CN203825794U - 无线低功耗的深大基坑数据采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无线低功耗的深大基坑数据采集器，包括供电单元、主控单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元，所述供电单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元均连接到主控单元，供电单元、主控单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元被封装在一个外壳内。本实用新型的优点在于：相对于传统的人工监测，能够自动观测并可以连续地记录下观测对象完整的变化过程，并且实时得到观测数据。

Description

无线低功耗的深大基坑数据采集器

技术领域

本发明涉及计算机及电子技术领域，具体地说，涉及一种运用于深大基坑建设所需监测的各数据自动化采集的采集器。

背景技术

随着深大基坑建设工程的增多，基坑工程信息化施工受到了越来越广泛的重视。为保证工程安全顺利地进行，在基坑开挖及结构施工期间开展严密的施工监测是很有必要的，所取得的数据是基坑支护结构和周围地层在施工过程中的真实反映，是各种复杂因素影响下的综合体现。

现如今深大基坑建设工程绝大多数仍然采用人工数据监测和采集的方式，但随着深大基坑建设工程的增多，基坑工程信息化施工受到了越来越广泛的重视。近年来我国基坑工程监测技术取得了一定的发展，受重视程度也得到了充分的提高，但与工程实际要求相比还存在较大的差距。

实用新型内容

本实用新型的所要解决的技术问题在于提供一种可以连续地记录下观测对象完整的变化过程，并且实时得到观测数据的无线低功耗的深大基坑数据采集器。

本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种无线低功耗的深大基坑数据采集器，包括供电单元、主控单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元，所述供电单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元均连接到主控单元，供电单元、主控单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元被封装在一个外壳内。

优化的，外壳外部具有4个接口，接口通用航空接口。

优化的，所述供电单元包括外部12V输入、备用的12V锂电池、供电源选择电路、充电管理电路、12V转3.3V电路，所述供电源选择电路同时连接外部12V输入、备用的12V锂电池，外部12V输入通过充电管理电路连接12V锂电池，外部12V输入和12V锂电池均连接到12V转3.3V电路，12V转3.3V电路的输出连接到主控单元。

优化的，所述12V转3.3V电路包括开关电源芯片LM2576、肖特基稳压二极管1N5822、匹配电容C1、C2、C3，以及匹配电感L，所述12V开关电源芯片LM2576的Pin1输入，Pin2、Pin4输出3.3V，开关电源芯片LM2576的Pin1通过电容C1接地，Pin3、Pin5、Pin6直接接地，Pin2接串联电感L的一端，电感L的另一端接Pin4，且作为12V转3.3V电路的输出端，该输出端通过并联的电容C2、C3接地。

优化的，所述供电源选择电路包括接口J6、反向保护二极管1N4007、场效应管AO3407A、电阻R，所述外部12V电源从接口J6的Pin2输入，同时接口J6的Pin1接反向保护二极管1N4007的阳极，反向保护二极管1N4007的阴极连接到场效应管AO3407A，反向保护二极管1N4007和场效应管AO3407A之间有外部12V电源输入，接口J6的Pin1和场效应管AO3407A的门极通过电阻R接地，场效应管AO3407A另一端连接到12V锂电池。

优化的，所述12V锂电池为在线可充电电池。

优化的，所述主控单元采用TI的MSP430F149。

优化的，所述无线收发单元采用JTT-433-UDI嵌入式微功率无线数传模块。

优化的，所述继电器单元包括继电器ATQ201、三极管MMBT3906、反向保护二极管1N4007和电阻R11、R12，主控板的输入输出口通过电阻R12连接到三极管MMBT3906的基极，三极管MMBT3906的集电极接地，发射极连接到二极管1N4007的阳极和继电器ATQ201的PIN1，三极管MMBT3906的基极和发射极之间连接电阻R11，二极管1N4007的阴极连接主控板过来的3.3V电压，继电器ATQ201的PIN3和PIN4连接供电单元的12V电压。

本实用新型的优点在于：相对于传统的人工监测，首先自动观测可以连续地记录下观测对象完整的变化过程，并且实时得到观测数据。其次，采用自动监测系统不但可以保证监测数据正确、及时，而且一旦发现超出预警值范围的量测数据，系统马上报警，辅助工程技术人员做出正确的决策，及时采取相应的工程措施，整个反应过程不过几分钟。最后，就经济效益来看，采用自动监测后，只需要一两个人对其进行维护即可达到完全实现监测目的，整个工程的成本并不会有大的提高。

