CN110136423B

CN110136423B - 智能化工地施工环境检测装置

Info

Publication number: CN110136423B
Application number: CN201910457765.0A
Authority: CN
Inventors: 谭毅; 吴勇军; 屈根伟; 陈树观; 李舒侗; 姜峰; 王占坤; 丁喜娟; 肖远航; 赵志远; 焦钰剑
Original assignee: Individual
Current assignee: Tan Yi
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: CN110136423A

Abstract

本发明公布了智能化工地施工环境检测装置，所述信号接收电路采用恒压源为传感器X1供电，传感器X1检测的工地施工环境信号经差动平衡放大处理，并采用三极管Q2/Q3反馈异常高/低电位到运算放大器AR3的输入端，保证信号在0‑5V之间，之后进入调频主电路，经采样保持后与电容三点式震荡电路产生的震荡信号混频调制为高频信号、谐振电路谐振，最后滤波后输出到发射器，所述反馈调频调幅电路采集调频主电路的输出信号，经转换为电压信号、计算出差值信号后一路反馈到电容三点式震荡电路，自动调节输出的震荡频率，另一路改变MOS管T1漏源间阻值，并联到运算放大器AR3的反馈电阻上控制调幅，以此补偿信号传输中的衰减，提高信号传输的抗干扰性、稳定性。

Description

智能化工地施工环境检测装置

技术领域

本发明涉及工地施工环境监测技术领域，特别是涉及智能化工地施工环境检测装置。

背景技术

工地施工由于房屋拆除、材料逸散以及施工机械等造成噪声及扬尘及其严重，已经成为影响城市空气质量的主要原因之一，甚至影响周围居民的正常生活，工地施工环境监测系统应用而生，具体的通过数据采集模块中各类传感器对环境参数进行检测，通过通讯模块传输到信息监控平台实现监控，并可控制执行模块进行警示设备报警和治理设备如降尘设备喷淋。

由于工地施工环境范围广且恶劣，传感器检测的信号采用有线传输存在衰减且难以布线，而采用无线传感器，由于无线传感器网络的脆弱性和易受干扰性，会使信号间串扰，因此抑制信号传递过程中的衰减、提高信号的抗干扰性是工地施工环境检测的一个重要技术问题之一。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供智能化工地施工环境检测装置，有效的解决了信号传递中衰减、易受干扰的问题。

其解决的技术方案是，包括数据采集模块、通讯模块、监控平台、执行模块，所述数据采集模块通过传感器对工地施工环境参数进行检测，经通讯模块传输到信息监控平台实现监控，并可控制执行模块进行警示设备报警和治理设备治理，其特征在于，传感器检测的工地施工环境参数信号经信号接收电路、调频主电路、反馈调频调幅电路处理后经发射器直接传输到监控平台；

所述信号接收电路采用运算放大器AR4、三极管Q1为核心的恒压源为传感器X1提供电源，传感器检测的工地施工环境信号经运算放大器AR1、AR2、AR3组成的差动放大电路输出，为保证差动放大电路输出的信号在0-5V之间，采用三极管Q2/Q3反馈异常高/低电位到运算放大器AR3的输入端，所述调频主电路接收信号接收电路输出信号，经运算放大器AR5为核心的采样保持器采样保持后，进入三极管Q4为核心的电容三点式震荡电路调频，电容C6、电感L2、变容二极管DC2组成的谐振电路谐振，最后经电解电容E6、E7、电感L5组成的高通滤波电路串联电感L6、L7、可变电容CP1组成的低通滤波电路滤除调频信号以外的其它频率信号的干扰后输出到发射器，所述反馈调频调幅电路采集调频主电路的输出信号，经三极管Q5、Q6为核心的频率电压转换电路转换为电压信号，经运算放大器AR6与参考信号进行比较，差值信号一路反馈到电容三点式震荡电路，自动调节输出的震荡频率，另一路改变MOS管T1漏源间阻值，并联到运算放大器AR3的反馈电阻上控制调幅。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1，采用恒压源为传感器X1供电以补偿传感器的非线性误差，传感器X1检测的工地施工环境信号经电容C1滤波后加到运算放大器AR1、AR2、AR3组成的差动放大电路差动平衡放大处理，为保证差动放大电路输出的信号在0-5V之间，采用三极管Q2/Q3反馈异常高/低电位到运算放大器AR3的输入端，以此提高传感器检测信号接收的精度，之后经采样保持后，进入三极管Q4、电容C3-电容C5为核心的电容三点式震荡电路与震荡信号混频调制为高频信号，高频信号再经电容C6、电感L3、变容二极管DC2组成的谐振电路谐振，产生所需要求传输频率的高频信号，最后经滤除调频信号以外的其它频率信号的干扰后输出到发射器；

