CN204007913U - 一种冻结井施工井壁无线测温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种冻结井施工井壁无线测温系统，其特征在于：它包括地面测温终端、井下测温节点和若干温度传感器；地面测温终端包括电源管理电路、时钟模块、CORTEX-M3微处理器、无线通信模块、SD卡存储模块、USB通信模块、键盘模块和TFT液晶显示模块；井下测温节点包括ZigBee天线、无线射频放大器、具有无线收发功能的微处理器和锂电池供电模块；CORTEX-M3微处理器通过无线通信模块将测温控制信号发送至井下测温节点；具有无线收发功能的微处理器控制温度传感器采集所在位置的温度信号，温度传感器将自身的ID信息和温度信号传输至具有无线收发功能的微处理器进行处理后通过ZigBee天线传输至地面测温终端。

Description

一种冻结井施工井壁无线测温系统

技术领域

本实用新型涉及一种测温系统，特别是关于一种冻结井施工井壁无线测温系统。

背景技术

近年来，很多煤矿建井采用冻结法施工的立井，无论是在井筒施工的过程中，还是在冻结管拨除解冻之后，井壁中有关位置不同程度地出现了一定数量的裂缝，严重者涌水淹井，造成很大损失。冻结井筒内混凝土浇筑和养护条件恶劣,因此为了掌握混凝土的养护条件，计算温度应力和变形，确保混凝土内部不产生温度裂纹，必须研究新型单层冻结井壁温度场。开展井壁温度场研究，无论是对于井壁的设计与施工，还是对于冻结壁的安全与稳定性分析，都具有重要的指导意义。

传统测温技术中采用在每个测点设置一个铜-康铜热电偶测温探头的方法，这样一个测温孔需要数十根线缆，也有少数采用了数字集成温度传感器，但最终需要将线缆从测温节点引至井口测量。该方法存在施工过程中冻结井壁布线困难，测点增加更改非常不便，大量导线悬于井壁容易在施工过程中损坏等诸多不足。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种方便实用、稳定可靠的冻结井施工井壁无线测温系统。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种冻结井施工井壁无线测温系统，其特征在于：它包括一地面测温终端、一井下测温节点和若干温度传感器；所述地面测温终端包括电源管理电路、时钟模块、CORTEX-M3微处理器、无线通信模块、SD卡存储模块、USB通信模块、键盘模块和TFT液晶显示模块；所述井下测温节点包括一ZigBee天线、一无线射频放大器、一具有无线收发功能的微处理器和一锂电池供电模块；所述井下测温节点固定设置在冻结井内壁中，若干所述温度传感器分别固定设置在冻结井内壁上、冻结井外壁上和冻结壁中，所述温度传感器通过防水航空插头与所述井下测温节点连接；若干所述温度传感器通过单总线与所述具有无线收发功能的微处理器连接；所述电源管理电路和时钟模块为所述CORTEX-M3微处理器提供工作电压和时钟，所述CORTEX-M3微处理器通过所述无线通信模块将测温控制信号发送至所述井下测温节点；所述锂电池供电模块为所述无线射频放大器和具有无线收发功能的微处理器供电，所述ZigBee天线将接收到的无线测温控制信号传输至所述无线射频放大器，所述无线射频放大器将经放大处理后的无线测温控制信号传输至所述具有无线收发功能的微处理器，所述具有无线收发功能的微处理器控制所述温度传感器采集所在位置的温度信号；所述温度传感器将自身的ID信息和温度信号传输至所述具有无线收发功能的微处理器，所述具有无线收发功能的微处理器将压缩排序后的ID信息和温度信号传输至所述无线射频放大器，所述无线射频放大器将放大处理后的ID信息和温度信号通过所述ZigBee天线发送至所述地面测温终端；所述无线通信模块接收ID信息和温度信号并传输至所述CORTEX-M3微处理器，所述CORTEX-M3微处理器将处理后的ID信息和温度信号传输至所述SD卡存储模块进行存储并通过所述USB通信模块传输至上位机；通过所述键盘模块向所述CORTEX-M3微处理器中输入所述温度传感器的编号信息，所述CORTEX-M3微处理器将所述温度传感器的ID信息和温度数据传输至所述TFT液晶显示模块进行显示。

