CN109781572B - 一种集料试验的实时监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集料试验的实时监控系统及方法，包括电子天平、数据采集终端、试验数据处理模块、上位机、监控装置和远程服务器；数据采集终端一端连接电子天平的RS232串口，另一端连接试验数据处理模块，试验数据处理模块设置在上位机内部，上位机和监控装置均通过互联网与远程服务器连接。给试验样品编号，设置储存格式，传输实时信息至远程服务器；测量试验样品各阶段的重量数据并传输至数据采集终端后传输至试验数据处理模块，按照储存格式储存生成试验数据；将试验数据传输至远程服务器，进行分析处理生成试验报告。实现了对于集料试验的试验数据和试验过程的透明化管理，最大限度的保证了试验数据的真实性并提高了工程施工管理水平。

Description

一种集料试验的实时监控系统及方法

技术领域

本发明属于公路建设领域，涉及一种集料试验的实时监控系统及方法。

背景技术

随着我国公路建设事业的蓬勃发展，水泥混凝土和沥青混合料的使用量逐年增加。集料作为在混合料中起骨架和填充作用的粒料，其质量对所制成混凝土的性能影响很大。其中粗、细集料的级配不良会使混凝土拌合物的和易性下降；粗集料的力学性能不合格将会极大影响工程质量。因此为满足公路工程对集料质量的要求，我国出台了相关规范要求对集料进行粗集料的压碎值试验和粗、细集料的筛分试验，对于试验结果不符合标准的集料要及时退场以免影响工程质量。粗集料的压碎值试验是用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，粗、细集料的筛分试验是用于测定集料的颗粒组成。

现行的粗集料的压碎值试验和粗、细集料筛分试验的试验数据管理模式主要是人工录入，本地存储的方式。这种模式无法满足业主对试验数据的实时查阅和历史溯源，同时存在人为修改试验数据的可能，这在很大程度上将影响工程质量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种集料试验的实时监控系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种集料试验的实时监控系统，包括电子天平、数据采集终端、试验数据处理模块、上位机、监控装置和远程服务器；数据采集终端一端连接电子天平的RS232串口，另一端连接试验数据处理模块，试验数据处理模块设置在上位机内部，上位机和监控装置均通过互联网与远程服务器连接；其中：

电子天平用于测量并采集集料试验中样品的重量数据并将重量数据传输给数据采集终端；

数据采集终端用于接收和存储电子天平传输的重量数据，并将重量数据传输给上位机；

试验数据处理模块用于将上位机接收的数据采集终端传输的重量数据按照预定的格式储存为试验数据；

上位机用于将试验数据传输给远程服务器；

监控装置用于采集试验现场的试验信息并将试验信息传输给远程服务器；

远程服务器用于接收、存储和处理上位机发送来的试验数据并生成试验报告，并接收、存储和显示监控装置传输的试验信息。

本发明进一步的改进在于：

电子天平有两个且两个电子天平的量程不同；所述监控装置为摄像头。

两个电子天平分别为LT15KA-1电子天平和LT3KA-1电子天平；所述摄像头为DS-2CD3410FD-IW无线网络摄像头。

实时监控系统还包括扬声器和麦克风；扬声器与监控装置的音频输出接口连接，麦克风与监控装置的音频输入接口连接；扬声器和麦克风均通过监控装置与远程服务器进行数据交互。

扬声器为DS-925型吸顶扬声器，所述麦克风SY-100A型麦克风。

数据采集终端包括单片机和按键；按键与单片机的复位接口连接，单片机一端连接电子天平的RS232串口，另一端连接试验数据处理模块。

实时监控系统还包括报警模块和移动终端；报警模块设置在远程服务器内部，移动终端通过互联网与远程服务器连接；其中：

报警模块用于检测远程服务器接收的试验数据并在检测到试验数据异常时生成警告信息，并将警告信息发送至移动终端和远程服务器；

移动终端用于接收远程服务器下发的警告信息并能够通过互联网与远程服务器进行信息交互。

移动终端为电子计算机或手机。

本发明还公开了一种集料试验的实时监控方法，包括以下步骤：

S1：给试验样品编号，通过上位机在试验数据处理模块上设置重量数据储存格式，打开监控装置开始采集试验信息并将试验信息实时传输至远程服务器；

S2：通过电子天平测量试验样品在试验过程中各阶段的重量数据，并将重量数据传输至数据采集终端；

S3：通过数据采集终端将重量数据正确传输至试验数据处理模块，试验数据处理模块按照S1设置的储存格式将重量数据储存生成试验数据；

S4：上位机将试验数据处理模块存储的试验数据通过互联网传输至远程服务器；通过远程服务器内部的报警模块检测试验数据，当检测到异常数据时，报警模块生成警告信息发送至移动终端和远程服务器；当未检测到异常数据时，通过远程服务器处理试验数据生成有试验样品编号的试验报告并储存。