2，高频信号还经频率电压转换电路转换为电压信号，电压信号进入运算放大器AR6的反相输入端与同相输入端参考信号进行比较，差值信号一路与采样保持后信号反馈到电容三点式震荡电路，改变变容二极管DC1的容值，自动调节输出的震荡频率到适当的频率，以此控制调频，另一路改变MOS管T1漏源间阻值，并联到运算放大器AR3的反馈电阻上控制调幅，以此补偿信号传输中的衰减，提高信号传输的抗干扰性、稳定性。

附图说明

图1为本发明的总电路原理图。

图2为本发明的信号接收电路原理图。

图3为本发明的调频主电路原理图。

图4为本发明的反馈调频调幅电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，智能化工地施工环境检测装置，包括数据采集模块、通讯模块、监控平台、执行模块，所述数据采集模块通过传感器对工地施工环境参数进行检测，经通讯模块传输到信息监控平台实现监控，并可控制执行模块进行警示设备报警和治理设备治理，传感器检测的工地施工环境参数信号经信号接收电路、调频主电路、反馈调频调幅电路处理后经发射器直接传输到监控平台；

所述信号接收电路采用运算放大器AR4、三极管Q1为核心的恒压源为传感器X1提供稳定的电源，传感器X1检测的工地施工环境信号经电容C1滤波后加到运算放大器AR1、AR2、AR3组成的差动放大电路的输入端，进行差动平衡放大处理，抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，其中运算放大器AR3为减法比例放大器将运算放大器AR1、AR2的输出信号进行减法运算输出差值信号，即消除共模干扰后的传感器输出信号，为保证差动放大电路输出的信号在0-5V之间，当信号异常高电位（高于5V）时，三极管Q2导通，+5V反馈到运算放大器AR3的反相输入端那，起到降低输出信号电位的目的，当信号异常低电位（低于0V）时，三极管Q3导通，+0.7V反馈到运算放大器AR3的同相输入端那，起到提高输出信号电位的目的，以此提高传感器检测的精度接接收的精度，之后进入调频主电路，经运算放大器AR5、开关K1、电容C2组成的采样保持器采样保持后，进入三极管Q4、电容C3-电容C5为核心的电容三点式震荡电路与震荡信号混频调制为高频信号，高频信号再经电容C6、电感L3、变容二极管DC2组成的谐振电路谐振，滤除干扰信号，产生所需要求传输频率的高频信号，最后经电解电容E6、E7、电感L5组成的高通滤波电路串联电感L6、L7、可变电容CP1组成的低通滤波电路滤除调频信号以外的其它频率信号的干扰后输出到发射器，由发射器发送到信息监控平台，所述反馈调频调幅电路用于当频率信号因受干扰，高频信号发生频偏时，三极管Q7导通，调频主电路中滤波后信号经二极管D3限幅后加到三极管Q5、三极管Q6、二极管D2、电解电容E5、电阻R13组成的频率电压转换电路转换为电压信号（0-5V），进入运算放大器AR6的反相输入端与同相输入端参考信号（也即产生工地施工环境最佳传输频率信号对应的电压信号）进行比较，差值信号一路与采样保持后信号反馈到电容三点式震荡电路，改变变容二极管DC1的容值，调节输出的震荡频率，进而控制调频，另一路经电解电容E4反向后加到MOS管T1的栅极，反向后信号的大小改变MOS管T1漏源间阻值，并联到运算放大器AR3的反馈电阻R3上控制调幅，以此保证加到发射器上的信号频率、幅度的精度，进而补偿信号传输中的衰减、提高信号传输的抗干扰性、稳定性。

