CN111077813A - 一种大坝安全监测数据自动采集系统及方法 - Google Patents

一种大坝安全监测数据自动采集系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大坝安全监测数据自动采集系统及方法，包括主装置和从装置，所述从装置与所述主装置交互连接，所述从装置包括第二中央处理器、电源检测单元、命令输出单元、地址生成单元、检测单元、时钟、MCU和第一信号收发器，所述第二中央处理器连接所述命令输出单元；通过一个主模式的装置，下面可以级联最多七个从模式的装置，每一个从模式的装置，都有一个独立的地址，用于从主之间的通信，主从之间采用RS485接口进行连接，主装置具有与主站服务器通信的能力，可以将所有的传感器数据，包括下属从装置上的传感器上报给主站服务器，在安装施工时，可以快速施工，减少配置地址的麻烦，缩短施工时长，降低施工成本。

Description

一种大坝安全监测数据自动采集系统及方法
技术领域
本发明属于大坝监测数据采集技术领域，具体涉及一种大坝安全监测数据自动采集系统及方法。
背景技术
大坝，是拦截江河渠道水流以抬高水位或调节流量的挡水建筑物。可形成水库，抬高水位、调节径流、集中水头，用于防洪、供水、灌溉、水力发电、改善航运等。调整河势、保护岸床的河道整治建筑物也称坝，比如丁坝、顺坝和潜坝等，大坝在拦截过程中，需要对大坝安全进行监测，大坝安全监测数据在采集的过程中，都有主装置下属的从装置，每一个都要进行分配一个独立的、不同的地址，用于主从装置的通信，目前，都是安装施工时，按照现场的实际情况来进行从地址的分配，需要人工一一进行设置，操作麻烦，配置地址时间浪费的时间长，导致施工时长增加，成本升高，为此，提出一种大坝安全监测数据自动采集系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大坝安全监测数据自动采集系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种大坝安全监测数据自动采集系统，包括主装置和从装置，所述从装置与所述主装置交互连接，所述从装置包括第二中央处理器、电源检测单元、命令输出单元、地址生成单元、检测单元、时钟、MCU和第一信号收发器，所述第二中央处理器连接所述命令输出单元，所述第二中央处理器连接所述地址生成单元，所述第二中央处理器与所述检测单元交互连接，所述检测单元连接所述MCU，所述检测单元连接所述时钟，所述第二中央处理器交互连接第一信号收发器，所述第二中央处理器和所述电源检测单元交互连接；
所述第二中央处理器用于处理收到的信号；
所述检测单元用于检测所述MCU的UID字节和所述时钟的时间字节；
所述地址生成单元用于根据所述检测单元检测到的字节生成新的地址；
所述电源检测单元用于检测电源是否接通，并向第二中央处理器发送电源接通信号，当电源接通时，第二中央处理器控制所述存储单元将存储的地址清除；
所述命令输出单元用于发送命令；
所述第一信号收发器用于接收和发送信号。
优选的，所述主装置包括第一中央处理器、RS485、存储单元和第二信号收发器；
所述第一中央处理器和所述第二信号收发器交互连接，所述第一中央处理器和所述RS485交互连接，所述第一中央处理器和所述存储单元交互连接；
所述第一中央处理器用于处理收到的信号；
所述存储单元用于存储生成的地址；
所述第一信号收发器用于接收和发送信号。
优选的，所述MCU的UID字节为十二个字节，所述时钟的时间字节为四个字节；
所述地址生成单元用于根据所述检测单元检测到的UID字节与时间字节相加生成新的地址。
本发明还提供了一种大坝安全监测数据自动采集方法，包括以下步骤：.
