CN110130415A - 一种具备远程控制功能的基桩检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具备远程控制功能的基桩检测仪，当现场技术人员采集到不确定的波形数据时，可以通过基桩检测仪发起远程协助，通过数据传输电路可以将现场检测到的波形传输到远程的客户端中，岩土检测专业人员可以通过数据传输电路与与现场技术人员进行互动，指导配置仪器相关参数，对现场技术人员不确定的波形数据进行协同分析确认；设置天线接口防护电路，可以对数据传输电路进行防护，避免因岩土行业工程检测环境恶劣，遭遇雷击；在数据采集电路中设置基桩检测传感器，可以检测基桩各类试验信息，并通过信号调理电路调理成模数转换芯片可以直接接入的信号，避免模数转换芯片烧坏。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程检测监测领域，尤其涉及一种具备远程控制功能的基桩检测仪。
背景技术
基桩检测仪属于无损检测技术领域的专业设备，对现场检测技术人员的操作水平有一定的要求。因此，在实际检测中，通常需配备至少1名专业技术人员进行现场传感器的安装与布点，根据待测基桩的基本施工信息，合理设置仪器各项参数后，再开启数据采集，然后对采集到的波形数据进行初步的分析，如果发现波形数据存在异常，则需再次进行复测验证，直到采集到的波形数据合理后，保存数据到基桩检测仪内部存储卡中，以便后续使用专业分析软件，进行详细的分析，出具检测报告。这种传统的工作模式，会存在如下几个方面的应用问题：
(1)对现场技术人员的要求较高，需经过专业的培训和考核后才能上岗；
(2)实际工程检测中，由于桩基施工工艺的差异性以及地层分布的复杂性，采集到的波形数据并非都是理想的波形或曲线，这就需要现场技术人员具备丰富的实操与分析判断经验。否则，如果采集到不确定的波形数据，会给后续分析带来巨大的不确定性，最终影响检测报告的准确性；
(3)如果现场技术人员由于操作不当，采集波形异常却未意识到，直到检测完毕后才发现，就必须再次返回到工地去复测，极大的降低了检测效率，影响后续施工进度。
为解决上述问题，可以增加无线通信功能，但是目前市面上，无线传输模块的天线接口处，通常都直接连接到天线进行应用，没有进行任何的防护措施，而岩土行业工程检测仪器使用环境恶劣，特别是在野外工地现场，天线通常外露使用，遇到电闪雷鸣的天气，会有雷击的风险。
因此，为解决上述问题，本发明提供一种基于数据链路的具备远程控制功能，并且可以防止雷击的基桩检测仪。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于数据链路的具备远程控制功能，并且可以防止雷击的基桩检测仪。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其包括嵌入式计算机、数据采集电路和电源电路，还包括数据传输电路和天线接口防护电路；
数据采集电路通过AD总线与嵌入式计算机电性连接，数据传输电路通过UART总线与嵌入式计算机电性连接，天线接口防护电路与数据传输电路的远程数据传输端电性连接，电源电路分别与嵌入式计算机、数据采集电路和数据传输电路电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，数据采集电路包括多路信号调理电路、模数转换芯片和基桩检测传感器；
多路信号调理电路的输入端与基桩检测传感器的输出端电性连接，多路信号调理电路的输出端与模数转换芯片的多个模拟输入通道一一对应电性连接，模数转换芯片的数字输通道通过AD总线与嵌入式计算机的I/O口电性连接。
进一步优选的，嵌入式计算机为AM3359核心板。
更进一步优选的，数据传输电路包括SIM7600CE芯片；
SIM7600CE芯片的USB_DN和USB_DP引脚通过UART总线与AM3359核心板电性连接。
更进一步优选的，天线接口防护电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、TVS二极管D1和天线；
电阻R1的一端和电容C1的一端分别与SIM7600CE芯片的GSM_ANT引脚电性连接，电阻R1的另一端和分别与电容C2的一端和电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端分别与天线和TVS二极管D1的正极电性连接，电容C1的另一端、电容C2的另一端和TVS二极管D1的负极均接地。