实施例二，在实施例一的基础上，所述信号接收电路采用运算放大器AR4、三极管Q1为核心的恒压源为传感器X1提供稳定的电源，具体的电源的大小通过稳压管Z1的稳压值、电位器RP1的可调端反馈的电压调节，三极管Q1消除微小的波动电压提供恒定的电压，经电感L1进一步滤波后提供，传感器X1检测的工地施工环境信号经电容C1滤波后加到运算放大器AR1、AR2、AR3组成的差动放大电路的输入端，进行差动平衡放大处理，抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，其中运算放大器AR3为减法比例放大器将运算放大器AR1、AR2的输出信号进行减法运算输出差值信号，即消除共模干扰后的传感器输出信号，为保证差动放大电路输出的信号在0-5V之间，当信号异常高电位（高于5V）时，三极管Q2导通，+5V反馈到运算放大器AR3的反相输入端那，起到降低输出信号电位的目的，当信号异常低电位（低于0V）时，三极管Q3导通，+0.7V反馈到运算放大器AR3的同相输入端那，起到提高输出信号电位的目的，以此提高传感器检测的精度接接收的精度，包括传感器检测接口X1、运算放大器AR4，运算放大器AR4的反相输入端通过电阻R7连接地，运算放大器AR4的同相输入端分别连接三极管Q1的发射极、电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接电阻R9的一端、稳压管Z1的正极、电位器RP1的可调端，电阻R9的另一端连接电源+5V、稳压管Z1的负极连接地，运算放大器AR4的输出端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接传感器检测接口X1的引脚1，传感器检测接口X1的引脚2分别连接电容C1的一端、运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端分别连接运算放大器AR2的输出端、电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接运算放大器AR3的反相输入端、电阻R3的一端、三极管Q2的发射极，电阻R3的另一端分别连接电阻R6的一端、电位器RP1的左端、运算放大器AR3的输出端、电阻R5的另一端，传感器检测接口X1的引脚3和电容C1的另一端连接运算放大器AR1的反相输入端，运算放大器AR1的同相输入端分别连接运算放大器AR1的输出端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器AR3的同相输入端、接地电阻R4的一端、三极管Q3的发射极，三极管Q3的集电极连接电源+0.7V，三极管Q3的基极连接电阻R5的一端；

所述调频主电路接收信号接收电路输出信号，经运算放大器AR5、开关K1、电容C2组成的采样保持器采样保持后，保持时间由电容C2的充放电决定，开关K1为定时开关，控制采样的周期，之后进入三极管Q4、电容C3-电容C5为核心的电容三点式震荡电路与震荡信号混频调制为高频信号，从三极管Q4的集电极输出，高频信号经电容C6、电感L3、变容二极管DC2组成的谐振电路谐振，产生所需要求的传输频率，滤除干扰信号，最后经电解电容E6、E7、电感L5组成的高通滤波电路串联电感L6、L7、可变电容CP1组成的低通滤波电路滤除调频信号以外的其它频率信号的干扰后输出到发射器，由发射器发送到信息监控平台，包括开关K1，开关K1的左端连接运算放大器AR3的输出端，开关K1的右端分别连接接地电容C2的一端、运算放大器AR5的同相输入端，运算放大器AR5的反相输入端和输出端分别连接电解电容E2的负极、变容二极管DC1的负极，变容二极管DC1的正极分别连接三极管Q4的集电极、电容C5的一端、接地电容C6的一端、电感L2的一端、电感L3的一端，电解电容E2的正极和电感L2的另一端连接电源+5V，电容C5的另一端分别连接三极管Q4的发射极、接地电容C4的一端、接地电阻R12的一端，三极管Q4的基极分别连接接地电容C3的一端、接地电阻R11的一端电阻R10的一端、电解电容E1的负极，电阻R10的另一端、电解电容E1的正极连接电源+5V，电感L3的另一端分别连接接地变容二极管DC2的负极、电解电容E6的负极，电解电容E6的正极分别连接电解电容E7的负极、接地电感L5的一端，电解电容E7的正极分别连接电感L6的一端，电感L6的另一端分别连接接地可变电容CP1的一端、电感L7的一端，电感L7的另一端为调频主电路的输出信号，连接到发射器。