附图说明

图1为本实用新型无线低功耗的深大基坑数据采集器的电路结构框图。

图2是为实用新型无线低功耗的深大基坑数据采集器的供电单元结构框图。

图3是12V转3.3V电路的电路图。

图4是供电源选择电路的电路图。

图5为充电管理电路的原理图。

图6和图7为主控单元MSP430F149的电路图。

图8是无线收发单元的电路图。

图9时传感器数据采集原理图。

图10是485通信单元的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。

请参阅图1，本实用新型无线低功耗的深大基坑数据采集器包括供电单元、主控单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元。

所述供电单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元均连接到主控单元。供电单元、主控单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元被封装在一个外壳内，优选的，外壳外部具有4个接口，接口可以为通用航空接口。

请参阅图2所示，为实用新型无线低功耗的深大基坑数据采集器的供电单元结构框图。所述供电单元包括外部12V输入、备用的12V锂电池、供电源选择电路、充电管理电路、12V转3.3V电路。所述供电源选择电路同时连接外部12V输入、备用的12V锂电池，外部12V输入通过充电管理电路连接12V锂电池，外部12V输入和12V锂电池均连接到12V转3.3V电路，12V转3.3V电路的输出连接到主控单元。

由于采集器供电电压为12～24V，建议使用12V。由于主控单元的工作电压为3.3V，所以采集器需要将12V转化成3.3V供主控单元使用。12V转3.3V电路如图3所示，包括开关电源芯片LM2576、肖特基稳压二极管1N5822、匹配电容C1、C2、C3，以及匹配电感L，所述12V开关电源芯片LM2576的Pin1输入，Pin2(4)输出3.3V，开关电源芯片LM2576的Pin1通过电容C1接地，Pin3、Pin5、Pin6直接接地，Pin2接串联电感L的一端，电感L的另一端接Pin4，且作为12V转3.3V电路的输出端，该输出端通过并联的电容C2、C3接地，电感和电容的设置起保护电路作用。

该采集器具有双电源供电，外部12V电源和备用12V锂电池组成。通过供电源选择电路选择使用外部12V和12V锂电池，当外部12V电源存在且稳定时，则使用外部12V电源，同时给12V锂电池进行充电。参数图4所示，是供电源选择电路的电路图。该供电源选择电路包括接口J6、反向保护二极管1N4007、场效应管AO3407A、电阻R，所述外部12V电源从接口J6的Pin2输入，同时接口J6的Pin1接反向保护二极管1N4007的阳极，反向保护二极管1N4007的阴极连接到场效应管AO3407A，反向保护二极管1N4007和场效应管AO3407A之间有外部12V电源输入，接口J6的Pin1和场效应管AO3407A的门极通过电阻R接地，场效应管AO3407A另一端连接到12V锂电池，当接口J6输入高电平，则12V锂电池被场效应管AO3407A隔离，当接口J6无输入或输入低电平时，12V锂电池被选通，此时采用12V锂电池为采集器供电。

其中12V锂电池为在线可充电电池。当外部电压源供电时，会自动为内部的锂电池进行充电操作，使锂电池的电量保持充足。图5为充电管理电路的原理图。CN3703为充电管理芯片。发光二极管D3、D4为充电状态指示LED。

该数据采集器采用低功耗设计，主控单元采用TI的MSP430F149，如图6和图7所示，MSP430F149内部资源丰富，具有两个16位定时器，一个14路的12bit的模数转换器，6组I/O，一个看门狗，两路UART通信端口等。外部电路非常简单,并且还具有功耗超低的突出特点,当工作频率为1MHz电压为2.2V时全速工作电流仅为280μA。待机状态下电流低至1.6μA。它的工作电压范围为1.8V～3.6V，非常适合应用于电池供电的节能系统中。

如图8所示，所述无线收发单元采用JTT-433-UDI嵌入式微功率无线数传模块。该无线数传模块工作的中心频率为433MHZ。采用高性能的无线射频IC的一款具有前向纠错能力的无线通信模块，模块提供了多个频道选择，可在线修改串口速率，发射功率等各种参数。该无线通信模块具有很强的抗干扰能力,灵敏度高，体积小，透明传输,功耗低，传输距离远的特点。