S3的具体方法为：

通过数据采集终端将重量数据传输至试验数据处理模块，当重量数据未正确传输至试验数据处理模块时，通过点击数据采集终端复位接口连接的按键再次将重量数据传输至试验数据处理模块，直至重量数据正确传输；然后试验数据处理模块按照S1设置的储存格式将重量数据储存生成试验数据。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过电子天平、数据采集终端和试验数据处理模块实现对粗集料压碎值试验和粗、细集料筛分试验重量数据的自动采集与上传；通过在集料试验室安装监控装置，并将监控信息实时传输给远程服务器，实现对试验人员试验过程的实时监控。通过远程服务器对试验数据进行分析、存储和处理生成试验报告并储存；方便实时和随时浏览集料试验的试验数据和监控信息。实现了对于集料试验的试验数据和试验过程的透明化管理，最大限度的保证了试验数据的真实性并提高了工程施工管理水平。

进一步的，选取两个量程不同的电子天平，在试验样品处于不同试验阶段时重量数据相差较大的情况下，仍然能够保证较高的测量精度。

进一步的，设置扬声器和麦克风，发现现场操作过程不符合规范时，可以通过语音对讲功能及时进行沟通，快速解决问题。

进一步的，数据采集终端采用单片机和按键组合的形式，且按键与单片机的复位接口连接，在数据没有正常上传时，可以通过按下按键从新上传数据，提高整个系统的稳定性。

进一步的，设置报警模块和移动终端，在检测到试验数据异常时生成警告信息，并将警告信息发送至移动终端和远程服务器，使试验数据异常得到及时处理，移动终端能够通过互联网与远程服务器进行信息交互，可以随时、随地查看试验数据报告，方便进行管理。

本发明集料试验的实时监控方法，通过电子天平测量试验样品在试验过程中各阶段的重量数据，并实时传输至数据采集终端，再由数据采集终端和试验数据处理模块进行简单的初步处理后，传输至远程服务器，通过远程服务器内部的报警模块检测试验数据，确保试验数据符合规范，并通过远程服务器分析和处理生成试验报告并储存。同时，通过监控装置实时采集试验信息并将试验信息实时传输至远程服务器，实现了对于集料试验的试验数据和试验过程的透明化管理，最大限度的保证了试验数据的真实性并提高了工程施工管理水平。

附图说明

图1为本发明的集料试验实时监控系统的原理图；

图2为本发明的集料试验实时监控方法流程图；

图3为本发明的粗集料压碎值试验流程图；

图4为本发明的粗集料筛分试验流程图；

图5为本发明的细集料筛分试验流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明一种集料试验的实时监控系统，包括电子天平、数据采集终端、试验数据处理模块、上位机、监控装置、远程服务器、扬声器、麦克风、报警模块和移动终端；数据采集终端一端连接电子天平的RS232串口，另一端连接试验数据处理模块，试验数据处理模块设置在上位机内部，上位机和监控装置均通过互联网与远程服务器连接；监控装置为摄像头；扬声器与监控装置的音频输出接口连接，麦克风与监控装置的音频输入接口连接；扬声器和麦克风均通过监控装置与远程服务器进行数据交互；数据采集终端包括单片机和按键，按键与单片机的复位接口连接，单片机一端连接电子天平的RS232串口，另一端连接试验数据处理模块；报警模块设置在远程服务器内部，移动终端通过互联网与远程服务器连接；移动终端为电子计算机或手机。其中：

电子天平用于测量并采集集料试验中样品的重量数据并将重量数据传输给数据采集终端；由于所采集的重量数据有大有小，为了确保测量精度选取了两个不同量程的电子天平来进行重量数据采集。数据采集终端用于接收和存储电子天平传输的重量数据，并将重量数据传输给上位机。试验数据处理模块用于将上位机接收的数据采集终端传输的重量数据按照预定的格式储存为试验数据。上位机用于将试验数据传输给远程服务器。监控装置用于采集试验现场的试验信息并将试验信息传输给远程服务器。远程服务器用于接收、存储和处理上位机发送来的试验数据并生成试验报告，并接收、存储和显示监控装置传输的试验信息。报警模块用于检测远程服务器接收的试验数据并在检测到试验数据异常时生成警告信息，并将警告信息发送至移动终端和远程服务器。移动终端用于接收远程服务器下发的警告信息并能够通过互联网与远程服务器进行信息交互。