所述具有无线收发功能的微处理器采用中心频率为2.4GHz的无线通信单片机。

所述温度传感器采用型号为DALLAS 18B20的单线数字温度传感器。

所述地面测温终端和井下测温节点之间的通信距离小于冻结井深度时，在冻结井垂直方向上设置一个以上所述井下测温节点，对应每个所述井下测温节点设置若干所述温度传感器；位于冻结井下端的所述井下测温节点将所述温度传感器的ID信息和所述温度传感器采集到的温度信号通过所述ZigBee天线传输至位于冻结井上端的所述井下测温节点中的所述具有无线收发功能的微处理器中进行缓存，由位于冻结井上端的所述井下测温节点将缓存的ID信息和温度信号通过所述ZigBee天线传输至所述地面测温终端。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于采用单线数字温度传感器采集冻结井下所在位置的温度信号并传输至井下测温节点，井下测温节点对采集到的温度信号和温度传感器的ID信息进行压缩排序、放大后通过ZigBee天线传输至地面测温终端，由地面测温终端对采集到的温度信号和温度传感器的ID信息处理后进行存储或显示，完成对冻结井壁混凝土浇筑施工过程中的温度测量，因此本实用新型方便实用。2、本实用新型由于采用单线数字温度传感器采集冻结井施工井壁中的温度，并通过ZigBee无线通信方式将温度数据传输至地面测温终端进行处理，因此本实用新型采集到的温度数据稳定可靠，能够为寻找冻结井中温度场分布规律、混凝土水化热释放规律以及井壁、冻结壁的理论设计提供有效的数据支撑。基于以上优点，本实用新型可以广泛应用于冻结井施工井壁的温度测量中。

附图说明

图1是本实用新型冻结井施工井壁无线测温系统的结构框图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型冻结井施工井壁无线测温系统包括一地面测温终端1、一井下测温节点2和若干温度传感器3。其中，地面测温终端1包括电源管理电路11、时钟模块12、CORTEX-M3微处理器13、无线通信模块14、SD卡存储模块15、USB通信模块16、键盘模块17和TFT液晶显示模块18。井下测温节点2包括一ZigBee天线21、一无线射频放大器22、一具有无线收发功能的微处理器23和一锂电池供电模块24，锂电池供电模块24为无线射频放大器22和具有无线收发功能的微处理器23供电。井下测温节点2固定设置在冻结井内壁中，并采用密闭防水处理。若干温度传感器3分别固定设置在冻结井内壁上、冻结井外壁上和冻结壁中，并通过防水航空插头与井下测温节点2连接。若干温度传感器3均采用单总线温度传感器，并通过单总线与具有无线收发功能的微处理器23连接。

本实用新型冻结井施工井壁无线测温系统的工作过程为：

电源管理电路11和时钟模块12为CORTEX-M3微处理器13提供工作电压和时钟，CORTEX-M3微处理器13通过无线通信模块14将测温控制信号发送至井下测温节点2。井下测温节点2中的ZigBee天线21接收无线测温控制信号并传输至无线射频放大器22进放大处理，经放大处理后的无线测温控制信号传输至具有无线收发功能的微处理器23，具有无线收发功能的微处理器23根据接收到的测温控制信号控制温度传感器3采集所在位置的温度信号。温度传感器3将自身的ID信息和采集到的温度信号传输至具有无线收发功能的微处理器23进行处理，具有无线收发功能的微处理器23对接收到的ID信息和温度信号进行压缩排序后传输至无线射频放大器22进行放大，放大处理后的ID信息和温度信号通过ZigBee天线21发送至地面测温终端1。CORTEX-M3微处理器13对通过无线通信模块14接收到的ID信息和温度信号进行处理后，传输至SD卡存储模块15进行存储并通过USB通信模块16传输至上位机(图中未示出)。通过键盘模块17向CORTEX-M3微处理器13中输入温度传感器3的编号信息，CORTEX-M3微处理器13根据编号信息将对应的温度传感器3的ID信息和温度数据传输至TFT液晶显示模块18进行显示。