实施例三，在实施例二的基础上，所述反馈调频调幅电路用于当频率信号因受干扰，高频信号发生频偏时，三极管Q7导通，三极管Q7导通，调频主电路中滤波后信号经二极管D3限幅后加到三极管Q5、三极管Q6、二极管D2、电解电容E5、电阻R13组成的频率电压转换电路转换为电压信号（0-5V），进入运算放大器AR6的反相输入端与同相输入端参考信号（也即产生工地施工环境最佳传输频率信号对应的电压信号）进行比较，差值信号一路与采样保持后信号反馈到电容三点式震荡电路，改变变容二极管DC1的容值，自动调节输出的震荡频率到适当的频率，进而控制调频，另一路经电解电容E4反向后加到MOS管T1的栅极，反向后信号的大小改变MOS管T1漏源间阻值，并联到运算放大器AR3的反馈电阻R3上控制调幅，以此保证加到发射器上的信号频率、幅度的精度，包括电容C7、电容C8，电容C7的一端连接电感L7的另一端，电容C8的一端连接电解电容E6的负极，电容C8的另一端和电容C7的另一端分别连接三极管Q7的基极、集电极，三极管Q7的发射极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极分别连接电阻R13的一端、电解电容E5的负极，电解电容E5的正极分别连接二极管D2的正极三极管Q5的发射极，电阻R13的另一端连接电源+5V，三极管Q5的基极、二极管D2的负极、三极管Q6的发射极均连接地，三极管Q5的集电极连接运算放大器AR6的同相输入端，运算放大器AR6的反相输入端分别连接参考信号和电阻R14的一端，运算放大器AR6的输出端分别连接电阻R14的另一端、电解电容E3的正极、二极管D1的正极、电阻R15的一端，电解电容E3的负极连接地，电阻R15的另一端连接变容二极管DC1的负极，二极管D1的负极分别连接电解电容E4的负极、电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接电阻R17的一端、电容C12的一端，电解电容E4的正极、电阻R17的另一端、电容C12的另一端均连接地，MOS管T1的漏极连接运算放大器AR3的反相输入端。

本发明具体使用时，所述数据采集模块通过传感器对工地施工环境参数进行检测，经通讯模块传输到信息监控平台实现监控，并可控制执行模块进行警示设备报警和治理设备治理，传感器检测的工地施工环境参数信号经信号接收电路、调频主电路、反馈调频调幅电路处理后经发射器直接传输到监控平台；所述信号接收电路采用运算放大器AR4、三极管Q1为核心的恒压源为传感器X1提供稳定的电源，以补偿传感器的非线性误差，传感器X1检测的工地施工环境信号经电容C1滤波后加到运算放大器AR1、AR2、AR3组成的差动放大电路的输入端，进行差动平衡放大处理，抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，为保证差动放大电路输出的信号在0-5V之间，当信号异常高电位（高于5V）时，三极管Q2导通，+5V反馈到运算放大器AR3的反相输入端那，起到降低输出信号电位的目的，当信号异常低电位（低于0V）时，三极管Q3导通，+0.7V反馈到运算放大器AR3的同相输入端那，起到提高输出信号电位的目的，以此提高传感器检测的精度接接收的精度，之后进入调频主电路，经运算放大器AR5、开关K1、电容C2组成的采样保持器采样保持后，进入三极管Q4、电容C3-电容C5为核心的电容三点式震荡电路与震荡信号混频调制为高频信号，高频信号再经电容C6、电感L3、变容二极管DC2组成的谐振电路谐振，滤除干扰信号，产生所需要求传输频率的高频信号，最后经电解电容E6、E7、电感L5组成的高通滤波电路串联电感L6、L7、可变电容CP1组成的低通滤波电路滤除调频信号以外的其它频率信号的干扰后输出到发射器，由发射器发送到信息监控平台，所述反馈调频调幅电路用于当频率信号因受干扰，高频信号发生频偏时，三极管Q7导通，调频主电路中滤波后信号经二极管D3限幅后加到三极管Q5、三极管Q6、二极管D2、电解电容E5、电阻R13组成的频率电压转换电路转换为电压信号（0-5V），进入运算放大器AR6的反相输入端与同相输入端参考信号（也即产生工地施工环境最佳传输频率信号对应的电压信号）进行比较，差值信号一路与采样保持后信号反馈到电容三点式震荡电路，改变变容二极管DC1的容值，调节输出的震荡频率，进而控制调频，另一路经电解电容E4反向后加到MOS管T1的栅极，反向后信号的大小改变MOS管T1漏源间阻值，并联到运算放大器AR3的反馈电阻R3上控制调幅，以此补偿信号传输中的衰减，提高信号传输的抗干扰性、稳定性。

