CN204044995U - 即时监控结构体安全的太阳能led灯无线传感器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其可即时、长时间监控桥梁、建筑物或结构体安全，并担负照明工作。其中该装置包括一基板，至少一LED灯粒，一可充电池、一太阳能电池、至少一无线通信模块、至少一种传感器及一控制单元，并容置于有一透明区域，且能防雨水的外壳内。此装置通过太阳能电池在日照时，储存电能于可充电池内；依传感器的数值与临界值比对，判断是否有安全异常状况，而发出警示；夜晚供电给LED灯，作为照明或结构体的光雕装饰。以无线通信连接整个系统，作为安全监控及LED灯的照明、光雕等指令、信息传递之用。

Description

即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置

技术领域

本实用新型有关于一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置。

背景技术

桥梁跨越河谷或是作为高架桥，经常受到地基是否稳固影响，经长时间的饱受风吹、日晒、雨淋等天候变化，甚至地震、台风、雷击等恶劣气候环境摧残，再加上经常出现在其上行驶车辆的过载负荷及长时间振动的疲劳应力负载，即使不是年久失修自然老化状况，也时有所闻发生突然之间倾斜、断裂的意外事件。特别是经济活动频繁地区桥梁、建筑等结构物都有受到长期监控的必要性。而偏远地区道路、桥梁何时中断、坍塌，更是难以用人力方式监控管理。因此，寻找一个经济有效的方案，就成了必要的研究发明课题。

桥梁结构安全监控(Structural health monitoring,SHM)，现有的方法是利用水压计、测倾仪与拉伸计开发出桥梁安全监控系统，利用光纤配线连接各个传感器至数据伺服器进行判读与通过电讯网络传送至云端。可以全自动监控桥墩掏空、倾斜与桥梁间隙状况，确保桥梁安全。其主要缺点是设置费用昂贵，各个传感节点之间的串联需要光纤或电线，若是某一节点损坏，直接更替不易。另外，还需要市电或是大型电池供应电源。因此，由于设置不易，并无法对多点进行设置，监控网上多有盲点与疏漏之处。虽然在国外，也有使用无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)特别是Zigbee，对桥梁进行监控，然则因为其功能仅限于各节点传感器的传感数据传送，并未提供整体操作机制或提供附加功能。又，传感数据仅能通过WSN来传送，如果有任一节点或该WSN主节点损坏，或造成机能不健全，或整体系统无法操作，在无自动修补或紧急替代机制状况下，因而又另外衍生出人为维护、重新设定等困难的问题；再者该装置系统也无法对通过的过载车辆进行即时监控警示。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，包括：

一基板；

至少一LED灯粒及其驱动电路，设置于该基板上；

至少一种监控传感器，设置于该基板上；

一无线通信模块，设置于该基板上，进行对外传递信息、交换操作指令；

一太阳能电池电连于该基板上，经充放电电路电性相连一可充电池，并对该可充电池进行充电及供应装置运作电力；

一控制单元，与该LED灯粒、该驱动电路、该传感器、该无线通信模块、及该可充电池电性相连，进行整体装置运作控管；

一外壳，容置该基板、该基板上的其他元件及电性连接的该可充电池，形成一防水的密闭容器；该外壳可直接以机械固定件固定于受监控的结构体上；且该外壳至少一部分透明，容许光线穿透。

本实用新型实施例提供一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，在安装操作时，通过该太阳能电池在光照环境下，产生运作电力，并储存多余电能，备于无光照状况下使用；

进一步在该系统增添至少一该结构安全监控与光雕照明装置外的主控中心，由该控制单元对该传感器输出的传感数据进行读取，并与记录信息比对，判断是否超过临界值，发生安全异常状况；并经由该无线通信模块经网际网络对该主控中心交换传感数据及临界值等信息，并即时接收来自该主控中心的控制指令；当该安全异常状况发生或依该主控中心的控制指令，可进行信息更新，并即时驱动该LED灯粒反应；

当无任何异常状况，环境光亮度有照明需要，且可充电池蓄电容量足够时，由该可充电池除供电给系统运作外，也供应该LED灯粒，作为照明之用或是该结构体光雕装饰之用；该无线通信模块，也作为该LED灯粒之间闪烁步调、亮度调光或调色的控制信息传递之用。

本实用新型实施例提供一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，当系统由多个该太阳能LED灯无线传感器组成的安全监控网，其每该单一个太阳能LED灯无线传感器可以由主从架构的身份切换，在交替变换身份状况下，续接传递数据，达到数据传递超越单一该无线通信模块能传送接收的范围。

本实用新型实施例提供一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，当搭配不同性质、数量的传感器时，该传感器的传感数据可以是温度、湿度、风速、水面高度、倾斜度、振动周期或振动振幅等的任何之一或组合。

本实用新型实施例提供一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，该LED灯粒，可以是不同颜色的LED灯粒的组合；当传感数据落于安全范围内，可点亮该LED灯粒中代表无异样状况的颜色，例如绿色的灯粒，或以不同周期、频率的闪烁明暗信号代表无异样状况；反之，当有任何传感数据超过临界值，在触发异常反应状况下，点亮特定不同颜色的LED灯粒，例如红色LED，使由直观方式，即可知道结构体的相对位置，有特定不同的安全顾虑；或以不同周期、频率的闪烁明暗信号代表不同的危险状况或等级。