参见图2，本发明一种集料试验的实时监控方法，包括以下步骤：

S1：给试验样品编号，通过上位机在试验数据处理模块上设置重量数据储存格式，打开监控装置开始采集试验信息并实时传输至远程服务器。

S2：通过电子天平测量试验样品在试验过程中各阶段的重量数据，并将重量数据传输至数据采集终端。

S3：通过数据采集终端将重量数据传输至试验数据处理模块，当重量数据未正确传输至试验数据处理模块时，通过点击数据采集终端复位接口连接的按键再次将重量数据传输至试验数据处理模块，直至重量数据正确传输；然后试验数据处理模块按照S1设置的储存格式将重量数据储存生成试验数据。

S4：上位机将试验数据处理模块存储的试验数据通过互联网传输至远程服务器；通过远程服务器内部的报警模块检测试验数据，当检测到异常数据时，报警模块生成警告信息发送至移动终端和远程服务器；当未检测到异常数据时，通过远程服务器处理试验数据生成有试验样品编号的试验报告并储存。

实施例

本实施例中，所选用的两个电子天平的型号分别为LT15KA-1和LT3KA-1，数据采集终端选用STM32型单片机并外接一个复位按键，摄像头为DS-2CD3410FD-IW无线网络摄像头，扬声器为DS-925型吸顶扬声器，麦克风为SY-100A麦克风。

本系统可以实现对粗集料的压碎值试验和粗、细集料的筛分试验的监控，下面将对其分别介绍：

粗集料压碎值试验是用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，本实施例中，试验过程中取三份质量相同的试样进行平行试验，每一组试样的试验过程大致如下：首先将试样均匀装入试模中；接着分别将装有试样的试模放到压力机上开动压力机，均匀地施加荷载，在10min左右的时间内达到总荷载400kN，稳压5s，然后卸荷；最后用筛孔孔径为2.36mm的标准筛筛分经压碎的全部试样，并称取通过2.36mm筛孔的全部细料质量。粗集料压碎值试验的评价指标用压碎值表示，其计算过程为：对于三组试样分别用试验后通过2.36mm筛孔的细料质量比上试验前试样质量得到三组试样的压碎值，然后对3个试样的压碎值取算数平均值作为压碎值的测定值。

参见图3，粗集料压碎值试验的试验流程为：

第一步：登录项目专用的试验数据管理系统进行试验委托单的录入，所录入的信息包括样品名称、样品规格等基础信息，之后系统会自动生成一个与试验样品相对应的样品编号。

第二步：通过上位机对与上位机连接的数据采集终端进行串口设置，具体包括串口号、波特率等的设置以确保数据采集终端与上位机的通讯畅通。

第三步：在试验数据处理模块中选择“粗集料试验检测-压碎值”项目，然后在样品列表中选择本次试验所用试验样品对应的样品编号，开始进行试验。

第四步：首先称取试验前试验样品的总质量，然后点击电子天平上的“打印”按钮将测量值上传给数据采集终端，通过数据采集终端将重量数据正确传输至试验数据处理模块，试验数据处理模块自动记录并将其填写在对应位置。在实测时，有时可能会出现数据没有正常上传的情况，因此试验时需要人工确认一下数据是否正确上传，若没有则可点击数据采集终端上的“复位”按钮再一次上传数据直至数据正确显示。

第五步：分别测量三组试验样品经过压碎、筛分后的细料质量并上传给试验数据处理模块，试验数据处理模块将重量数据初步处理，储存生成试验数据。

第六步：试验结束后，试验数据处理模块会自动将试验数据上传给远程服务器，远程服务器对试验数据进行分析与处理并生成试验报告，移动终端可以通过Web浏览器去查阅试验报告。