S1、从装置接通电源，获得一个随机数，根据随机数计算出一个地址值；
S2、查询RS485线路是否处于空闲状态，如处于不空闲状态则等待，如处于空闲状态，进入下一步骤；
S3、向RS485发出握手命令，判断生成的地址值是否已经存在，当生成的地址值已经存在时，返回S1，当生成的地址值不存在时，进行下一步骤；
S4、保存该地址值，并向主装置发送该地址值；
S5、主装置将该地址值进行保存，从装置使用该地址值进行通信。
优选的，在S1中，所述随机数为从装置上MCU的UID值和时钟的时间，所述UID字节为十二字节，所述时间字节为四字节，共十六字节，所述地址值根据UID字节与时间字节相加为十六字节进行计算得出。
优选的，根据地址值进行一个对应的时间延时，延时区间为1-255s。
优选的，在S3中，判断生成的地址值是否已经存在时，向所述RS485发出握手命令，查看所述RS485是否有正确回复。
优选的，当所述RS485有正确回复时，表明已经存在该地址值，需要重新计算，当所述RS485没有正确回复时，表明不存在该地址值，可以使用。
优选的，在S4中，向主装置发送所述地址值时，同时向主装置发送注册地址的命令，以代表使用该地址值为从装置与主装置的通信地址。
优选的，在S5中，从装置内设有电源检测单元，所述电源检测单元用于检测电源是否接通，当电源接通时，所述电源检测单元向从装置发送清除地址命令，将之前存储的地址值清除，获得新的地址值。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种大坝安全监测数据自动采集系统及方法，与现有技术相比，具有以下优点：
通过一个主模式的装置，下面可以级联最多七个从模式的装置，每一个从模式的装置，都有一个独立的地址，用于从主之间的通信，主从之间采用RS485接口进行连接，主装置具有与主站服务器通信的能力，可以将所有的传感器数据，包括下属从装置上的传感器数据上报给主站服务器，在安装施工时，可以快速施工，减少配置地址的麻烦，缩短施工时长，降低施工成本。
附图说明
图1为本发明的系统模块图；
图2为本发明实施例的另一示意图；
图3为本发明的流程图。
具体实施方式
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实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种大坝安全监测数据自动采集系统，包括主装置和从装置，所述从装置与所述主装置交互连接，所述从装置包括第二中央处理器、电源检测单元、命令输出单元、地址生成单元、检测单元、时钟、MCU和第一信号收发器，所述第二中央处理器连接所述命令输出单元，所述第二中央处理器连接所述地址生成单元，所述第二中央处理器与所述检测单元交互连接，所述检测单元连接所述MCU，所述检测单元连接所述时钟，所述第二中央处理器交互连接第一信号收发器，所述第二中央处理器和所述电源检测单元交互连接；
所述第二中央处理器用于处理收到的信号；
所述检测单元用于检测所述MCU的UID十二个字节和所述时钟的时间的四个字节；
所述地址生成单元用于根据所述检测单元检测到的UID十二个字节与时间的四个字节相加得到十六个字节生成新的地址；
所述电源检测单元用于检测电源是否接通，并向第二中央处理器发送电源接通信号，当电源接通时，第二中央处理器控制所述存储单元将存储的地址清除；
所述命令输出单元用于发送命令；
所述第一信号收发器用于接收和发送信号。
较佳地，所述主装置包括第一中央处理器、RS485、存储单元和第二信号收发器；
所述第一中央处理器和所述第二信号收发器交互连接，所述第一中央处理器和所述RS485交互连接，所述第一中央处理器和所述存储单元交互连接；
所述第一中央处理器用于处理收到的信号；
所述存储单元用于存储生成的地址；
所述第一信号收发器用于接收和发送信号。
本发明还提供了如图3所示的一种大坝安全监测数据自动采集方法，包括以下步骤：
S1、从装置接通电源，获得一个随机数，根据随机数计算出一个地址值；
S2、查询RS485线路是否处于空闲状态，如处于不空闲状态则等待，如处于空闲状态，进入下一步骤；
S3、向RS485发出握手命令，判断生成的地址值是否已经存在，当生成的地址值已经存在时，返回S1，当生成的地址值不存在时，进行下一步骤；
S4、保存该地址值，并向主装置发送该地址值；