本实用新型实施例提供一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，其中的无线通信模块，可以是蓝牙BLE或蓝牙BLE搭配Wi-Fi的组合。

本实用新型实施例提供一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，该传感器选自加速度传感器、温度传感器、风速传感器、湿度传感器、照度传感器、陀螺仪、高度计。

综上所述，本实用新型提出本实用新型实施例提供一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，，外加具有照明、光雕、显示、警示功能，以改善现有监控系统的缺点，建立一套全球皆适用的桥梁、建物或结构安全监控的机制，不但具有简单安装，设定容易，且能即时监控、警示功能特性，尽管自然灾害发生当下，通信、电力中断仍能安全运作的系统。并且利用基础元件，发挥创意，提升附加效能，使安全监控变得更有价值，而不是仅仅在意外发生后，才检讨出旧有技术所建立的监控装置早已因损坏失效，又因维护不易，或周边断电、断讯，而丧失即时或提前发出警讯的机能。

为使能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅是用来说明本实用新型，而非对本实用新型的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1与图2是太阳能LED灯无线传感器装置电路结构图；

图3是太阳能LED灯无线传感器装置外型图；

图4是本实用新型的结构安全监控与光雕照明装置及系统的通信续接操作示意图；

图5是本实用新型的太阳能LED灯无线传感器装置架设期的操作步骤流程图；

图6是本实用新型的太阳能LED灯无线传感器装置测试期的操作步骤流程图；

图7是本实用新型的太阳能LED灯无线传感器装置警戒期及警报期的操作步骤流程图；

图8是本实用新型的结构安全监控及光雕照明系统的控制中心警戒期及警报期的操作步骤流程图；

图9是本实用新型的太阳能LED灯无线传感器装置的重设期的操作步骤流程图；

图10是结构体监控及光雕照明系统通信续接示意图的另一实施例。

附图标记说明：

10、20、30：基板；

11、21：控制单元；

11’：无线通信模块；

22：蓝牙无线通信模块；

23：Wi-fi无线通信模块；

14、34：LED灯粒；

15：驱动电路；

16：可充电池；

17：充放电电路；

18、38：太阳能电池；

19：传感器；

31、31’：机械固定孔；

32：透明外壳部件；

33：外壳机构部件；

A01～A09、B01～B09、C01～C09、D0～D6、E0～E6、F0～F6、G0～G6、H0～H6、J0～J6、K0～K6、L0～L6：太阳能LED灯无线传感器装置；

A20、B20、C20：桥梁；

A21～A23、B21～B23、C21～C23：桥柱；

A11、A12、B11、C11、D7、E7、F7、G7、H7、J7、K7、L7：无线电通信中继站；

B24、B25：桥梁内部及表面的断裂、破损。

具体实施方式

本实用新型结构安全监控与光雕照明装置及系统，硬件包含太阳能LED灯无线传感器装置、内部路由器的太阳能LED灯无线传感器装置及路由器，或可搭配一般市售路由器，使能连线网际网络及控制中心的伺服主机，所形成的完整监控及照明操作系统。

〔太阳能LED灯无线传感器装置基本结构〕

太阳能LED灯无线传感器装置基本结构请参照图1、2与图3。图1与图2是太阳能LED灯无线传感器装置电路结构图；图3是太阳能LED灯无线传感器装置外型图。

请参阅图1。图1的实施例提供了本实用新型装置最基本电路结构，其组成主要是在电路基板10中，除了设置LED灯粒14及其驱动电路15外；其上并搭配至少一种安全监控机制的传感器19；也配置有无线通信模块11’，进行对外传递信息、交换操作指令；整体运作电能，由太阳能电池18电连于该基板上，经充放电电路17电性连接可充电池16。当装置受到光线照射时，由太阳能电池18产生电能，提供装置运作能量，并对该可充电池16进行充电；当光线不足时，则由可充电池16放电供应系统运作。整体运作控管，由控制单元11，与上述LED灯粒14、驱动电路15、传感器19、无线通信模块11’，及可充电池16电性相连，以进行整体装置运作机制控管。无线通信模块11’可以是蓝牙4.0版本(Bluetooth Low Energy)规范的标准，且控制单元11及无线通信模块11’可以整合、合并于单一操作元件中，形成最简单的基本装置型式。

请参阅图2的电路结构。当结构安全监控的光雕照明装置及系统为节省其他网络元件的配置或采用，以减少装置现场的配电、配线的不便时，采用。如图2所示的电路结构，其改采可直接远端连线网际网络机制的Wi-fi无线通信模块23及蓝牙无线通信模块22，来替代图1的无线通信模块11’。中央控制单元21，可以与蓝牙无线通信模块22或Wi-fi无线通信模块23分别合并于单一元件中，或分开设置，仅由控制电路电讯相连。整体电路包含其他的LED灯粒14、驱动电路15、传感器19、太阳能电池18、充放电电路17，及可充电池16电性相连设置于电路基板20上。

