CN109900308B - 一种多类型传感器的人工比测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多类型传感器的人工比测系统及其方法，包括自动化数据采集装置和读数仪；自动化数据采集装置设有第一传感器接口、人工比测接口和第一通信接口；读数仪设有第二传感器接口、第二通信接口、CPU、信号调理单元、数据存储单元和人机交互单元；CPU与信号调理单元、数据存储单元、人机交互单元及第二通信接口相连接，所述信号调理单元的输入端与第二传感器接口的输出端相连接；CPU中嵌入有具有手动模式和自动模式两种工作模式的人工比测控制软件；人工比测接口与第二传感器接口相连，第一通信接口与第二通信接口相连。本发明减少了现场比测时携带读数仪的种类和数量，降低劳动强度，提高工作效率，同时降低客户购置读数仪的总体成本。

Description

一种多类型传感器的人工比测系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种多类型传感器的人工比测系统及其方法，属于工程安全监测技术领域。

背景技术

在工程安全监测行业，各类监测传感器除了进行自动化数据采集外，还需要定期使用人工读数仪进行人工比测，为采集装置提供数据对比及数据补充，具有重要的实际意义。目前行业内进行人工比测的方式是采用单一类型的读数仪，对相应类型传感器进行比测。但是本行业的监测传感器类型繁多，每次进行人工比测都需要带上多个不同类型读数仪及通道切换装置，很是麻烦；并且随着自动化数据采集技术的发展，市场上已出现多通道复用信号自动采集装置，其能接入多种信号类型传感器，进行人工比测还沿用原有的方式已不适应工程实际需求。另外以往人工比测时仅仅采用读数仪测量一次，而不能同步取得自动化数据采集装置的当时测值，比测数据同步性较差。

随着堤坝、桥梁、建筑等工程监测技术的不断发展，功能简单、通道类型单一、自动化程度低的采集装置已不能满足工程监测的系统需求，传感器信号采集装置开始向多样化和智能化方向发展。虽然传感器信号自动采集装置的可靠性越来越高，但人工比测功能为采集装置提供数据对比及数据补充，具有重要的实际意义，在工程监测现场沿用至今。

目前应用于工程安全监测现场的传感器信号人工比测仪表均是单一类型读数仪，进行人工比测的主要方法如下：

(1)机械人工比测。采用人工旋转机械开关切换传感器信号至人工比测接口，通过人工旋转开关对各传感器通道依次逐个导通，运用的机械触电可靠性低，接线及操作耗时长，且只能对单一种类型的传感器进行比测。

(2)单一类型传感器的电子人工比测。对于接入具有人工比测接口的单一类型传感器采集装置的传感器，借助一种通道切换装置与数据采集装置通信，将各通道传感器依次接至单一类型读数仪接口，可以对单一种类型的传感器进行采集及人工比测。可是目前工程现场的通常需要采集几种不同类型的传感器信号，需要多种类型读数仪，携带困难，现场操作不便，还需要配置专用的通道切换装置。

(3)多信号类型传感器的电子人工比测。对于接入具有人工比测接口的多类型传感器采集装置的各类传感器传感器，借助一种通道切换装置与数据采集装置通信，将各通道传感器依次接至单一类型读数仪接口，每次测量不同类型的传感器，均需要更换相应类型的读数仪。可见此种应用场景下，需要多种类型读数仪，携带困难，现场操作不便。

以上提到的三种主流人工比测方法，均外接单一类型读数仪进行比测工作。每个单一类型读数仪只能测量一种类型传感器，无法解决多种传感器同时人工比测的情况。但是，在实际的工程安全监测系统中的传感器种类及数量较多，每种类型传感器需要相应的类型的读数仪，因此工程应用不便携带。并且，此类读数仪即使在电测模式下，也需要人工干预，属于半自动化模式，已不能满足工程监测易操控、高效率及自动化的发展需求。

