CN204788997U - 一种重载铁路桥梁监测系统 - Google Patents
一种重载铁路桥梁监测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204788997U CN204788997U CN201520371561.2U CN201520371561U CN204788997U CN 204788997 U CN204788997 U CN 204788997U CN 201520371561 U CN201520371561 U CN 201520371561U CN 204788997 U CN204788997 U CN 204788997U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- processor
- information acquisition
- acquisition unit
- monitoring system
- termination
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 15
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013480 data collection Methods 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000004148 unit process Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
Abstract
一种重载铁路桥梁监测系统，用于解决现有监测系统可靠性差，信息协同能力弱，极度依赖控制中心的问题。它包括中心计算机、中心控制器和多个信息采集单元，每个信息采集单元的输入端接对应的桥梁监测传感器，所述中心控制器通过以太网获取各个信息采集单元发送的监测信息，并通过3G网络和互联网将监测信息上传至中心计算机。本实用新型的信息采集单元采用主从式双DSP结构，可在采集数据的同时对数据进行处理，信息采集单元仅把数据结果上传到中心计算机，这样既缓解了中心计算机处理压力，同时还解决了传统桥梁监测装置的带宽问题，能够满足大型运输线路的监测需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于3G通信网络的分布式重载铁路桥梁健康监测系统，属于桥梁技术领域。
背景技术
桥梁健康监测技术是指利用信息技术手段获取桥梁振动状态下的技术参数，并对技术参数进行综合建模分析，从而对桥梁的健康状态进行评估和预警的专门技术。我国既有铁路桥涵建设年代跨度大，设计、建设标准不一，结构类型多样，状态差异大，对桥梁进行有效的健康监测是保证铁路运输安全的重要措施。近年来，大型桥梁健康监测装置大多采用工业集散测控架构模型,所有监测数据经简单预处理后均交给上层数据中心进行处理，造成数据中心处理任务繁重，且具有可靠性差，信息协同能力弱等缺点，难以适应大型运输线路的多对象健康监测需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种重载铁路桥梁监测系统，以满足大型运输线路的监测需要。
本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：
一种重载铁路桥梁监测系统，构成中包括中心计算机、中心控制器和多个信息采集单元，每个信息采集单元的输入端接对应的桥梁监测传感器，所述中心控制器通过以太网获取各个信息采集单元发送的监测信息，并通过3G网络和互联网将监测信息上传至中心计算机。
上述重载铁路桥梁监测系统，所述信息采集单元包括主处理器、从处理器、单元以太网接口芯片、单元网络变压器、A/D转换器、GPS模块和多个信号调理电路，所述单元以太网接口芯片接于主处理器的通信接口上并通过单元网络变压器与网络插座连接；所述从处理器通过SPORT接口和IIC接口与主处理器连接并通过SPI接口与A/D转换器连接，所述GPS模块的RXD和TXD端分别接从处理器的TXD和RXD端，每个信号调理电路的输入端接对应的桥梁监测传感器，输出端接A/D转换器的信号输入端。
上述重载铁路桥梁监测系统，所述中心控制器包括中心处理器、USBHost控制器、3G模块、中心以太网接口芯片和中心网络变压器，所述3G模块通过USBHost控制器与中心处理器连接，所述中心以太网接口芯片接于中心处理器的通信接口上并通过中心网络变压器与网络插座连接。
上述重载铁路桥梁监测系统，所述信号调理电路包括抗混滤波器、差分驱动器和两个精密仪表放大器，第一精密仪表放大器的输入端接桥梁监测传感器，输出端依次经电阻、抗混滤波器和第二精密仪表放大器接差分驱动器的VIN+端，所述差分驱动器的VIN-端接参考电压，输出端接A/D转换器的差分信号输入端。
上述重载铁路桥梁监测系统，所述信号调理电路还包括多路模拟开关，所述多路模拟开关的三个输入端分别接参考电压、电源负极和第一精密仪表放大器的输出端，输出端接抗混滤波器的输入端，多路模拟开关的控制端接从处理器的控制信号输出端。
上述重载铁路桥梁监测系统，所述中心控制器与各个信息采集单元之间也可以通过无线局域网通讯。
本实用新型的信息采集单元采用主从式双DSP结构，可在采集数据的同时对数据进行处理，信息采集单元仅把数据上传到中心计算机，这样既缓解了中心计算机处理压力，同时还解决了传统桥梁监测装置的带宽问题，能够满足大型运输线路的监测需要。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为中心控制器的电原理图；
图3为信息采集单元的电原理图；
图4为信号调理电路的电原理图。