上述实施例中，具有无线收发功能的微处理器23采用中心频率为2.4GHz的无线通信单片机。

上述实施例中，温度传感器3采用型号为DALLAS 18B20的单线数字温度传感器。

上述实施例中，当冻结井很深，超出地面测温终端1和井下测温节点2之间的通信距离时，在冻结井垂直方向上设置一个以上井下测温节点2，对应每个井下测温节点2设置若干温度传感器3。其中位于冻结井下端的井下测温节点2将温度传感器3的ID信息和温度传感器3采集到的温度信号通过ZigBee天线21传输至位于冻结井上端的井下测温节点2中的具有无线收发功能的微处理器23中进行缓存，由位于冻结井上端的井下测温节点2将缓存的ID信息和温度信号通过ZigBee天线21传输至地面测温终端1。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种冻结井施工井壁无线测温系统，其特征在于：它包括一地面测温终端、一井下测温节点和若干温度传感器；所述地面测温终端包括电源管理电路、时钟模块、CORTEX-M3微处理器、无线通信模块、SD卡存储模块、USB通信模块、键盘模块和TFT液晶显示模块；所述井下测温节点包括一ZigBee天线、一无线射频放大器、一具有无线收发功能的微处理器和一锂电池供电模块；所述井下测温节点固定设置在冻结井内壁中，若干所述温度传感器分别固定设置在冻结井内壁上、冻结井外壁上和冻结壁中，所述温度传感器通过防水航空插头与所述井下测温节点连接；若干所述温度传感器通过单总线与所述具有无线收发功能的微处理器连接；

所述电源管理电路和时钟模块为所述CORTEX-M3微处理器提供工作电压和时钟，所述CORTEX-M3微处理器通过所述无线通信模块将测温控制信号发送至所述井下测温节点；所述锂电池供电模块为所述无线射频放大器和具有无线收发功能的微处理器供电，所述ZigBee天线将接收到的无线测温控制信号传输至所述无线射频放大器，所述无线射频放大器将经放大处理后的无线测温控制信号传输至所述具有无线收发功能的微处理器，所述具有无线收发功能的微处理器控制所述温度传感器采集所在位置的温度信号；所述温度传感器将自身的ID信息和温度信号传输至所述具有无线收发功能的微处理器，所述具有无线收发功能的微处理器将压缩排序后的ID信息和温度信号传输至所述无线射频放大器，所述无线射频放大器将放大处理后的ID信息和温度信号通过所述ZigBee天线发送至所述地面测温终端；所述无线通信模块接收ID信息和温度信号并传输至所述CORTEX-M3微处理器，所述CORTEX-M3微处理器将处理后的ID信息和温度信号传输至所述SD卡存储模块进行存储并通过所述USB通信模块传输至上位机；通过所述键盘模块向所述CORTEX-M3微处理器中输入所述温度传感器的编号信息，所述CORTEX-M3微处理器将所述温度传感器的ID信息和温度数据传输至所述TFT液晶显示模块进行显示。

2.如权利要求1所述的一种冻结井施工井壁无线测温系统，其特征在于：所述具有无线收发功能的微处理器采用中心频率为2.4GHz的无线通信单片机。

3.如权利要求1或2所述的一种冻结井施工井壁无线测温系统，其特征在于：所述温度传感器采用型号为DALLAS 18B20的单线数字温度传感器。

4.如权利要求1或2所述的一种冻结井施工井壁无线测温系统，其特征在于：所述地面测温终端和井下测温节点之间的通信距离小于冻结井深度时，在冻结井垂直方向上设置一个以上所述井下测温节点，对应每个所述井下测温节点设置若干所述温度传感器；位于冻结井下端的所述井下测温节点将所述温度传感器的ID信息和所述温度传感器采集到的温度信号通过所述ZigBee天线传输至位于冻结井上端的所述井下测温节点中的所述具有无线收发功能的微处理器中进行缓存，由位于冻结井上端的所述井下测温节点将缓存的ID信息和温度信号通过所述ZigBee天线传输至所述地面测温终端。