粗集料的筛分试验是为测定粗集料(碎石、砾石、矿渣等)的颗粒组成，对水泥混凝土用粗集料可采用干筛法筛分，对沥青混合料及基层用粗集料必须采用水洗法试验。但无论是干筛法还是水洗法，其试验数据的采集过程均相同，本实施例以水泥混凝土用粗集料为例。在具体试验时需选取两组样品进行试验，每组试验的步骤大致如下：首先称取干燥集料试样的总质量；然后根据样品的技术规格按规范选用相应尺寸的标准筛并将其按筛孔孔径从大到小的顺序进行排列组成套筛；最后将集料过筛并称取和记录每个筛上的筛余量。作为粗集料筛分试验试验报告的组成内容，除了各个筛上的筛余量需要天平测量外，其余的如分计筛余、累计筛余、通过率、平均累计筛余以及整个样品的损耗量、扣除损耗后的总质量和损耗率等信息需要系统自动计算。

参见图4，粗集料筛分试验(以技术规格为4.75mm-9.5mm的粗集料为例)的试验流程为：

第一步：登录项目专用的试验数据管理系统进行试验委托单的录入，所录入的信息包括样品名称、样品规格等基础信息，之后系统会自动生成一个与试验样品相对应的样品编号。

第二步：通过上位机对与上位机连接的数据采集终端进行串口设置，具体包括串口号、波特率等的设置以确保数据采集终端与上位机的通讯畅通。

第三步：在试验数据处理模块中选择“粗集料试验检测(水泥混凝土用)-筛分”项目，然后在样品列表中选择本次试验所用试验样品对应的样品编号，开始进行试验。

第四步：按照本次试验试样的技术规格在试验数据处理模块上设置所用标准筛的筛孔尺寸(按照规定不同粒级的样品在试验时需设置不同规格的筛子进行测试)，然后开始试验。

第五步：称取第一组试样试验前的总质量并点击电子天平上的“打印”按钮将数据上传，然后按顺序分别测量第一组试样经过筛分后，孔径为16mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.075mm的方孔筛上和筛底上残余的样品质量，并将数据通过数据采集终端传输给试验数据处理模块，试验数据处理模块自动记录并将其填写在对应位置。在实测时，有时可能会出现数据没有正常上传的情况，因此试验时需要人工确认一下数据是否正确上传，若没有则可点击数据采集终端上的“复位”按钮再一次上传数据直至数据正确显示。

第六步：对第二组样品重复第五步的操作。

第七步：试验结束后，试验数据处理模块会自动将试验数据上传给远程服务器，远程服务器对试验数据进行分析与处理并生成试验报告，移动终端可以通过Web浏览器去查阅试验报告。

细集料筛分试验是为了测定细集料(天然砂、人工砂、石屑)的颗粒级配及粗细程度。对水泥混凝土用细集料可采用干筛法，如果需要也可采用水洗法筛分；对沥青混合料及基层用细集料必须用水洗法筛分。但是无论是干筛法还是水洗法筛分，其试验数据采集过程相同，本实施例中，以水泥混凝土用细集料为例。在具体试验时也需选取两组样品进行试验，每组试验的步骤大致如下：首先称取样品试验前的总质量；然后将集料过筛后分别称取每个筛上剩余试样的质量并记录。作为细集料筛分试验试验报告的组成内容，除了各个筛上的筛余量需要天平测量外，其余的如分计筛余、累计筛余、通过率、平均累计筛余和细度模数等信息需要系统自动计算。

参见图5，细集料筛分试验的试验数据采集方法为：

第一步：登录项目专用的试验数据管理系统进行试验委托单的录入，所录入的信息包括样品名称、样品规格等基础信息，之后系统会自动生成一个与试验样品相对应的样品编号。

第二步：通过上位机对与上位机连接的数据采集终端进行串口设置，具体包括串口号、波特率等的设置以确保数据采集终端与上位机的通讯畅通。

第三步：在试验数据处理模块中选择“细集料试验检测(水泥混凝土用)-筛分”项目，然后在样品列表中选择本次试验所用试验样品对应的样品编号，开始进行试验。

第四步：称取第一组试样试验前的总质量并点击电子天平上的“打印”按钮将数据通过数据采集终端上传给试验数据处理模块，然后按顺序分别测量第一组试样经过筛分后，孔径为9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm的方孔筛上和筛底上残余的样品质量，并将数据传输给试验数据处理模块，试验数据处理模块自动记录并将其填写在对应位置。在实测时，有时可能会出现数据没有正常上传的情况，因此试验时需要人工确认一下数据是否正确上传，若没有则可点击数据采集终端上的“复位”按钮再一次上传数据直至数据正确显示。。

第五步：对第二组样品重复第四步的操作。

第六步：试验结束后，试验数据处理模块会自动将试验数据上传给远程服务器，远程服务器对试验数据进行分析与处理并生成试验报告，移动终端可以通过Web浏览器去查阅试验报告。