请参阅图1、图2当中的安全传感器19为多轴运动传感器可选自三轴的加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘等及高度计，其较佳实施例是仅选用三轴的加速度传感器，将传感装置随整体的振动而传感出不同轴向的加速度变化值。当传感器的配置是装置内，在对角位置上，配置两个三轴的加速度传感器或直接配置六轴向的加速度传感器时，传感器可直接量测各轴向的振动移位加速度及各轴向的旋转角加速度等的变化量及变化周期。

采用三轴向的目的，是因为不论装置的角度如何变换，均可同时量测到例如桥梁受水平流动的水流冲击桥柱力量影响及承载车辆行驶变化所产生的上下、前后振动及谐振影响数值。也因此三轴向的配置，可使不受使用场景，安装方位、角度情形影响，而不会造成安装应用的不变；

当安全传感器19为三轴的加速度传感器，并包含温度传感器时，除量测各轴向加速度数据外，更可以同时量测日夜温差、四季寒暑温差等对结构体的振动影响；

当安全传感器19为三轴的加速度传感器，并包含外露的湿度传感器时，除量测各轴向加速度数据外，更可以量测结构体各个不同部位湿度或受雨淋的分布情形，进而对结构材料定义不同的时间─尺度临界值，或局部维护年限限制的监测管制值；

当安全传感器19为三轴的加速度传感器，并包含外露的风速传感器时，除量测各轴向加速度数据外，更可以量测结构体受狂风吹袭下及响应振动的关系；

当安全传感器19为三轴的加速度传感器，并包含外露的液面高度超音波传感器时，除量测各轴向加速度数据外，更可以直接反应如桥梁下的水流高度是否超过安全警戒；

当安全传感器19为三轴的加速度传感器，并包含倾斜度传感器时，除量测各轴向加速度数据外，更特别可以应用在山野间的铁道、电塔等的监测，防制地基、轨道下陷、倾斜、滑动等。

请参阅图3。图3是将整体电路容置于一防水机械结构的外壳机构部件33内，并于相对区域，设置防水的透明外壳部件32，使光线能照射到装置于基板30上的太阳能电池38，也令LED灯粒34的光亮能照射出来。外壳机构部件33与结构体的结合则以一般机械固定方式进行，如图中的机械固定孔31、31’，可以直接用螺丝固定装置于结构体上。

〔通信步骤的实施例〕

请参照图4(A)、(B)与(C)，是本实用新型的结构安全监控与光雕照明装置及系统的通信续接操作示意图。以桥梁的应用为说明范例，其他结构体的应用时，无线电的续接亦为相同的方式。

如图4(A)所示，桥梁A20及桥柱A21、A22、A23上装置了多个太阳能LED灯无线传感器装置A01～A09。桥梁A20的两端设置了无线电通信中继站A11、A12，中继站可以是市售的Bluetooth Access Point，或Bluetooth AccessPoint搭配Wi-Fi的Gateway；也可以是太阳能LED灯无线传感器装置内含路由器的型式装置。在中继站A11、A12可以经连接网际网络而连接远端的控制中心伺服器情形下，连成一个操作系统。当太阳能LED灯无线传感器装置A01～A09逐一被安装于结构体上，开始运作后，首先由中继站A11、A12担任主节点，在中继站A11、A12的无线电可以直接通信范围的太阳能LED灯无线传感器装置A01、A02、A08、A06，及A07首先被发现，并被设定为从节点，也被传递写入伺服器认证码，完成确认主控中心伺服主机的认证程序。各装置记录着仅要一次(h1)无线电跨跃距离即能与中继站连线。此程序也可以手机或平板电脑以直接写入方式完成。接着由仅要一次(h1)无线电跨跃距离即能与中继站连线的太阳能LED灯无线传感器装置A01、A02、A08、A06，及A07担任主节点，扮演找寻其他未完成架设程序的太阳能LED灯无线传感器装置。因此，太阳能LED灯无线传感器装置A03、A04及A05被发现，也被完成安装设置过程的架设期应有的动作。但差别在第二次被发现的装置被记录着要两次(h2)无线电跨跃距离即能与中继站连线。循环上述程序，当有新装置被安装时，只要有未完成架设程序的太阳能LED灯无线传感器装置，均被发现，并完成该有的设定、连线程序。当有任一太阳能LED灯无线传感器装置要与控制中心的伺服器传递信息时，即由周边较少跨跃距离的装置，代转传递数据。即(h3)可经由任一(h2)代转传递数据；(h2)可经由任一(h1)代转传递数据。回报传递结果及其他指令依反向路径传递。