可见现有人工比测方法均使用单一类型读数仪，但是目前工程现场的通常需要采集多种不同类型的传感器信号，需要多种类型读数仪，携带困难，现场操作不便；此类单一类型读数仪测量过程中，需要人工选择测量类型，属于半自动化模式，已不能满足工程监测易操控、高效率及自动化的发展需求。另外，现有数据采集装置要实现人工比测需要配置通道选择器或类似设备进行通道切换选择控制，设备集成度不高，连接复杂，容易出现人工比测后，原有自动化测量装置工作异常。此外，现有比测方法均是在现场用读数仪读取数据，没有获得自动化数据采集装置对应的即刻测量值，比测数据同步性较差。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种多类型传感器的人工比测系统及其方法，本发明的目的是解决多类型传感需要多个不同类型的读数仪问题，和读数仪比测应用场景兼容性问题，以便减少现场比测时携带读数仪的种类和数量，降低劳动强度，提高工作效率，同时降低客户购置读数仪的总体成本。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种多类型传感器的人工比测系统，包括自动化数据采集装置和读数仪；自动化数据采集装置设有第一传感器接口、人工比测接口和第一通信接口；读数仪设有第二传感器接口、第二通信接口、CPU、信号调理单元、数据存储单元和人机交互单元；所述CPU与信号调理单元、数据存储单元、人机交互单元及第二通信接口相连接，所述信号调理单元的输入端与第二传感器接口的输出端相连接；所述CPU中嵌入有具有手动模式和自动模式两种工作模式的人工比测控制软件(为现有软件，此处不再赘述)；所述人工比测接口与第二传感器接口相连，所述第一通信接口与第二通信接口相连。

上述第一传感器接口连接有对差阻式、电位器式、电阻式、振弦式、电流量、电压量和RS485信号进行比测的差阻式传感器、电位器式传感器、电阻式传感器、振弦式传感器、电流量传感器、电压量传感器和RS485信号传感器。

上述第一通信接口和第二通信接口采用有线形式或无形形式。

上述有线形式包括以太网、USB、RS232或RS485，所述无线形式包括WIFI或蓝牙。

上述第二通信接口既作为主机与自动化数据采集装置相连进行信息交互，也作为从机与PC机或便携式设备直接进行信息交互；当与自动化数据采集装置进行信息交互时，所述第二通信接口用于发送指令控制和接收返回信息；当与PC机、便携式设备连接时，用于取数据，所述读数仪将数据传递给PC机或便携式设备。

上述人工比测控制软件在手动模式下，所述读数仪兼容机械人工比测、单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测操作；所述人工比测控制软件在自动模式下，所述读数仪与自动化数据采集装置连接，兼容单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测操作。

上述人工比测控制软件是开放式模块，其集成有行业标准通信协议，也集成相关厂商的自动化数据采集装置的专用通信协议，控制比测操作工作。

上述读数仪还设有电源管理单元。

上述的多类型传感器的人工比测方法，包括以下步骤：

(1)通过所述人机交互单元，选择比测模式；

(2)判断是否是自动比测模式，如果是，转向步骤(3)，如果不是，转向步骤(6)；

(3)所述读数仪读取自动化数据采集装置中通道号与传感器类型信息，自动生成传感器编码；

(4)所述读数仪发送通道切换指令给自动化数据采集装置；所述自动化数据采集装置将相应通道传感器信号切换到人工比测接口，通过所述人工比测接口传递给读数仪；所述读数仪根据所读取的对应通道传感器类型信息选择相关信号调理与测量方式；所述读数仪测量、显示并存储数据；所述读数仪再发送指令给自动化数据采集装置，命令其采集本通道传感器数据，待自动化数据采集装置测量完毕后取回数据，所述读数仪存储并显示自动化数据采集装置所测量数据；

(5)判断所述自动化数据采集装置的所有有效通道的传感器是否已比测结束，如果是，则比测结束，如果否，则转向步骤(4)，直到所有传感器比测结束；

(6)首先输入传感器编码；然后选择测量类型和传感器类型；确认传感器已接入读数仪后，按下开始测量按键，开始测量，并将测量数据显示在显示器上；按下保存键，即按输入的传感器编码存储数据；比测结束。

