包，生成AT指令发送至4G无线通信模块，同时通过串口发送至串口工具，方便数据校准与调试。。
(2)4G无线通信模块
采用4GDTU透传模块USR-LTE-7S4，该模块符合全网通要求，能够利用现有移动、联通及电信网络进行远程数据传输。模块与MCU核心板连接，通过UART与MCU核心板通信，4G与远程后台通信。支持AT指令模式，建立TCP模式向指定IP与端口发送数据。
(3)麦克风模块
采用MAX9812模块，支持3.3V供电方式，使用电压3～5V，单输入20dB增益麦克风放大芯片，工作电流为230微安，关断模式可降至100纳安。采用低功耗设计，用于采集周边环境噪声信号，输出信号为电压信号。
(4)供能模块
采用USB口为MCU核心板提供3.3V工作电压。
本具体实施方式还公开了采用上述无线4G噪声传感器的传感方法，如图4所示，包括以下步骤：
S1：麦克风模块采集周边环境的噪声信号并发送给MCU核心板；
S2：MCU核心板对噪声信号进行A/D转换并将转换后的噪声信号发送给4G无线通信模块；
S3：4G无线通信模块与云端服务器之间进行通信。
识别车辆的基本原理为：
首先根据数据的时域图识别数据波峰与对应的时间点，假定当前波峰时间点为t1，下一波峰时间点为t2，已知设定的两个无线麦克风间距为5M，则依据时域分析得到的车速结果v为：
无线4G噪声传感器布设在桥面车道两侧，如图2所示，每个传感器设定ID标识。图3为传感器采集的噪声信号的示意图。

Claims (6)

1.用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器，其特征在于：包括麦克风模块，麦克风模块采集周边环境的噪声信号并发送给MCU核心板，MCU核心板对噪声信号进行A/D转换并将转换后的噪声信号发送给4G无线通信模块，4G无线通信模块与云端服务器之间进行通信。
2.根据权利要求1所述的用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器，其特征在于：还包括供能模块，供能模块为MCU核心板供电。
3.根据权利要求1所述的用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器，其特征在于：所述MCU核心板为STM32单片机。
4.根据权利要求1所述的用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器，其特征在于：所述麦克风模块采用MAX9812模块。
5.根据权利要求1所述的用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器，其特征在于：所述4G无线通信模块按照200-500Hz的频率定时将传感器ID、噪声信号和时间打包，通过TCP/IP协议向云端服务器的指定IP和端口按照固定时间间隔发送。
6.采用根据权利要求1所述的用于测量桥梁桥面车速的无线4G噪声传感器的传感方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：麦克风模块采集周边环境的噪声信号并发送给MCU核心板；
S2：MCU核心板对噪声信号进行A/D转换并将转换后的噪声信号发送给4G无线通信模块；
S3：4G无线通信模块与云端服务器之间进行通信。
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