如图4(B)所示，桥梁B20及桥柱B21、B22、B23上装置了多个太阳能LED灯无线传感器装置B01～B09。桥梁B20的右端设置了无线通信中继站B11。当桥梁发生内部损伤B25或外表破损B24，致使振动频率、振幅显著变更时，或太阳能LED灯无线传感器装置B01、B02及B08需要传递信息给控制中心的伺服器时，相较于图4(A)，若太阳能LED灯无线传感器装置B01、B02及B08原先设定为仅要一次(h1)无线电跨跃距离即能与中继站连线，但因现况不论是左端的中继站损坏或移除，发生无法连线情形。各无法传递信息的装置将开始将逐次增加无线电跨跃距离的次数编码搜寻其他可连线装置，即由其他(h1)开始尝试连线，不通时，在降至(h2)、(h3)、…，自动寻找其他可以连上中继站的节点。因此，太阳能LED灯无线传感器装置B01、B02及B08重新被设定为需要三次(h3)无线电跨跃距离才能与中继站连线的装置。也因此，回复系统可以连线正常运作情形，并完成安全监控机制通报。

如图4(C)所示，桥梁C20及桥柱C21、C22、C23上装置了多个太阳能LED灯无线传感器装置C01～C09。桥梁C20的两端所设置的无线通信中继站又因损坏，而无法进行远端连线。此时周遭具有连线国际无线网络装置的移动装置如手机或平板电脑C11，则可以替代中继站的工作，以其内执行路由器的功能应用程序，紧急替代原有中继站的功能。使，通信连线可以接续，监控功能得以确保完整。

〔结构安全监控及光雕照明系统操作步骤实施例〕

请参照图5，是本实用新型的太阳能LED灯无线传感器装置架设期的操作步骤流程图。首先，在步骤S01安装设置过程，可以视当时情况，选择由步骤S02执行或替代方案步骤S06执行。如由步骤S02进行者，当太阳能LED灯无线传感器装置内的无线通信介面为Bluetooth时，其可与近端的BluetoothAccess Point(AP)相连接上网际网络；当太阳能LED灯无线传感器装置内的无线通信介面为Wi-Fi时，其可与近端的Gateway相连接上网际网络。如步骤S03，此时若无法经由网络连线元件，进行下载控制中心的认证编码，则重复步骤S02；直至如步骤04，当太阳能LED灯无线传感器装置取得由控管中心的认证编码，完成确认对应远方云端上的控管中心伺服器，再进入如步骤S05所示，完成安装设置程序。当步骤S01改由步骤S06进行，将以装置周遭移动装置中的Bluetooth无线介面连线，直接传递认证编码给装置；如步骤S07，以移动装置，替代主机执行确认动作，直接完成确认程序。再进入如步骤S05所示，完成安装设置程序。

请参照图6，是本实用新型的太阳能LED灯无线传感器装置测试期的操作步骤流程图。参阅步骤S11所示，太阳能LED灯无线传感器装置持续进行检测活动，并记录传感器的传感数据。如步骤S12所示，太阳能LED灯无线传感器装置通过无线网络连线定时将记录上传主控中心。持续进行，直到收到由主控中心回传的临界值信息。如步骤S13所示，代表完成测试期阶段活动。

请参照图7，是本实用新型的太阳能LED灯无线传感器装置警戒期及警报期的操作步骤流程图。当太阳能LED灯无线传感器装置收到由主控中心下传的临界值信息后，开始进入警戒期的操作阶段。如步骤S21所示，此时的太阳能LED灯无线传感器装置持续进行检测活动，并记录传感器的传感数据。如步骤S22所示，并依据临界值与传感数据进行比对；当传感数据超过临界值时，则进入步骤S23，进入警报期活动，启动LED警示信息，上传主控中心警示信息通知；当传感数据未超过临界值时，则进入步骤S24，仅定时传递记录数据，并通报装置平安信息。如步骤S25所示，当控制中心有新的临界信息时或控制指令时，将随时传到装置端。如步骤S26所示，太阳能LED灯无线传感器装置将随时检测是否有新的控制指令。如步骤S27所示，当无新的控制指令时，太阳能LED灯无线传感器装置将依太阳能电池操作情形，得知环境光亮度，依蓄电池储蓄的电量多寡及黑夜时间长短，设定LED控制指令。最后，如步骤S28所示，执行LED控制指令。此控制指令可以是控制中心所下达的控制指令，或是装置自行定义的控制指令。LED控制指令可以是不同的亮度、不同的色彩、不同的闪烁周期、不同占空比的暗亮切换。当一多个太阳能LED灯无线传感器装置组成一个系统时，也可由不同的LED控制指令，点绘出复杂的图案、图像。

请参照图8，是本实用新型的结构安全监控及光雕照明系统的控制中心警戒期及警报期的操作步骤流程图。当控制中心的伺服主机依据远端各个不同的太阳能LED灯无线传感器装置所传递的传感数据，分别完成定义、传递各个不同的临界值给对应的太阳能LED灯无线传感器装置后，则与对应的太阳能LED灯无线传感器装置分别同时进入警戒期。在控制中心的伺服器运行于警戒期时，如步骤S31所示，将持续监控是否定时收到平安信息及传感数据，当未收到时，则进入警报期，执行S35步骤。否则，如步骤32，依收到的传感数据，记录、分析数据的上/下限，潜变情形，是否有突变或峰值。如步骤S33所示，当有需要时，修正下传临界值及控制指令给各个不同的太阳能LED灯无线传感器装置。如步骤S34所示，当传感器数据超过临界值时，则进入警报期，执行S35步骤。反之，则持续循环执行警戒期的监控工作。如步骤35，当发生安全异常状况，进入警报期时，管制中心的伺服器将通知该对应的太阳能LED灯无线传感器装置，或其周边的太阳能LED灯无线传感器装置，一起分别执行不同程度的警示信息。