S5、主装置将该地址值进行保存，从装置使用该地址值进行通信。
较佳地，在S1中，所述随机数为从装置上MCU的UID值和时钟的时间，所述UID值为十二字节，所述时间为四字节，共十六字节，地址值根据UID字节与时间字节相加为十六字节进行计算得出。
通过采用上述技术方案，由于一个主装置，下面最多七个从装置，所以，通过上面的运算得到的随机，要出现重复的几率较小，使得生成的地址值重复的几率降低。
较佳地，根据地址值进行一个对应的时间延时，延时区间为1-255s。
通过采用上述技术方案，为了避免冲突，防止链路上同时多个从装置往主装置上发送数据，导致数据错误的问题出现。
较佳地，在S3中，判断生成的地址值是否已经存在时，向所述RS485发出握手命令，查看所述RS485是否有正确回复。
通过采用上述技术方案，可以确定生成的地址值是否已经存在。
较佳地，当所述RS485有正确回复时，表明已经存在该地址值，需要重新计算，当所述RS485没有正确回复时，表明不存在该地址值，可以使用。
通过采用上述技术方案，可以查看是否已经有存在的地址值。
较佳地，在S4中，向主装置发送所述地址值时，同时向主装置发送注册地址的命令，以代表使用该地址值为从装置与主装置的通信地址。
通过采用上述技术方案，可以确定使用的通信地址。
较佳地，在S5中，从装置内设有电源检测单元，所述电源检测单元用于检测电源是否接通，当电源接通时，所述电源检测单元向从装置发送清除地址命令，将之前存储的地址值清除，获得新的地址值。
通过采用上述技术方案，可以在每次电源接通时，将从装置内存储的地址值清除，以获得新的地址值。
工作原理：将从装置接通电源，获得一个随机数，根据随机数计算出一个地址值，查询RS485线路是否处于空闲状态，如处于不空闲状态则等待，如处于空闲状态，向RS485发出握手命令，查看所述RS485是否有正确回复，判断生成的地址值是否已经存在，当所述RS485有正确回复时，表明已经存在该地址值，需要重新计算，当所述RS485没有正确回复时，表明不存在该地址值，可以使用，当生成的地址值已经存在时，重新获取地址值，当生成的地址值不存在时，保存该地址值，并向主装置发送该地址值，同时向主装置发送注册地址的命令，然后主装置将该地址值进行保存，从装置使用该地址值进行通信，以用于后期的采集，由于从装置每一个都有一个MCU，MCU上都有一个芯片产商设定好的，唯一的UID，一般为12字节的数据，将该值与当前从装置的时钟，为四个字节，将这十六个字节，按字节进行异或运算，得到的一个数字，作为随机数，重复几率低，能够快速生成地址值，采集通道采用无地址扩展级联方式，不用分配地址，即插即用，通过一个主模式的装置，下面可以级联最多七个从模式的装置，每一个从模式的装置，都有一个独立的地址，用于从主装置之间的通信，主从装置之间采用RS485接口进行连接，主装置具有与主站服务器通信的能力，可以将所有的传感器数据(包括从装置上的传感器数据)上报给主站服务器，在安装施工时，可以快速施工，减少配置地址的麻烦，缩短施工时长，降低施工成本。
在具体的实施例中，主从装置之间采用RS485通信。主从装置装置与传感器之间是通过普通电缆捕获对应的频率、电阻、电压，经过主从装置采集得到相应的值，并且计算得出最终的压力值、倾角值、位移值。一个主装置最多支持7个从装置，每个装置最多支持8路传感器，传感器可以随意接入到任意一路通道上，只需要在装置上做好配置即可。以此实现多种传感器数据的自动采集。在本实施例中主装置具有远传功能，从装置不具备远传功能，从装置可以通过主装置实现数据的远程传输。
而对于大坝安全监测中涉及的压力传感器、倾角计(测斜仪)、位移计等，获取的传感器参数(数值)主要有：频率，电阻(用于计算温度)，电压等，然后通过不同的传感器进行相应的公式计算，压力传感器得出压力值、倾角计(测斜仪)得出倾角角度、位移计得出位移长度等。
在本实施例中对压力传感器展开说明，压力传感器计算公式如下：
P＝(R1–R0)G+(T1-T0)K
P:表示压力值。
R1：当前这次的模数，由频率值计算而来。
Figure BDA0002216927840000071
(本式中Hz即获取的当前频率值)。
R0：第一次安装时的模数，由频率值计算而来。
Figure BDA0002216927840000081
