CN202939786U - 混凝土电杆力学性能检验无线数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混凝土电杆力学性能检验无线数据采集装置，它包括计算机（1），连接在混凝土电杆上的位移检测仪（2）和拉力传感器（3），位移检测仪（2）和拉力传感器（3）与计算机（1）采用无线数据传送。本实用新型在测量混凝土电杆的加载拉力和电杆扰度时采用无线数据传送的方式代替现有的数据线传送，这样在测量时减少了现场的线路连接，相对有线连接就不必考虑线路长短问题、布线区域环境问题，给混凝土电杆的力学性能检测提供方便。同时，采用了无线技术来传送采集到的数据信息，应用起来灵活可靠，具有意向不到的效果以及广泛的应用前景。

Description

混凝土电杆力学性能检验无线数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种混凝土电杆在力学性能检验方面的无线数据采集装置。 

背景技术

在混凝土电杆的力学性能检验中，目前对加载拉力和电杆扰度（测量位移变化量）的测量为有线连接如图1所示，该种测量方法存在现场环境复杂、条件多变的情况，易对连接好的连接线产生破坏，对测量数据产生影响。同时因连接线较长，在现场安装、使用、保存过程中带来很大的不便。 

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种无线数据采集系统对加载力和扰度值进行测量，可提高检验方便性与检测时间的混凝土电杆在力学性能检验方面的无线数据采集装置，可以克服现有技术的不足。 

本实用新型的技术方案是：混凝土电杆力学性能检验无线数据采集装置，它包括计算机，连接在混凝土电杆上的位移检测仪和拉力传感器，位移检测仪和拉力传感器与计算机采用无线数据传送。 

在位移检测仪和拉力传感器上连接有数据采集及数据无线发射装置，在计算机上连接有数据接收装置。 

数据采集及数据无线发射装置由依次与位移检测仪和拉力传感器连接的程控放大器、A／D转换器、发射端单片机、编码器和发射模块构成。 

数据接收装置由连接在计算机上的接收模块、解码器和接收端单片机构成。 

与现有技术比较，本实用新型在测量混凝土电杆的加载拉力和电杆扰度时采用无线数据传送的方式代替现有的数据线传送，这样在测量时减少了现场的线路连接，相对有线连接就不必考虑线路长短问题、布线区域环境问题，给混凝土电杆的力学性能检测提供方便。同时，采用了无线技术来传送采集到的数据信息，应用起来灵活可靠，具有意向不到的效果以及广泛的应用前景。 

附图说明

图1为混凝土电杆有线连接力学性能检验示意图； 

图2 混凝土电杆力学性能检验无线数据采集系统示意图；

图3为混凝土电杆力学性能检验数据转换过程图；

图4为A／D转换器ICL7135与单片机的接口电路图;

图5为无线发射模块的信号格式图；

图6为无线发射模块的编码时序图；

图7为数据无线发射置区域的电路图；

图8为数据接收装置区域的电路图；

图9为数据采集及数据无线发射装置程序流程图；

图10为接收端程序流程图。

具体实施方式

实施例 ：为实现位移检测仪（2）和拉力传感器（3）与计算机（1）采用无线数据传送，它可采用在位移检测仪（2）和拉力传感器（3）上连接有数据采集及数据无线发射装置，在计算机（1）上连接有数据接收装置，数据采集及数据无线发射装置可以由依次与位移检测仪（2）和拉力传感器（3）连接的程控放大器（4）、A／D转换器（5）、发射端单片机（6）、编码器（7）和发射模块（8）构成。数据接收装置由连接在计算机（1）上的接收模块（9）、解码器（10）和接收端单片机（11）构成。 

在数据采集及数据无线发射装置中，数据采集的信号处理部分包括前项通道、程控放大器和A／D转换器，其功能是在程序控制下对传感器模拟信号提取放大，并进行模拟／数据转换，微处理器负责控制系统各部分器件的工作并对数字信号进行处理。无线发射电路在微处理器的控制下，由编码器将采集到的信息数据进行相应的编码和处理，并用发射模块发射出去。 

数据接收装置由无线接收电路、微处理器和显示部分组成，在微处理器控制下接收无线电传来的数据，当一组格式数据接收完毕后，由接收电路里的解码器对格式数据进行解码，获取环境当前的拉力信息，然后将拉力信息显示在LED接收面板上。 