进一优选的，信号调理电路包括电阻R67-R71、电容C32-C36和运算放大器OPA2227；
电阻R67的一端与基桩检测传感器的输出端电性连接，电阻R67的另一端通过电阻R68与运算放大器OPA2227的3引脚电性连接，电容C33的一端与电阻R67的另一端电性连接，电容C33的另一端与运算放大器OPA2227的1引脚电性连接，电容C32的一端与运算放大器OPA2227的3引脚电性连接，电容C32的另一端接地，运算放大器OPA2227的2引脚与运算放大器OPA2227的1引脚电性连接，电阻R69的一端与运算放大器OPA2227的1引脚电性连接，电阻R69的另一端通过电阻R70与运算放大器OPA2227的5引脚电性连接，电容C35的一端与电阻R69的另一端电性连接，电容C35的另一端与运算放大器OPA2227的7引脚电性连接，电容C34的一端与运算放大器OPA2227的5引脚电性连接，电容C34的另一端接地，运算放大器OPA2227的6引脚与运算放大器OPA2227的7引脚电性连接，运算放大器OPA2227的7引脚通过电阻R71与模数转换器电性连接，电容C36的一端与模数转换器电性连接，电容C36的另一端接地。
进一步优选的，模数转换芯片为ADS8556IPM芯片；
ADS8556IPM芯片的CH_A0引脚与电容C36的一端电性连接，ADS8556IPM芯片的CH_A0引脚通过电阻R71与运算放大器OPA2227的7引脚电性连接，ADS8556IPM芯片的DB0-DB15、BUSY、CS、RD、CONVST_C、CONVST_B、CONVST_A和RESET引脚通过AD总线与AM3359核心板电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括存储模块和液晶显示屏；
存储模块和液晶显示屏分别与嵌入式计算机电性连接。
进一步优选的，还包括与嵌入式计算机电性连接的GPS模块。
本发明的一种具备远程控制功能的基桩检测仪相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)当现场技术人员采集到不确定的波形数据时，可以通过基桩检测仪发起远程协助，通过数据传输电路可以将现场检测到的波形传输到远程的客户端中，岩土检测专业人员可以通过数据传输电路与与现场技术人员进行互动，指导配置仪器相关参数，对现场技术人员不确定的波形数据进行协同分析确认；
(2)设置天线接口防护电路，可以对数据传输电路进行防护，避免因岩土行业工程检测环境恶劣，遭遇雷击；
(3)在数据采集电路中设置基桩检测传感器，可以检测基桩各类试验信息，并通过信号调理电路调理成模数转换芯片可以直接接入的信号，避免模数转换芯片烧坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具备远程控制功能的基桩检测仪的结构图；
图2为本发明一种具备远程控制功能的基桩检测仪中嵌入式计算机的引脚连接示意图；
图3为本发明一种具备远程控制功能的基桩检测仪中信号调理电路的电路图；
图4为本发明一种具备远程控制功能的基桩检测仪中模数转换芯片的外围电路图；
图5为本发明一种具备远程控制功能的基桩检测仪中数据传输电路和天线接口防护电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其包括嵌入式计算机、数据采集电路、数据传输电路和天线接口防护电路、存储模块、液晶显示屏、GPS模块和电源电路；具体的连接方式为：数据采集电路通过AD总线与嵌入式计算机电性连接，数据传输电路通过UART总线与嵌入式计算机电性连接，天线接口防护电路与数据传输电路的远程数据传输端电性连接，存储模块和液晶显示屏分别与嵌入式计算机电性连接，电源电路分别与嵌入式计算机、数据采集电路和数据传输电路电性连接。
嵌入式计算机，主要对数据采集电路采集的数据进行简单分析，并调协数据采集电路、数据传输电路、存储模块、液晶显示屏和GPS模块之间相互工作。在本实施例中，嵌入式计算机为AM3359核心板，AM3359核心板是目前唯一支持Androd 4.0，而且同时支持3个操作系统Linux，Android，WinCE的开发板。另外支持第三方实时操作系统如QNX、VxWorks等系统。AM3359核心板已在工业控制、医疗电子、节能环保、智能交通、能源节能、电力系统、通讯系统、纺织行业、数控行业、汽车电子、工业触摸屏控制系统、机器人视觉、媒体处理无线应用、数字家电、车载设备、通信设备、网络终端等环境恶劣场合广泛应用。因此，AM3359核心板属于现有技术，本领域技术人员，在获知本申请硬件方案时，是可以毫无异议得到相应上位程序的，所以本申请请求保护方案中，并不涉及程序的改进。本实施例中，如图2所示，为了便于理解和查看，设置P1和P2代表的是同一个芯片座，每个引脚的功能都标注在对应的引脚上，其中AD总线和UART总线上的对应关系均已标明。