(本式中Hz即获取的第一次安装的频率值)，也就是说在安装好后，第一次获取的频率值计算而来的得到R0，作为原始值，以后的每一次采集都与这个值相减，来判断所产生的变化。
G:传感器系数，由厂家给定，每一只传感器均不一样。
(T1-T0)K:是一个温度变化的补偿值。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (10)

1.一种大坝安全监测数据自动采集系统，包括主装置和从装置，其特征在于：所述从装置与所述主装置交互连接，所述从装置包括第二中央处理器、电源检测单元、命令输出单元、地址生成单元、检测单元、时钟、MCU和第一信号收发器，所述第二中央处理器连接所述命令输出单元，所述第二中央处理器连接所述地址生成单元，所述第二中央处理器与所述检测单元交互连接，所述检测单元连接所述MCU，所述检测单元连接所述时钟，所述第二中央处理器交互连接第一信号收发器，所述第二中央处理器和所述电源检测单元交互连接；
所述第二中央处理器用于处理收到的信号；
所述检测单元用于检测所述MCU的UID字节和所述时钟的时间字节；
所述地址生成单元用于根据所述检测单元检测到的字节生成新的地址；
所述电源检测单元用于检测电源是否接通，并向第二中央处理器发送电源接通信号，当电源接通时，第二中央处理器控制所述存储单元将存储的地址清除；
所述命令输出单元用于发送命令；
所述第一信号收发器用于接收和发送信号。
2.根据权利要求1所述的一种大坝安全监测数据自动采集系统，其特征在于：所述主装置包括第一中央处理器、RS485、存储单元和第二信号收发器；
所述第一中央处理器和所述第二信号收发器交互连接，所述第一中央处理器和所述RS485交互连接，所述第一中央处理器和所述存储单元交互连接；
所述第一中央处理器用于处理收到的信号；
所述存储单元用于存储生成的地址；
所述第一信号收发器用于接收和发送信号。
3.根据权利要求1所述的一种大坝安全监测数据自动采集系统，其特征在于：所述MCU的UID字节为十二个字节，所述时钟的时间字节为四个字节；
所述地址生成单元用于根据所述检测单元检测到的UID字节与时间字节相加生成新的地址。
4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的大坝安全监测数据自动采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、从装置接通电源，获得一个随机数，根据随机数计算出一个地址值；
S2、查询RS485线路是否处于空闲状态，如处于不空闲状态则等待，如处于空闲状态，进入下一步骤；
S3、向RS485发出握手命令，判断生成的地址值是否已经存在，当生成的地址值已经存在时，返回S1，当生成的地址值不存在时，进行下一步骤；
S4、保存该地址值，并向主装置发送该地址值；
S5、主装置将该地址值进行保存，从装置使用该地址值进行通信。
5.根据权利要求4所述的一种大坝安全监测数据自动采集方法，其特征在于：在S1中，所述随机数为从装置上MCU的UID值和时钟的时间，所述UID字节为十二字节，所述时间字节为四字节，所述地址值根据UID字节与时间字节相加为十六字节进行计算得出。
6.根据权利要求5所述的一种大坝安全监测数据自动采集方法，其特征在于：根据地址值进行一个对应的时间延时，延时区间为1-255s。
7.根据权利要求4所述的一种大坝安全监测数据自动采集方法，其特征在于：在S3中，判断生成的地址值是否已经存在时，向所述RS485发出握手命令，查看所述RS485是否有正确回复。
8.根据权利要求7所述的一种大坝安全监测数据自动采集方法，其特征在于：当所述RS485有正确回复时，表明已经存在该地址值，需要重新计算，当所述RS485没有正确回复时，表明不存在该地址值，可以使用。
9.根据权利要求4所述的一种大坝安全监测数据自动采集方法，其特征在于：在S4中，向主装置发送所述地址值时，同时向主装置发送注册地址的命令，以代表使用该地址值为从装置与主装置的通信地址。
10.根据权利要求4所述的一种大坝安全监测数据自动采集方法，其特征在于：在S5中，从装置内设有电源检测单元，所述电源检测单元用于检测电源是否接通，当电源接通时，所述电源检测单元向从装置发送清除地址命令，将之前存储的地址值清除，获得新的地址值。
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