步骤(6)中，所述测量类型包括连续测量和多次测量，测量次数可设置。

本方法采用混合式测量方式设计一种多类型传感器读数仪，只需要一个读数仪就能完成多种信号类型传感器的人工比测工作，工程应用便捷，测量类型多，可降低客户购置读数仪的总体成本。读数仪具有多种有线、无线通信接口，读数仪可与自动化数据采集装置之间通过有线或无线通信接口直接进行通信，接口方便灵活，通用性强。在读数仪的CPU中嵌入人工比测控制软件，其具有手动模式和自动模式两种工作模式。在手动模式下，读数仪兼容机械人工比测、单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测操作。在自动模式下，读数仪与自动化数据采集装置连接，兼容单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测，比测工作仅需要一个启动比测按键或指令即可自动完成，仪器使用方便、适应性广、兼容性强，在自动模式下能大大降低劳动强度，提高工作效率；读数仪同时命令自动化数据采集装即可测量一次并去回测量值作为对比值，解决了比测数据同步性较差问题。

附图说明

图1为本发明的人工比测方法工作流程图；

图2为本发明的人工比测系统原理框图；

图3为本发明的读数仪总体电路框图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明采用混合式测量方式设计一种多类型传感器人工读数仪，并在读数仪2的CPU 8中嵌入人工比测控制软件，读数仪2具有多种有线、无线通信接口，读数仪2与自动化数据采集装置1之间通过有线或无线的第一通信接口5、第二通信接口7进行通信。读数仪2有手动模式和自动模式两种工作模式，现场应用兼容性强，适应性广。在自动模式下，仅需要一个启动比测按键或指令即可自动完成所有传感器的比测工作，同时命令自动化数据采集装即可测量一次并去回测量值作为对比值，能大大降低劳动强度，提高工作效率，还解决了比测数据同步性较差问题。本发明的读数仪2能完成多种信号类型传感器的人工比测工作，在实际工作中大大减少携带仪表数量，使工作更加便捷，并可降低客户购置读数仪2的总体成本。

本发明采用混合式测量方式设计一种多类型传感器人工读数仪，能完成多种信号类型传感器的人工比测工作。在读数仪2的CPU 8中嵌入人工比测控制软件，其将现有人工比测工作分为手动比测和自动比测两种模式。手动比测模式可以兼容、完成现有的机械人工比测、单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测。自动比测模式兼容单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测，比测工作仅需要一个启动比测按键或指令即可自动完成。

在人工比测控制软件控制下，比测流程如图1所示。人工比测控制软件是开放式的，可集成行业标准通信协议，也可集成相关自动化数据采集装置1的专用通信协议，控制比测操作工作。人工比测前，建立传感器、自动化数据采集装置1和读数仪2组成的人工比测系统，自动化数据采集装置1与读数仪2之间有传感器信号线连接，读数仪2的第二通信接口7与自动化数据采集装置1的第一通信接口5相连。根据工程现场设备情况，通过读数仪2的人工交互单元，选择比测模式。在手动比测模式下，首先输入传感器编码用于保存数据，如果不需要保存数据，可跳过本步操作；然后选择测量类型和传感器类型，其中测量类型包括连续测量和多次测量，测量次数可设置；确认传感器已接入读数仪2后，按下开始测量按键，开始测量，并将测量数据显示在显示器上；按下保存键，即可按输入的传感器编码存储数据。在自动比测模式下，读数仪2的第二通信接口7与自动化数据采集装置1的第一通信接口5相连，可以相互传输指令或信息，在启动比测后，能够自动完成比测工作。自动比测时，读数仪2读取自动化数据采集装置1中通道号与传感器类型信息，自动生成传感器编码；然后读数仪2发送通道切换指令给自动化数据采集装置1，自动化数据采集装置1将相应通道传感器信号切换到人工比测接口4，通过人工比测接口4传递给读数仪2；读数仪2根据所读取的对应通道传感器类型信息选择相关信号调理与测量方式；读数仪2测量、显示并存储数据；之后读数仪2发送指令给自动化数据采集装置1，命令其采集本通道传感器数据，测量完毕后取回数据，存储并显示自动化数据采集装置1所测量数据，以便比较；如果自动化数据采集装置1的所有有效通道的传感器没有比测结束，则继续比测工作，直到所有传感器比测结束。比测工作完成后，将读数仪2与数据采集设备相连，所有存储在读数仪2中的比测数据可通过读数仪2的通信接口读出。