为实现上述功能可采用下述硬件来实现 

1、传感器，

  拉力传感器又叫电阻应变式传感器，隶属于称重传感器系列，是一种将物理信号转变为可测量的电信号输出的装置，它使用两个拉力传递部分传力，在其结构中含有力敏器件和两个拉力传递部分，在力敏器件中含有压电片、压电片垫片，后者含有基板部分和边缘传力部分，其特征是使两个拉力传递部分的两端分别固定在一起，用两端之间的横向作用面将力敏器件夹紧，压电片垫片在一侧压在压电片的中心区域，基板部分位于压电片另一侧与边缘传力部分之间并紧贴压电片，拉力传感器基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变化量转换为电信号的过程。

  拉力传感器为电阻应变式传感器，选用200KN拉力传感器1只，压阻传感器的4个电阻组成桥路，用12V恒压源激励。1400mm位移传感器一个，用12V恒压源激励。 

2  程控放大器 

  程控放大器由模拟开关、输入放大器及接口电路组成。其作用是在程序控制下，拉力信号与挠度信号送入放大器输入端，与此同时，还可以同步选择出此二路信号相应的增益，经放大器放大后分别输出A／D转换器所要求的拉力、挠度电压信号，以便进行A／D转换。

  我们选用的CD4052（拉力和挠度各1只）为双四通道模拟开关，用以选择拉力、挠度信号。放大器AD623（拉力和挠度各1只）是一个集成单电源仪表放大器，它能在单电源(3～12 V)下提供满电源幅度输出。 

、A／D转换器（型号为ICL7135） 

  A／D转换器（ICL7135）是高精度四位半CMOS双积分型A／D转换器，具有如下特点：(1)转换速度为3～10次／s，分辨率相当于14位二进制数，转换误差为±1 LSB，转换精度高。(2)量程范围0～1.999 9 V。(3)对输人的模拟信号过(欠)量程能够识别；具有自动转换和自动调零功能，可保证零点在常温下的长期稳定性。(4)与单片机可直接连接，不需地址选择信号。当ICL7135工作于双极性情况时，时钟最高频率为125 kHz，可采用555定时器作为ICL7135的CLK时钟输入。当ICL7135的积分器在积分过程中(对信号积分和反向积分)，其BUSY端输出高电平，积分器反向积分过零后输出低电平。ICL7135的POL端为极性输出端。当输入信号为正时POL输出高电平；当输入信号为负时POL输出为低电平。B1、B2、B4、B8是BCD码输出端。A／D转换器的基准电压的精度和稳定性是影响转换精度的主要因素。为保证ICL7135的转换精度，我们采用高准确度、低温漂的带隙基准电压源MC1403（拉力和挠度各1只）向其提供1 V的基准电压。A／D转换器与单片机的基本连线见图4。

 4、 无线发射部分 

   我们选用PT2262/PT2272收发模块作为无线发射和接收部件。PT2262/2272收发模块作是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。发射电路部分由PT2262（拉力和挠度各1只）编码器和F05发射模块组成。PT2262能将数据和地址编译成代码的波形。它最大有12位(A0～A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，共有531441种地址代码。最大有6位(D0～D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出。信号格式如图5所示，编码时序如图6所示。 

    F05具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3 V时，发射电流约2 mA，发射功率较小，12 V为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约5～8 mA，大于12 V直流功耗增大，有效发射功率不再明显提高。F05系列采用AM方式调制以降低功耗，数据信号停止，发射电流降为零。数据电平应接近F05的实际工作电压以获得较高的调制效果，F05对过宽的调制信号易引起调制效率下降，收发距离变近。当高电平脉冲宽度在0.08～1 ms时发射效果较好，大于1 ms后效率开始下降；当低电平区大于10 ms，接收到的数据第一位极易被干扰(即零电平干扰)而引起不解码。如采用CPU编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰，若是通用编解码器，可调整振荡电阻使每组码中间的低电平区小于10 ms。平时F05输入端应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过F05的工作电压。F05应垂直安装在印刷电路板边部，应离开周围器件5 mm以上，以免受分布参数影响而停振。发射部分电路见图7。