数据采集电路，主要功能是将基桩检测传感器输出的信号，调理成模数转换芯片可以直接接入的信号，并将采集到的电压信号经过处理后传递给嵌入式计算机进行简单的数据分析。在本实施例中，数据采集电路包括多路信号调理电路、模数转换芯片和基桩检测传感器；每路信号调理电路的结构和参数相同，多路信号调理电路将基桩检测传感器输出的信号，调理成模数转换芯片可以直接接入的信号，模数转换芯片将采集到的模拟电压信号转换成数字信号。在本实施例中，具体的连接方式为：多路信号调理电路的输入端与基桩检测传感器的输出端电性连接，多路信号调理电路的输出端与模数转换芯片的多个模拟输入通道一一对应电性连接，模数转换芯片的数字输通道通过AD总线与嵌入式计算机的I/O口电性连接。
由于每路信号调理电路的结构和参数相同，因此，在此只介绍其中一路信号调理电路。如图3所示，信号调理电路包括电阻R67-R71、电容C32-C36和运算放大器OPA2227；其中，基桩检测传感器分为四大类：1、基桩静载试验类传感器，如位移传感器、压力传感器、荷重传感器等；2、基桩低应变试验类传感器，如速度传感器、加速度传感器等；3、基桩高应变试验类传感器，如应变传感器、加速度传感器等；4、基桩超声波试验类传感器，如超声波径向换能器、超声波平面换能器等。用户可根据实际工程应用，选择所需基桩试验类传感器和对应的基桩检测主机，即可方便、快捷的构建整个基桩检测系统。在本实施例中，具体的连接方式为：电阻R67的一端与基桩检测传感器的输出端电性连接，电阻R67的另一端通过电阻R68与运算放大器OPA2227的3引脚电性连接，电容C33的一端与电阻R67的另一端电性连接，电容C33的另一端与运算放大器OPA2227的1引脚电性连接，电容C32的一端与运算放大器OPA2227的3引脚电性连接，电容C32的另一端接地，运算放大器OPA2227的2引脚与运算放大器OPA2227的1引脚电性连接，电阻R69的一端与运算放大器OPA2227的1引脚电性连接，电阻R69的另一端通过电阻R70与运算放大器OPA2227的5引脚电性连接，电容C35的一端与电阻R69的另一端电性连接，电容C35的另一端与运算放大器OPA2227的7引脚电性连接，电容C34的一端与运算放大器OPA2227的5引脚电性连接，电容C34的另一端接地，运算放大器OPA2227的6引脚与运算放大器OPA2227的7引脚电性连接，运算放大器OPA2227的7引脚通过电阻R71与模数转换器电性连接，电容C36的一端与模数转换器电性连接，电容C36的另一端接地。其中，电阻R67采集电压信号，电阻R68、电容C32、电容C33和运算放大器OPA2227组成电压跟随器，电阻R70、电容C34、电容C35和运算放大器OPA2227组成电压跟随器，其主要是是起缓冲和隔离的作用，避免大电压烧坏模数转换器，电阻R71和C36组成RC滤波器。需要注意的是：本实施例中的电阻和电容参数和特性可以多种选择，本实施例中电阻和电容等电子元器件的参数选择如图所示。
在本实施例中，模数转换芯片选用ADS8556IPM芯片，具体的，ADS8556IPM芯片的CH_A0引脚与电容C36的一端电性连接，ADS8556IPM芯片的CH_A0引脚通过电阻R71与运算放大器OPA2227的7引脚电性连接，ADS8556IPM芯片的DB0-DB15、BUSY、CS、RD、CONVST_C、CONVST_B、CONVST_A和RESET引脚通过AD总线与AM3359核心板电性连接。其中，ADS8556IPM芯片与AM3359核心板的连接对应关系如图4所示。