本发明通过安装数据采集终端和试验数据处理模块实现对粗集料压碎值试验和粗、细集料筛分试验试验数据的自动采集与上传；通过在集料试验室安装摄像头实现对试验人员试验过程的视频监控；通过远程服务中心对采集的试验数据进行分析、存储和处理，同时方便客户通过Web浏览器实时浏览集料试验的试验数据和视频信息。对于试验结果不合格的情况，远程服务器会自动向相关人员推送报警信息使其及时处理；对于通过视频画面发现现场试验人员的操作过程不符合规范的情况，管理人员可以通过语音对讲功能及时与现场人员进行沟通。本发明实现了对于集料试验的试验数据和试验过程的透明化管理，最大限度的保证了试验数据的真实性并提高了工程施工管理水平。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于集料试验的实时监控系统的集料试验的实时监控方法，其特征在于，所述集料试验的实时监控系统包括电子天平、数据采集终端、试验数据处理模块、上位机、监控装置和远程服务器；数据采集终端一端连接电子天平的RS232串口，另一端连接试验数据处理模块，试验数据处理模块设置在上位机内部，上位机和监控装置均通过互联网与远程服务器连接；其中：

电子天平用于测量并采集集料试验中样品的重量数据并将重量数据传输给数据采集终端；

数据采集终端用于接收和存储电子天平传输的重量数据，并将重量数据传输给上位机；

试验数据处理模块用于将上位机接收的数据采集终端传输的重量数据按照预定的格式储存为试验数据；

上位机用于将试验数据传输给远程服务器；

监控装置用于采集试验现场的试验信息并将试验信息传输给远程服务器；

远程服务器用于接收、存储和处理上位机发送来的试验数据并生成试验报告，并接收、存储和显示监控装置传输的试验信息；

所述实时监控系统还包括扬声器和麦克风；扬声器与监控装置的音频输出接口连接，麦克风与监控装置的音频输入接口连接；扬声器和麦克风均通过监控装置与远程服务器进行数据交互；

所述实时监控系统还包括报警模块和移动终端；报警模块设置在远程服务器内部，移动终端通过互联网与远程服务器连接；其中：

报警模块用于检测远程服务器接收的试验数据并在检测到试验数据异常时生成警告信息，并将警告信息发送至移动终端和远程服务器；

移动终端用于接收远程服务器下发的警告信息并能够通过互联网与远程服务器进行信息交互；

所述电子天平有两个且两个电子天平的量程不同；所述监控装置为摄像头；

所述数据采集终端包括单片机和按键；按键与单片机的复位接口连接，单片机一端连接电子天平的RS232串口，另一端连接试验数据处理模块；

所述集料试验的实时监控方法包括以下步骤：

S1：给试验样品编号，通过上位机在试验数据处理模块上设置重量数据储存格式，打开监控装置开始采集试验信息并将试验信息实时传输至远程服务器；

S2：通过电子天平测量试验样品在试验过程中各阶段的重量数据，并将重量数据传输至数据采集终端；

S3：通过数据采集终端将重量数据正确传输至试验数据处理模块，试验数据处理模块按照S1设置的储存格式将重量数据储存生成试验数据；具体方法为：

通过数据采集终端将重量数据传输至试验数据处理模块，当重量数据未正确传输至试验数据处理模块时，通过点击数据采集终端复位接口连接的按键再次将重量数据传输至试验数据处理模块，直至重量数据正确传输；然后试验数据处理模块按照S1设置的储存格式将重量数据储存生成试验数据；

S4：上位机将试验数据处理模块存储的试验数据通过互联网传输至远程服务器；通过远程服务器内部的报警模块检测试验数据，当检测到异常数据时，报警模块生成警告信息发送至移动终端和远程服务器；当未检测到异常数据时，通过远程服务器处理试验数据生成有试验样品编号的试验报告并储存。

2.根据权利要求1所述的集料试验的实时监控方法，其特征在于，所述两个电子天平分别为LT15KA-1电子天平和LT3KA-1电子天平；所述摄像头为DS-2CD3410FD-IW无线网络摄像头。

3.根据权利要求1所述的集料试验的实时监控方法，其特征在于，所述扬声器为DS-925型吸顶扬声器，所述麦克风SY-100A型麦克风。

4.根据权利要求1所述的集料试验的实时监控方法，其特征在于，所述移动终端为电子计算机或手机。

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