请参照图9，是本实用新型的太阳能LED灯无线传感器装置的重设期的操作步骤流程图。当某一个太阳能LED灯无线传感器装置有安装异动情况，如步骤S41，可直接由装置启动硬件重置。如步骤S42，装置将清除存储器内部的认证编码，清除该架设期所设定的完成确认程序及信息。如步骤43，装置将返回到未完成初次安装的模式，如同刚出厂的新品一般。重设期的程序也可由控制中心下指令完成，如步骤S45所示。如步骤S46，由控制中心下传伺服器认证编码及清除指令。装置依指令清除内部存储器数据，如步骤S47。最后，如步骤S48，装置将返回到未完成初次安装的模式，亦如同刚出厂的新品一般。

在此值得一提的是，本实用新型的控制单元在出厂模式下，能够由其他无线装置，经无线电连线写入认证码；有相同认证码装置者，能够被对方写入增加一码的连线网际网络无线连网跳跃数，建立以无线通信续接操作方式连接网际网络；断网时，能够自动找寻周边有相同认证码者，又拥有较小无线连网跳跃数的其他装置连接网际网络，及逐步增加找寻较大的无线连网跳跃数的其他装置，达到断网自动恢复连网机制。而且，控制单元在异常状况，能够自行操作控管发出警示信号，并通知邻近的相近无线连网跳跃数的近距离装置，同时启动警示机制。

〔另一桥梁结构体监控实施例〕

图10是结构体监控及光雕照明系统通信续接示意图的另一实施例，请参阅图10(D)～(L)所示的8个步骤，图式为桥梁的右半边部分，利用切换主从模式传递数据的步骤示意。其中，图10的D0～D6、E0～E6、F0～F6、G0～G6、H0～H6、J0～J6、K0～K6、L0～L6是太阳能LED灯无线传感器装置于桥梁上的配置示意图，其位置可视需要任意配置，不一定是直线排列。此图式，仅为能清楚揭露步骤，而以直线方式绘制。其中，D7、E7、F7、G7、H7、J7、K7、L7为可与网际网络连线的无线电通信中继站，可配置于桥的两端。先请参阅图10(D)及图1所示，图1的控制单元11内存该太阳能LED灯无线传感器装置于桥梁安装处的经纬度与高度座标数据；无线通信模块11’作为从节点时，其广播的数据，包括本身监控装置点的编号(ID)、本身监控装置点所在处的经纬度与高度座标；在架设完成时，每一装置也同时储存设置于桥梁两端或能达到传递通信目的的多处中继站的座标，如图中10(D)中的D7则为其中之一的右端中继站；其中监控装置点的编号(ID)可以是一般命名、MAC地址或IP地址。就桥梁监控而言，太阳能LED灯无线传感器装置及系统监控桥梁机能的相关装置组成元件的操作机制与方法如下：

步骤一、太阳能LED灯无线传感器从节点：如图10(D)中所示。每一个太阳能LED灯无线传感器装置D0至D6平常都是蓝牙从节点，定时进行读取其传感器的三轴加速度传感器的传感值，并且进行判断。判断的方式乃依据内部的公式，及历史数据，比较有无异常现象，该内部的公式或查询表格(look-up table)内容，可通过整座桥梁的设计值或进行模拟，评估受到风力或地震或大型车辆等影响时，每个节点应有的安全数据范围。如果有某一LED灯无线传感器装置所读取的三轴加速度计传感值超过安全警戒范围临界值，例如图10(D)中的S1太阳能LED灯无线传感器装置D1。

步骤二、太阳能LED灯无线传感器主节点：如图10(E)中所示。该M1太阳能LED灯无线传感器装置E1立刻由从节点S1转换成蓝牙主节点M1，并对四周进行扫描判读附近其他的S0～S7从节点E0～E6。

步骤三、如图10(F)，因无线电通信距离、干扰等因素，当M1蓝牙主节点F1从扫描中取得多个附近的S0从节点F0、S2从节点F2、S3从节点F3及S4从节点F4的编号(ID)、经纬度与高度座标，就可以计算该几个从节点与记录中的中继站的距离，其中包括S/WiFi中继站F7，如图10(G)中所示，并得出与S/WiFi中继站G7的距离以S4从节点G4为最近。

步骤四、如图10(G)中所示，在M1蓝牙主节点G1，得知对S/WiFi中继站G7以S4从节点G4距离最近后，开始进行对S4从节点G4的联结，并对其写入通报异常的传感数据。

步骤五、如图10(H)中所示，被M1蓝牙主节点G1写入的S4从节点G4立刻转换为Ｍ4蓝牙主节点Ｈ4。

步骤六、如图10(Ｊ)中所示，Ｍ4蓝牙主节点Ｊ4重复步骤二、步骤三，当发现可直接连接到S/WiFi中继站J7，并直到将异常数据传送到S/WiFi中继站J7，如图10(Ｋ)所示。