、 无线接收部分 

    接收电路部分主要由PT2272（拉力和挠度各1只）解码器和J05接收模块组成。其中PT2272最多可有12位(A0～A11)三态地址端管脚，任意组合可提供531441地址码，最多可有6位(D0～D5)数据端输出管脚，17脚为解码有效指示输出，PT2272分为锁存型输出或非锁存型输出。

  J05接收模块采用超外差，二次变频结构，所有的射频接收、混频、滤波、数据解调，放大整形全部在芯片内完成，接收功能高度集成化。具有二种工作方式选择，以适合解调不同的数据速率。当第3脚悬空(内部已上拉为高电平)时，射频接收带宽较宽，可适应发射频率精度误差较大的声表谐振器稳频的发射机及一般的LC发射机。当第3脚接地时，射频接收带宽较窄，解调滤波器带宽较大，但要求配套的发射机必须具有较高的频率精度及稳定度，发射频率必须由晶体或精度较高的声表谐振器稳频。接收部分电路见图8。 

为实现无线数据传送，还需对系统的软件进行设计 

6、数据采集及数据无线发射装置的软件实现

      拉力传感器、位移检测仪前端系统软件包括初始化程序、拉力和挠度的数据采集程序、数字滤波程序、测量算法程序、发送程序等部分组成，源程序流程图如图9所示。

    系统初始化程序包括堆栈指针的设置、中断源控制字设置和有关工作单元的初始化等。对于拉力（扰度）信号的选通采用INT1申请中断，在中断处理程序中执行数据采集等任务，如图8所示。在单片机与ICL7135的R／H相连的P3.4口输出一个正脉冲，则开始启动A／D进行转换。在A／D转换期间STRB端口为高电平，在A／D转换结束后，STRB端口输出5个负脉冲。可以利用STRB端口的下降沿请求中断，连续响应5次INT1中断即为一次转换结果。单片机P0.0～P0.3口通过B1～B84位端口依次读入万、千、百、十、个位的BCD码。当所有位数BCD码读完，数据存入RAM单元后，即完成一次拉力信号的读取。对于挠度信号的选通测量也采用类似的方法，这里不再赘述。目前关于数字滤波的方法很多，有算术平均滤波、加权平均滤波、中值滤波和复合滤波等方法。本系统采用的是复合滤波方法，此法首先将n次采样值按大小排队，然后去掉最大值和最小值，再对剩下的n-2个采样值求算术平均值。复合滤波法既可以去掉脉冲干扰，又可以对采样值进行平滑加工，它兼有中值滤波和算术平均滤波的优点。关于挠度引起的拉力传感器热零点漂移现象，我们采用的是非线性函数多项式拟合的规范化方法。在程序中通过拟合出的规范化多项式，对拉力值进行挠度漂移的补偿计算。最后得到的拉力值数据经P1口发送到PT2262数据端，由PT2262编码送F05发射数据。 

  5.2.6.2接收端的软件实现

  接收端的软件实现比较简单，主要是解码器PT2272将J05接收来的数据发送到单片机的P1口，经单片机处理后由P2口发送给LED显示，具体流程图见图10。

Claims (4)

1.一种混凝土电杆力学性能检验无线数据采集装置，它包括计算机（1），连接在混凝土电杆上的位移检测仪（2）和拉力传感器（3），其特征在于：位移检测仪（2）和拉力传感器（3）与计算机（1）采用无线数据传送。

2.根据权利要求1所述的混凝土电杆力学性能检验无线数据采集装置，其特征在于：在位移检测仪（2）和拉力传感器（3）上连接有数据采集及数据无线发射装置，在计算机（1）上连接有数据接收装置。

3.根据权利要求2所述的混凝土电杆力学性能检验无线数据采集装置，其特征在于：数据采集及数据无线发射装置由依次与位移检测仪（2）和拉力传感器（3）连接的程控放大器（4）、A／D转换器（5）、发射端单片机（6）、编码器（7）和发射模块（8）构成。

4.根据权利要求2所述的混凝土电杆力学性能检验无线数据采集装置，其特征在于：数据接收装置由连接在计算机（1）上的接收模块（9）、解码器（10）和接收端单片机（11）构成。

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