因为采集系统使用的传感器较多为电感式的传感器，其工作电压为12V，且不适合长期供电，而采集器的主控单元上工作电压为3.3V。因此，主控单元使用3.3V通过继电器单元控制12V电压的接通和断开，图9为控制电路图。该继电器单元包括继电器ATQ201、三极管MMBT3906、反向保护二极管1N4007和电阻R11、R12。主控板的输入输出口通过电阻R12连接到三极管MMBT3906的基极，三极管MMBT3906的集电极接地，发射极连接到二极管1N4007的阳极和继电器ATQ201的PIN1，三极管MMBT3906的基极和发射极之间连接电阻R11，二极管1N4007的阴极连接主控板过来的3.3V电压，继电器ATQ201的PIN3和PIN4连接供电单元的12V电压。三极管MMBT3906放大主控板的输入输出口的输出来驱动继电器ATQ201吸合和断开，从而控制12V电压的接通和断开。

传感器的输出数据遵循RS485协议规范，因此主控单元需要通过485通信单元来间接读取传感器送回的数据。图10为485通信单元的电路原理图。

以上所述仅为本实用新型创造的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线低功耗的深大基坑数据采集器，其特征在于：包括供电单元、主控单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元，所述供电单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元均连接到主控单元，供电单元、主控单元、无线收发单元、工作状态指示单元、485通信单元、继电器单元被封装在一个外壳内。

2.根据权利要求1所述的无线低功耗的深大基坑数据采集器，其特征在于：外壳外部具有4个接口，接口通用航空接口。

3.根据权利要求1所述的无线低功耗的深大基坑数据采集器，其特征在于：所述供电单元包括外部12V输入、备用的12V锂电池、供电源选择电路、充电管理电路、12V转3.3V电路，所述供电源选择电路同时连接外部12V输入、备用的12V锂电池，外部12V输入通过充电管理电路连接12V锂电池，外部12V输入和12V锂电池均连接到12V转3.3V电路，12V转3.3V电路的输出连接到主控单元。

4.根据权利要求3所述的无线低功耗的深大基坑数据采集器，其特征在于：所述12V转3.3V电路包括开关电源芯片LM2576、肖特基稳压二极管1N5822、匹配电容C1、C2、C3，以及匹配电感L，所述12V开关电源芯片LM2576的Pin1输入，Pin2、Pin4输出3.3V，开关电源芯片LM2576的Pin1通过电容C1接地，Pin3、Pin5、Pin6直接接地，Pin2接串联电感L的一端，电感L的另一端接Pin4，且作为12V转3.3V电路的输出端，该输出端通过并联的电容C2、C3接地。

5.根据权利要求3所述的无线低功耗的深大基坑数据采集器，其特征在于：所述供电源选择电路包括接口J6、反向保护二极管1N4007、场效应管AO3407A、电阻R，所述外部12V电源从接口J6的Pin2输入，同时接口J6的Pin1接反向保护二极管1N4007的阳极，反向保护二极管1N4007的阴极连接到场效应管AO3407A，反向保护二极管1N4007和场效应管AO3407A之间有外部12V电源输入，接口J6的Pin1和场效应管AO3407A的门极通过电阻R接地，场效应管AO3407A另一端连接到12V锂电池。

6.根据权利要求5所述的无线低功耗的深大基坑数据采集器，其特征在于：所述12V锂电池为在线可充电电池。

7.根据权利要求1所述的无线低功耗的深大基坑数据采集器，其特征在于：所述主控单元采用TI的MSP430F149。

8.根据权利要求1所述的无线低功耗的深大基坑数据采集器，其特征在于：所述无线收发单元采用JTT-433-UDI嵌入式微功率无线数传模块。

9.根据权利要求1所述的无线低功耗的深大基坑数据采集器，其特征在于：所述继电器单元包括继电器ATQ201、三极管MMBT3906、反向保护二极管1N4007和电阻R11、R12，主控板的输入输出口通过电阻R12连接到三极管MMBT3906的基极，三极管MMBT3906的集电极接地，发射极连接到二极管1N4007的阳极和继电器ATQ201的PIN1，三极管MMBT3906的基极和发射极之间连接电阻R11，二极管1N4007的阴极连接主控板过来的3.3V电压，继电器ATQ201的PIN3和PIN4连接供电单元的12V电压。