步骤七、如图10(Ｌ)中所示，收到异常数据的S/WiFi中继站Ｌ7，将负责传送数据到主控中心，完成各太阳能LED灯无线传感器装置主从切换，传送数据目的；若S/WiFi中继站Ｌ7损坏，当无法完成任务时，传送数据将增加包含损坏中继站的信息。当每个太阳能LED灯无线传感器装置在主从切换过程中，发现有损坏中继站的信息，将修正中继站的信息，找寻其他最近传递路径，继续完成数据传递工作。当每个太阳能LED灯无线传感器装置在主从切换过程中，发现有新加入中继站的信息，将修正中继站的信息，并于再次的主从切换活动中，一并传递含有新的中继站信息的信息。

如果有多于一个太阳能LED灯无线传感器装置接续发现异常状况，该些安全监测从节点仍然可以接续直接转换成主节点，并且对附近的其他节点进行扫描，并且接续的由接受写入从节点加上本身异信息及常传感值，接续传送信息出去。主节点一旦将数据写入选定的从节点，其本身立刻变成从节点，并且停留一段时间例如60秒都持续扮演从节点，以获得较大的接续传递量，也不占用较多的主节点权限。如此一来，最坏的情况是：如果桥梁上的每个节点都有数据要传送，并且假设每个节点传送的距离为50公尺，而每个节点的相邻距离为1公尺，因此第一个到第50个最靠近中继站的从节点，均可以顺利成功传送到中继站。很明显的，每个节点能传送的距离越远，异常数据被传送到中继站所需时间越短。节点越密集，检测到局部的损坏的情形就越有可能。在此每公尺有一个安全监测装置，当发生异常状况时，已经可以由管制人员，轻易聚焦，并以最迅速的方式，进行补救，达成避免安全问题发生。

〔安全监控系统自动修补实施例〕

若是其中有中继站损坏，还是可以将数据传向未损坏的中继站，自动修补通信系统，大幅增加系统的可靠度。

判断中继站损坏与否，为当最后送出给中继站的节点无法完成对中继站的数据传输，经三次持续尝试仍无法完成，则可判断中继站发生故障。在最后，经传送至另一个没有故障的中继站时，信息可以传递至控管中心，进而进行维修维护。

本实用新型的传送方法，显然对于部分损坏的从节点，也不会造成有异常的节点无法成功传送至中继站，因为有异常的节点对外扫描有效的从节点时，以前一实施例可知，其实就可能有50个从节点可选择，所以确实可以有效将数据传送到中继站，另外控制中心由分析信息，若某从节点有异常，其附近的节点应该要有不同程度的异常信息，如果没有通报活动，也可能有问题。

在无任何异常状况下，每一个太阳能LED灯无线传感器装置将定时进行自我测试的操作/步骤，如下：

步骤一、定时操作：平常定时，例如每隔24小时一次，每一节点都要传送平安的信息给中继站，如果有节点故障，则中继站的上传数据将会有相关信息。因此可以进行维护、修补。对于损坏了的节点，其更换仅机械拆装，重新设定也仅只提供中继站的经纬度与高度座标数据、其本身的经纬度与高度座标数据及相关运算程序即可。

步骤二、校对操作：平常，每一节点的计时器，都需要校正，对于桥梁监测而言，每一节点的计时器需要同步化的要求更为准确，方法是每隔一固定时间由中继站经由云端取得标准时间后，对其邻近的从节点进行目前的标准时间的写入，之后被写入标准时间的从节点转成主节点又对其附近的从节点写入目前的标准时间，直到所有节点的计时器都被更新成目前的标准时间，达到同步化活动。

〔实施例的可能功效〕

实施例一：单塔斜张桥

一单塔斜张桥，是以流线的弯曲造型与帆船的风帆意象相呼应，桥跨距约164米、桥面平均宽5米、桥塔高49米，港内常时水位水面距桥底高约12米。

利用内含三轴加速传感器及并包含外露的液面高度超音波传感器的太阳能LED灯无线传感器装置，在两侧及桥塔，每隔一公尺装设一盏，共426盏，该灯具RGBW四色可以有多色调光功能。不但可作为采光照明、光雕照明；更可以监控河流水位变化，桥塔振动及桥面振动。长时间记录，过往振动的尖峰、离峰情形。并也成为安全监控的主要防制机能。

实施例二：火车桥梁的监控

对于火车桥梁的监控，安装多个内含三轴加速传感器的太阳能LED灯无线传感器装置于桥梁上，当火车经过时与之后，对其记录40秒的震动，加速度计记录的频谱在0.25-20Hz特别分析，各个传感器之间记录的时间也要同步。

铁道安全监控为本实用新型的另一种应用，由于轨道车体高速运转时，铁道变形容易发生危险，因此通过在轨道上安装偏斜仪与温度计，可以检测铁道是否因为外力发生位移或下陷，或是因为温差变化发生铁道变形的状况。另外更可在铁道路基上安装偏斜仪与水压计，检测铁道路基是否发生位移或下沉的风险。