参见图2，本发明的比测系统由自动化数据采集装置1、读数仪2和传感器组成，各类型传感器，包括差阻式、电位器式、电阻式、振弦式、电流量、电压量和RS485信号等类型传感器，可根据自动化数据采集装置1的测量类型和能力配置，通过第一传感器接口3与自动化数据采集装置1相连，自动化数据采集装置1的人工比测接口4与读数仪2的第二传感器接口(6)相连，传递传感器信号，自动化数据采集装置1的第一通信接口5与读数仪2的第二通信接口7相连，进行信息交互，通信接口可以是有线形式，如以太网、USB、RS232、RS485等，通信接口也可以是无线形式，如WIFI、蓝牙等。比测过程中，读数仪2负责发起比测流程，发出传感器比测的通道切换指令以及命令自动化数据采集装置1在每只传感器比测中自动测量一次，并接收采集装置1的传回测量值，并显示和存储；自动化数据采集装置1接收通道传感器比测的通道切换指令并执行通道切换操作，将相应接入通道的传感器信号切换到人工比测接口4，传送给读数仪2，然后在接收到自动测量指令后采集传感器数据并回收测量数据给读数仪2，以便比较，并显示和存储。

参见图3，本发明系统中的读数仪2由第二传感器接口6、第二通信接口7、CPU 8、信号调理单元9、数据存储单元10、人机交互单元11和单元管理单元组成。第二传感器接口6用于与自动化数据采集装置1的人工比测接口4相连，传递传感器信息，能够接入多种类型传感器，包括差阻式、电位器式、电阻式、振弦式、电流量、电压量和RS485信号等类型传感器，大大降低工程现场应用所需携带设备种类。第二通信接口7用于与自动化数据采集装置1、PC机或便携式设备等进行信息交互，通信接口设计有多种通信接口方式，包括无线的WIFI、蓝牙，有线的以太网、USB、RS232和RS485等，通信接口自适应主从设备工作模式，能够适应与各类自动化数据采集装置1和PC机、便携设备的通信连接。当与自动化数据采集装置1进行信息交互时，第二通信接口7主要用于发送指令控制和接收返回信息；当与PC机、便携设备等连接时，主要用于输出数据，读数仪2在接收到取数据指令后将数据传递给PC机或便携式设备。CPU 8作为读数仪2的控制中心，负责仪器的个单元的控制和管理。信号调理单元单元9用于各类传感器的驱动、信号的调理和A/D转换等工作，在测量时将传感器信号切换给相应类型的信号调理和驱动电路。数据存储单元10用于保存读数仪2关键参数和测量数据。人机交互单元11用于输入信息、显示信息或数据，本实施例中采用大屏幕触摸屏，使读数仪2界面整洁，并且操作方便。电源管理单元12负责读数仪2的各部分供电控制，电源保护等工作。

本发明的关键是在CPU 8中嵌入人工比测控制软件，控制读数仪2比测操作工作。人工比测控制软件内集成有行业标准通信协议和本公司通用数据采集系统通信协议，同时人工比测控制软件具有开放性，可根据工程现场所安装的自动化数据采集装置1情况，增加集成相应的专用通信协议，达到广泛适应性。读数仪2集成人工比测控制软件后，具有手动模式和自动模式两种工作模式。在手动模式下，读数仪2可用于机械人工比测、单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测。在自动模式下，读数仪2与自动化数据采集装置1连接，可用于单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测，比测工作仅需要一个启动比测按键或指令即可自动完成。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种多类型传感器的人工比测系统，其特征在于，包括自动化数据采集装置（1）和读数仪（2）；