数据传输电路，实现远程数据传输，解决远程人员无法实时监测实验数据的问题，并且解决目前检测监测实验数据获取途径存在消耗数据流量大、延迟高、数据易被劫持以及数据安全性差的问题。在本实施例中，数据传输电路包括SIM7600CE芯片；如图5所示，具体的，SIM7600CE芯片的USB_DN和USB_DP引脚通过UART总线与AM3359核心板电性连接。SIM7600CE芯片支持移动、联通、电信2G/3G/4G网络，支持USB通讯供电、支持语音功能，板载TF卡槽、支持WIFI热点，最大支持32路、支持3.7-4.2V锂电池；可以通过wifi传输视频图像，USB通讯，支持GPS.GNSS、北斗定位。其上行传输速度：上行最大速率：50Mbps，下行最大速率：150Mbps。在本实施例中，SIM7600CE芯片的主要功能是实现远程通信与减少数据传输时的数据流量开销，一方面，SIM7600CE芯片实现远程通信的功能可根据SIM7600CE芯片数据手册中的程序调试实现，属于现有技术，SIM7600CE芯片的程序调试以及硬件设计均属于现有技术，本领域技术人员，在获知本申请硬件方案时，是可以毫无异议得到相应上位程序的，所以本申请请求保护方案中，并不涉及程序的改进；另一方面，SIM7600CE芯片解决目前检测监测实验数据获取途径存在消耗数据流量大、延迟高、数据易被劫持以及数据安全性差的问题具体包括以下步骤：
S1、基本配置由一个A服务器、一个WEB端和一台静载测试仪或者带传输功能的传感器采集仪组成，其中静载测试仪或者带传输功能的传感器采集仪以下简称“设备”，WEB端需得到A服务器的接口授权；
S2、A服务器开启websocket协议的服务；
S3、设备通过websocket协议与A服务器建立长连接，并发送报文，报文中含有设备的全球唯一ID，以及设备安全密钥，A服务将连接信息以及设备信息进行储存；
S4、在WEB端通过HTML5的API进行websocket协议与A服务器进行连接，连接成功后，须发送匹配的设备ID与安全密钥，A服务器进行验证，验证通过则将当前用户连接信息与设备连接信息进行匹配；
S5、设备通过websocket协议将数据发送给A服务，通过之间的连接信息，转发到WEB端用户，用户得以知道实时的实验数据，其中，在数据传输过程中，数据通过JWT协议加密，加密秘钥是由服务器随机生成的UUID并进行MD5加密而来；
S6、WEB端用户也可以通过发送数据命令告知设备端，设备解析数据命令进行自身操作，如：修改频率、暂停时间、解除报警等，达到远程控制和人机交互的功能。
通过上述S1-S6可以解决目前检测监测实验数据获取途径存在消耗数据流量大、延迟高、数据易被劫持以及数据安全性差的问题，且上述S1-S6均可由现有技术实现，因此，在此不再详细介绍其具体的工作原理和流程。
天线接口防护电路，主要功能是防雷。在本实施例中，天线接口防护电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、TVS二极管D1和天线；具体的，如图5所示，电阻R1的一端和电容C1的一端分别与SIM7600CE芯片的GSM_ANT引脚电性连接，电阻R1的另一端和分别与电容C2的一端和电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端分别与天线和TVS二极管D1的正极电性连接，电容C1的另一端、电容C2的另一端和TVS二极管D1的负极均接地。一方面，TVS二极管D1作为防雷保护二极管，可以防止的浪涌电压，当遇见雷击或者高压冲击时，TVS二极管D1被击穿，和大地进行导通，这样可以防止高压雷击通过外置天线对基桩检测仪进行严重的损坏，保护仪器及操作者的人身安全。另一方面，为了保证SIM7600CE芯片的输出射频功率达到最佳状态，电阻R1和电阻R2的阻值为50欧姆，电容C1和电容C2作用是为了滤除高频干扰。
另外，存储模块用于存储嵌入式计算机的处理数据，属于本领域的公知常识，因此，在此不再累述。GPS模块用于确定基桩检测仪的位置，属于现有技术，且本实施例并不涉及GPS模块的改进，因此在此不再累述。电源电路为嵌入式计算机、数据采集电路和数据传输电路提供工作电压，保证其正常工作，由于电源属于本领域的公知常识，并且本实施例并不涉及电源电路的改进，因此在此不再累述。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其包括嵌入式计算机、数据采集电路和电源电路，其特征在于：还包括数据传输电路和天线接口防护电路；
所述数据采集电路通过AD总线与嵌入式计算机电性连接，数据传输电路通过UART总线与嵌入式计算机电性连接，天线接口防护电路与数据传输电路的远程数据传输端电性连接，电源电路分别与嵌入式计算机、数据采集电路和数据传输电路电性连接。