Claims

1.智能化工地施工环境检测装置，其特征在于，传感器检测的工地施工环境参数信号经信号接收电路、调频主电路、反馈调频调幅电路处理后经发射器直接传输到监控平台；

所述信号接收电路采用运算放大器AR4、三极管Q1为核心的恒压源为传感器X1提供电源，传感器检测的工地施工环境信号经运算放大器AR1、AR2、AR3组成的差动放大电路输出，为保证差动放大电路输出的信号在0-5V之间，采用三极管Q2和Q3反馈异常高电位和低电位到运算放大器AR3的输入端，所述调频主电路接收信号接收电路输出信号，经运算放大器AR5为核心的采样保持器采样保持后，进入三极管Q4为核心的电容三点式震荡电路调频，电容C6、电感L2、变容二极管DC2组成的谐振电路谐振，最后经电解电容E6、E7、电感L5组成的高通滤波电路串联电感L6、L7、可变电容CP1组成的低通滤波电路滤除调频信号以外的其它频率信号的干扰后输出到发射器，所述反馈调频调幅电路采集调频主电路的输出信号，经三极管Q5、Q6为核心的频率电压转换电路转换为电压信号，经运算放大器AR6与参考信号进行比较，差值信号一路反馈到电容三点式震荡电路，自动调节输出的震荡频率，另一路改变MOS管T1漏源间阻值，并联到运算放大器AR3的反馈电阻上控制调幅。

2.如权利要求1所述的智能化工地施工环境检测装置，其特征在于，所述信号接收电路包括传感器检测接口X1、运算放大器AR4，运算放大器AR4的反相输入端通过电阻R7连接地，运算放大器AR4的同相输入端分别连接三极管Q1的发射极、电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接电阻R9的一端、稳压管Z1的正极、电位器RP1的可调端，电阻R9的另一端连接电源+5V、稳压管Z1的负极连接地，运算放大器AR4的输出端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接传感器检测接口X1的引脚1，传感器检测接口X1的引脚2分别连接电容C1的一端、运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端分别连接运算放大器AR2的输出端、电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接运算放大器AR3的反相输入端、电阻R3的一端、三极管Q2的发射极，电阻R3的另一端分别连接电阻R6的一端、电位器RP1的左端、运算放大器AR3的输出端、电阻R5的另一端，传感器检测接口X1的引脚3和电容C1的另一端连接运算放大器AR1的反相输入端，运算放大器AR1的同相输入端分别连接运算放大器AR1的输出端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器AR3的同相输入端、接地电阻R4的一端、三极管Q3的发射极，三极管Q3的集电极连接电源+0.7V，三极管Q3的基极连接电阻R5的一端；

所述调频主电路包括开关K1，开关K1的左端连接运算放大器AR3的输出端，开关K1的右端分别连接接地电容C2的一端、运算放大器AR5的同相输入端，运算放大器AR5的反相输入端和输出端分别连接电解电容E2的负极、变容二极管DC1的负极，变容二极管DC1的正极分别连接三极管Q4的集电极、电容C5的一端、接地电容C6的一端、电感L2的一端、电感L3的一端，电解电容E2的正极和电感L2的另一端连接电源+5V，电容C5的另一端分别连接三极管Q4的发射极、接地电容C4的一端、接地电阻R12的一端，三极管Q4的基极分别连接接地电容C3的一端、接地电阻R11的一端电阻R10的一端、电解电容E1的负极，电阻R10的另一端、电解电容E1的正极连接电源+5V，电感L3的另一端分别连接接地变容二极管DC2的负极、电解电容E6的负极，电解电容E6的正极分别连接电解电容E7的负极、接地电感L5的一端，电解电容E7的正极分别连接电感L6的一端，电感L6的另一端分别连接接地可变电容CP1的一端、电感L7的一端，电感L7的另一端为调频主电路的输出信号，连接到发射器。

3.如权利要求1所述的智能化工地施工环境检测装置，其特征在于，所述反馈调频调幅电路包括电容C7、电容C8，电容C7的一端连接电感L7的另一端，电容C8的一端连接电解电容E6的负极，电容C8的另一端和电容C7的另一端分别连接三极管Q7的基极、集电极，三极管Q7的发射极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极分别连接电阻R13的一端、电解电容E5的负极，电解电容E5的正极分别连接二极管D2的正极三极管Q5的发射极，电阻R13的另一端连接电源+5V，三极管Q5的基极、二极管D2的负极、三极管Q6的发射极均连接地，三极管Q5的集电极连接运算放大器AR6的同相输入端，运算放大器AR6的反相输入端分别连接参考信号和电阻R14的一端，运算放大器AR6的输出端分别连接电阻R14的另一端、电解电容E3的正极、二极管D1的正极、电阻R15的一端，电解电容E3的负极连接地，电阻R15的另一端连接变容二极管DC1的负极，二极管D1的负极分别连接电解电容E4的负极、电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接电阻R17的一端、电容C12的一端，电解电容E4的正极、电阻R17的另一端、电容C12的另一端均连接地，MOS管T1的漏极连接运算放大器AR3的反相输入端。