实施例三：电塔倾斜监控电塔滑坡监控

电塔大量分布于野外偏远山区，长期面对强风吹袭，电塔所在山区也会有地层或滑坡的风险，所以电塔安全监控系统是必需的。本实用新型利用随插即用的无线通信网络，通过在电塔上下层8个位置安装内含测倾仪传感器的太阳能LED灯无线传感器装置共计16个传感点，可以24小时即时监测电塔3维方向倾斜状况，并通过无线通信网络续接将数据即时传输至主控中心，管理人员可以不用出门检查电塔就知道电塔倾斜的状况。

本实用新型实施例提供一种桥梁、建筑物或结构体的安全监控装置及系统，其理论基础于能量法(卡氏定理：Energy method–The theorem ofCastiano)，当结构体承受各种负载(车辆、行人、机具、本身重量、强风、暴雨、河水水流冲击、地形潜变，或瞬间的地震等)力量，但仍在安全弹性范围内，即结构材料承受的应力并未超过其屈服点(Yield-point)，整体的位移量为整体的荷重的线性函数，且可适用重叠原则。故，不论以单一装置测试点或多个装置分别量测不同位置，且不论是否是最大振幅位置或谐振节点，均可以利用上述理论基础，视当下数据为安全的振幅、振动频率等数据。当结构上有任何一点受损情况发生，特别是桥梁的桥墩基石冲刷裸露长度变更，水流孔蚀，结构体内部局部断裂等，其均分别有不同程度的应力承受点的断面积、弹性系数、剪弹性系数、轴惯性距、极惯性距、容积弹性系数、甚至长度等的影响，相对会改变结构体的振幅、振动频率，或即时呈现高频的振动、突波等。在长期追踪记录下，即可得到不同结构体、不同量测点的安全峰值数据，并据以订定监测安全的时间─尺度临界值及瞬间强度临界值。当超过临界值时，装置或系统发出警示后，可禁止使用防止事故；可以实施补强，延长结构体使用寿命；也可以局部补强，降低结构体的维护成本。

本实用新型实施例提供一种桥梁、建筑物或结构体的安全监控装置，其每一监控装置点装设三轴加速度传感器，不但可监控其安装处基础的倾斜度是否有长时间变动，同时也可做暂态监控，定时进行读取三轴加速度传感器的传感值，并且进行判断。判断的方式乃依据内部的公式，以及历史数据，比较有无异常现象，该内部的公式或查询表格(look-up table)内容，可通过整座桥进行模拟，评估受到风力或地震或大型车辆等影响时，每个节点应有的安全数据范围。

本实用新型实施例提供一种桥梁、建筑物或结构体的安全监控装置，其每一监控装置点以太阳能电池为电源，以接续式无线通信机制传递监控信息，以利长时间安装于户外使用。因不用配电、配线，搭配装置中数据判断能力，尽管自然灾害重创之下，即使断电、断讯，仍能发挥即时、持续的安全监控机制。也因不需要更换电池，自然也减少了维护成本及相关费用。因为不需要配线、配电，当监测点座落位置不妥，可以容易变更位置，进行改善，只要拆装机械固定部份，更换完毕后，重新设定即可继续运行，同理，故障更新换装也一样容易。

本实用新型实施例提供一种桥梁、建筑物或结构体的安全监控装置，其其每一监控装置点包含一LED照明机制，并兼具光雕艺术装饰效果。可由装置本身光照强度、充电电能自行判断、设定点亮LED灯粒的控制指令；或由无线电通信模块的连线，可取得外来LED灯粒的控制指令，再依此控制指令展现不同频率、色彩及明亮的光雕艺术。在整体系统的编码操作下，更可展现随时间变化的复杂光雕图案，巨型数量的组合更可当广告看板。使除了增加附加价值之外，在当其发生损坏情形下，因附加价值跟随消失，而被迫的使维修维护机制必须迅速完成，进而也弥补、辅助了安全监控机能的健全。而不会令其自然荒废。

本实用新型实施例提供一种桥梁、建筑物或结构体的安全监控装置及系统，其每一监控装置点均具备有无线通信功能，装置可以自行切换主从身份，以接续方式传递超越单一无线电能传送、接收范围，也可以在无线电通信中继站(Gateway/Router)受损状况下，改与移动通信装置(手机或是平板电脑等)直接连接沟通，由周遭任一可供利用的移动通信装置连线当中继站，通过自动修补功能，达到仍能传递数据经网际网络而连接到主控中心。当断讯时，也有自行处理检测传感器数据的能力。因此，尽管不论是否网络断线，又无可供利用的临时中继站，监控装置点之间也可以互相沟通连接，当有任何单一监控装置点发生安全异常状况，均可现场发出警示信息；或通知左右邻近监控装置点，共同发出警示信息，发挥最大警示效果；或能转传通知主控中心，降低结构体安全意外状况发生；或单一装置自行发出警示信息，达到最基本的警示信息能力。