2.如权利要求1所述的一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其特征在于：所述数据采集电路包括多路信号调理电路、模数转换芯片和基桩检测传感器；
多路所述信号调理电路的输入端与基桩检测传感器的输出端电性连接，多路信号调理电路的输出端与模数转换芯片的多个模拟输入通道一一对应电性连接，模数转换芯片的数字输通道通过AD总线与嵌入式计算机的I/O口电性连接。
3.如权利要求2所述的一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其特征在于：所述嵌入式计算机为AM3359核心板。
4.如权利要求3所述的一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其特征在于：所述数据传输电路包括SIM7600CE芯片；
所述SIM7600CE芯片的USB_DN和USB_DP引脚通过UART总线与AM3359核心板电性连接。
5.如权利要求4所述的一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其特征在于：所述天线接口防护电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、TVS二极管D1和天线；
所述电阻R1的一端和电容C1的一端分别与SIM7600CE芯片的GSM_ANT引脚电性连接，电阻R1的另一端和分别与电容C2的一端和电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端分别与天线和TVS二极管D1的正极电性连接，电容C1的另一端、电容C2的另一端和TVS二极管D1的负极均接地。
6.如权利要求3所述的一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其特征在于：所述信号调理电路包括电阻R67-R71、电容C32-C36和运算放大器OPA2227；
所述电阻R67的一端与基桩检测传感器的输出端电性连接，电阻R67的另一端通过电阻R68与运算放大器OPA2227的3引脚电性连接，电容C33的一端与电阻R67的另一端电性连接，电容C33的另一端与运算放大器OPA2227的1引脚电性连接，电容C32的一端与运算放大器OPA2227的3引脚电性连接，电容C32的另一端接地，运算放大器OPA2227的2引脚与运算放大器OPA2227的1引脚电性连接，电阻R69的一端与运算放大器OPA2227的1引脚电性连接，电阻R69的另一端通过电阻R70与运算放大器OPA2227的5引脚电性连接，电容C35的一端与电阻R69的另一端电性连接，电容C35的另一端与运算放大器OPA2227的7引脚电性连接，电容C34的一端与运算放大器OPA2227的5引脚电性连接，电容C34的另一端接地，运算放大器OPA2227的6引脚与运算放大器OPA2227的7引脚电性连接，运算放大器OPA2227的7引脚通过电阻R71与模数转换器电性连接，电容C36的一端与模数转换器电性连接，电容C36的另一端接地。
7.如权利要求6所述的一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其特征在于：所述模数转换芯片为ADS8556IPM芯片；
所述ADS8556IPM芯片的CH_A0引脚与电容C36的一端电性连接，ADS8556IPM芯片的CH_A0引脚通过电阻R71与运算放大器OPA2227的7引脚电性连接，ADS8556IPM芯片的DB0-DB15、BUSY、CS、RD、CONVST_C、CONVST_B、CONVST_A和RESET引脚通过AD总线与AM3359核心板电性连接。
8.如权利要求1所述的一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其特征在于：还包括分别与嵌入式计算机电性连接的存储模块和液晶显示屏。
9.如权利要求8所述的一种具备远程控制功能的基桩检测仪，其特征在于：还包括与嵌入式计算机电性连接的GPS模块。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2019
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