所述自动化数据采集装置（1）设有第一传感器接口（3）、人工比测接口（4）和第一通信接口（5）；

所述读数仪（2）设有第二传感器接口（6）、第二通信接口（7）、CPU（8）、信号调理单元（9）、数据存储单元（10）和人机交互单元（11）；所述CPU（8）与信号调理单元（9）、数据存储单元（10）、人机交互单元（11）及第二通信接口（7）相连接，所述信号调理单元（9）的输入端与第二传感器接口（6）的输出端相连接；所述CPU（8）中嵌入有具有手动模式和自动模式两种工作模式的人工比测控制软件；

所述人工比测接口（4）与第二传感器接口（6）相连，所述第一通信接口（5）与第二通信接口（7）相连；

所述第一传感器接口（3）连接有对差阻式、电位器式、电阻式、振弦式、电流量、电压量和RS485信号进行比测的差阻式传感器、电位器式传感器、电阻式传感器、振弦式传感器、电流量传感器、电压量传感器和RS485信号传感器；

所述第二通信接口（7）既作为主控端与自动化数据采集装置（1）相连进行信息交互，也作为受控端与PC机或便携式设备直接进行信息交互；当与自动化数据采集装置（1）进行信息交互时，所述第二通信接口（7）用于发送指令控制和接收返回信息；当与PC机、便携式设备连接时，用于取数据，所述读数仪（2）将数据传递给PC机或便携式设备；

所述的人工比测系统进行人工比测的步骤如下：

（1）通过所述人机交互单元（11），选择比测模式；

（2）判断是否是自动比测模式，如果是，转向步骤（3），如果不是，转向步骤（6）；

（3）所述读数仪（2）读取自动化数据采集装置（1）中通道号与传感器类型信息，自动生成传感器编码；

（4）所述读数仪（2）发送通道切换指令给自动化数据采集装置（1）；所述自动化数据采集装置（1）将相应通道传感器信号切换到人工比测接口（4），通过所述人工比测接口（4）传递给读数仪（2）；所述读数仪（2）根据所读取的对应通道传感器类型信息选择相应的信号调理电路与信号采集方式进行测量；所述读数仪（2）测量、显示并存储数据；所述读数仪（2）再发送指令给自动化数据采集装置（1），命令其采集本通道传感器数据，待自动化数据采集装置（1）测量完毕后取回数据，所述读数仪（2）存储并显示自动化数据采集装置（1）所测量数据；

（5）判断所述自动化数据采集装置（1）的所有有效通道的传感器是否已比测结束，如果是，则比测结束，如果否，则转向步骤（4），直到所有传感器比测结束；

（6）首先输入传感器编码；然后选择测量类型和传感器类型；确认传感器已接入读数仪（2）后，按下开始测量按键，开始测量，并将测量数据显示在显示器上；按下保存键，即按输入的传感器编码存储数据；比测结束。

2.根据权利要求1所述的多类型传感器的人工比测系统，其特征在于，所述第一通信接口（5）和第二通信接口（7）采用有线形式或无线 形式。

3.根据权利要求2所述的多类型传感器的人工比测系统，其特征在于，所述有线形式包括以太网、USB、RS232或RS485，所述无线形式包括WIFI或蓝牙。

4.根据权利要求1所述的多类型传感器的人工比测系统，其特征在于，所述读数仪（2）在手动模式下，兼容机械人工比测、单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测操作；所述读数仪（2）在自动模式下，兼容单一类型传感器的电子人工比测和多信号类型传感器的电子人工比测操作。

5.根据权利要求1所述的多类型传感器的人工比测系统，其特征在于，所述人工比测控制软件是开放式的，其集成有行业标准通信协议，也集成相关厂商的自动化数据采集装置（1）的专用通信协议，控制比测操作工作。

6.根据权利要求1所述的多类型传感器的人工比测系统，其特征在于，所述读数仪（2）还设有电源管理单元（12）。

7.根据权利要求1所述的多类型传感器的人工比测系统，其特征在于，所述测量类型包括连续测量和多次测量，测量次数可设置。

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