本实用新型实施例提供一种桥梁、建筑物或结构体的安全监控装置及系统，其每一监控装置点均具备安全监控传感器并有无线通信功能，装置可以自行切换主从身份，以接续方式传递超越单一无线电能传送、接收范围，每一监控装置点通过定期校正其计时器，使监控装置点达到同步，之后每一监控装置点都于固定取样时间连续记录其安全监控传感器的传感值，并于之后批次将传感数据传送至主控中心进行长期记录，或研判。研判的方法是根据受监控结构体的动态行为利用电脑模拟的正常值，来比对各个监控装置点的量测值是否有异常。

本实用新型实施例提供一种桥梁、建筑物或结构体的安全监控现场即时警示装置及系统，当通过的车辆有超载的现象，例如砂石车、重型机具等，通过每个位置的监测，因为载具通过时所产生超过安全临界值的强烈的振动，沿路逐一由每一个监控装置，通过装置中内置的LED灯显示超载信息，而可以进行即时拦阻，防止破坏持续扩大，或达到吓阻效果。暴风雨中，也可以随着当时风雨、暴涨水流等情形，即时反应是否进入危险状况，而当场反应在装置中的LED灯号信息上。

综上所述，本实用新型提出一多功能的无线桥梁或建物的安全监控基本机能装置及系统，外加具有照明、光雕、显示、警示功能，以改善现有监控系统的缺点，建立一套全球皆适用的桥梁、建物或结构安全监控的机制，不但具有简单安装，设定容易，且能即时监控、警示功能特性，尽管自然灾害发生当下，通信、电力中断仍能安全运作的系统。并且利用基础元件，发挥创意，提升附加效能，使安全监控变得更有价值，而不是仅仅在意外发生后，才检讨出旧有技术所建立的监控装置早已因损坏失效，又因维护不易，或周边断电、断讯，而丧失即时或提前发出警讯的机能。

换句话说，本实用新型实施例提供了一种用于桥梁、建筑物或结构体的安全监控装置及系统，其具有简易安装设定特色，可长时间使用，且无直接控管人力需求，亦无市电电力供应需求。不论山野、偏远地区或长距离的桥梁、高架桥、市区捷运轨道、乡镇联系的铁路轨道，甚至电塔、山坡、河海的提防等，均可以利用本实用新型装置及系统，进行安全监控。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，包括：

一基板；

至少一LED灯粒及其驱动电路，设置于该基板上；

至少一种监控传感器，设置于该基板上；

一无线通信模块，设置于该基板上，进行对外传递信息、交换操作指令；

一太阳能电池电连于该基板上，经充放电电路电性相连一可充电池，并对该可充电池进行充电及供应装置运作电力；

一控制单元，与该LED灯粒、该驱动电路、该传感器、该无线通信模块、及该可充电池电性相连，进行整体装置运作控管；

一外壳，容置该基板、该基板上的其他元件及电性连接的该可充电池，形成一防水的密闭容器；该外壳能够直接以机械固定件固定于受监控的结构体上；且该外壳至少一部分透明，容许光线穿透。

2.根据权利要求1所述的即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，在安装操作时，通过该太阳能电池在光照环境下，产生运作电力，并储存多余电能，备于无光照状况下使用；

由该控制单元对该传感器输出的传感数据进行读取，并与记录信息比对，判断是否超过临界值，发生安全异常状况；并经由该无线通信模块经网际网络对主控中心交换传感数据及临界值的信息，并即时接收来自该主控中心的控制指令；当该安全异常状况发生或依该主控中心的控制指令，能够进行信息更新，并即时驱动该LED灯粒反应；

当无任何异常状况，环境光亮度有照明需要，且可充电池蓄电容量足够时，由该可充电池除供电给系统运作外，也供应该LED灯粒，作为照明之用或是该结构体光雕装饰之用；该无线通信模块，也作为该LED灯粒之间闪烁步调、亮度调光或调色的控制信息传递之用。

3.根据权利要求2所述的即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，当系统由多个该太阳能LED灯无线传感器装置组成的安全监控网，其每该单一个太阳能LED灯无线传感器装置能够由主从架构的身份切换，在交替变换身份状况下，续接传递数据，达到数据传递超越单一该无线通信模块能传送接收的范围。

4.根据权利要求2所述的即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，当搭配不同性质、数量的传感器时，该传感器的传感数据能够是温度、湿度、风速、水面高度、倾斜度、振动周期或振动振幅等的任何之一或组合。

5.根据权利要求2所述的即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，该LED灯粒是不同颜色的LED灯粒的组合；当传感数据落于安全范围内，点亮该LED灯粒中代表无异样状况的绿色灯粒，或以不同周期、频率的闪烁明暗信号代表无异样状况；反之，当有任何传感数据超过临界值，在触发异常反应状况下，点亮红色的LED灯粒，使由直观方式，即可知道结构体的相对位置，有特定不同的安全顾虑；或以不同周期、频率的闪烁明暗信号代表不同的危险状况或等级。

6.根据权利要求1所述的即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，其中的无线通信模块是蓝牙BLE或蓝牙BLE搭配Wi-Fi的组合。

7.根据权利要求1所述的即时监控结构体安全的太阳能LED灯无线传感器装置，其特征在于，该传感器选自加速度传感器、温度传感器、风速传感器、湿度传感器、照度传感器、陀螺仪、高度计。