图中各标号为：U1、中心处理器，U2、USBHost控制器，U3、3G模块，U4、中心以太网接口芯片，U5、中心网络变压器，U6、主处理器，U7、单元以太网接口芯片，U8、单元网络变压器，U9、从处理器，U10、A/D转换器，U11、GPS模块，U12、抗混滤波器，U13、差分驱动器，U14、多路模拟开关，TL1～TL4、第一信号调理电路～第四信号调理电路，F1、第一精密仪表放大器，F2、第二精密仪表放大器，R、电阻。
具体实施方式
本实用新型提供了一种使用3G网络的重载铁路桥梁监测系统，解决了现有系统中采用工业集散测控架构，可靠性低，信息协同能力弱，极度依赖控制中心的问题，实现了系统的移植性、可重组性、远程和分散化。
重载铁路桥梁健康监测系统采用三层分布式结构，信息采集单元负责数据的采集与本地处理，中心控制器负责现场数据的上传和控制命令的下传，中心计算机负责接收数据并实时显示状态曲线。分布式桥梁监测系统的结构框图如图1所示。
中心控制器和信息采集单元之间通过IEEE802.11b/g连接，而中心控制器和中心计算机之间通过3G网络连接。
信息采集单元是监测系统的核心，负责现场数据的处理和上传，并能够接收后台服务器发送过来的控制指令。信息采集单元采用主从式双DSP结构，主控系统处理器称之为主处理器，A/D系统的处理器称之为从处理器。主处理器U6负责数据及命令的收发、数据存储、系统自诊断等工作，从处理器U9负责A/D采集、GPS同步、应变调理板控制等工作。二者通过高速同步串行外设接口（SynchronousSerialPeripheralPort，SPORT）和通用输入输出接口（General-purposeInput/Output，GPIO）进行数据交换。在物理结构上，信息采集单元采用双电路板结构，二者在电气上采用变压器隔离方式，避免主控系统与A/D系统的互相干扰。
主从式双DSP设计
主处理器U6和从处理器U9均采用BF536处理器，主从处理器之间的数据交换包括两部分：采集数据和控制命令。二者之间的通讯包括两个信道：使用SPORT接口实现A/D到主控的数据传输和使用IIC接口实现主控到A/D的控制命令传输。二者之间的通讯接口如图3所示。控制命令包括对A/D采集通道的参数设置，比如采样频率、滤波参数、处理方式等。主控系统通过GPIO_INT通知从处理器，从处理器一旦收到GPIO_INT中断后即进入IIC通讯模式，主处理器通过2个GPIO管脚模拟IIC的时序，把命令发送给从处理器。从处理器每次把1s的数据发送给主处理器，同样在每次发送数据前，从处理器通过GPIO_INT2中断主处理器，收到中断后主处理器进入接收模式，使能DMA中断，启动DMA传输。DMA传输完成后触发DMA中断，通知主处理器读取缓冲区中的数据，然后禁止DMA。
主控系统设计
主控系统是基于ADI公司Blackfin处理器的嵌入式系统，由处理器最小系统和外围接口组成。主控系统的硬件配置如下：
lCPU：ADIBF536DSP，主频400MHz；
l存储器：4MBFlash，32MBSDRAM（图中未画出）；
l串口：2个UART，1个用于系统调试，1个用于GPRS或者扩展RS485设备；
l以太网：10/100M自适应以太网；
l无线网络；
nIEEE802.11b/g无线局域网；
nCDMA2000EVDO3G网络；
l存储：2GCF卡；
lDI：1路磁钢信号输入；
l电压监测：主电压小于8.2伏报警（图中未画出）；
以太网通讯接口
信息采集单元的以太网接口电路由主处理器U6、单元以太网接口芯片U7和单元网络变压器U8以及网络插座组成。中心控制器的以太网接口电路由中心处理器U1、中心以太网接口芯片U4和中心网络变压器U5组成。
3G网络接口
3G通讯接口电路由中心处理器U1、USBHost控制器U2和3G模块U3组成。中心处理器U1选择BF536DSP处理器，通过数据总线、地址总线扩展一个USB控制器芯片，即U2，U2选择NXP公司的ISP1362，ISP1362的USB接口连接到3G模块的数据端。3G模块选择中国电信CDMA20001xEVDO网络来发送数据和接收控制命令。CDMA20001xEVDO是对以往CDMA20001x的3G演进，兼容CDMA20001x网络，同样使用800/1900M频段。理论上行速率1.8Mbps，下行速率3.1Mbps，实际测试峰值在900kbps左右。3G模块选用华为公司生产的EM660模块，该模块支持MiniPCI接口，通过USB信号与处理器交换数据。为此BF536需要扩展USB主控制器才能连接EM660模块，本方案使用NXP公司的ISP1362芯片扩展USB主控制器接口，EM660模块作为从设备使用。3G网络接口如图2所示。
wifi接口
信息采集单元和中心控制器之间也可采用IEEE802.11b/g无线局域网通讯。BF536处理器通过SPI接口扩展wifi模块，wifi模块采用USI公司的MR05模块。该模块是一种SIP封装的小尺寸元器件，功耗低，体积小。
A/D系统设计
A/D采集系统电路设计如图4所示。图中给出了1路信号调理电路的电路结构，实际电路可以增加到4路。4路外部输入的±10V信号经过衰减、电平变换、抗混滤波等调理后转变为0~5V信号，然后经过差分驱动后变为8路差分信号分别进入A/D转换器ADS1278的8个差分输入端。信号调理电路的工作原理是：外部输入的模拟信号经过第一精密仪表放大器F1进入多路模拟开关U14，第一精密仪表放大器F1的型号为AD8221，其功能是实现精密的1/2分压，这种电路分压精度远高于电阻分压电路。多路模拟开关U14采用AD7502多路模拟开关集成电路，本电路中使用该芯片实现自动校正功能。电路启动时由从处理器U9控制多路模拟开关U14的使能位，分别输入0V和5V的精密参考电压，然后DSP处理器读出A/D数据，自动计算通道的线性偏移和放大倍数，并将该参数保存。校正完成后，AD7502被切换到正常工作通道，以后采集的数据经过校正参数的计算后再作为正常数据输出。
多路模拟开关U14输出的信号进入抗混滤波器U12，然后再进入第二精密仪表放大器F2进一步分压和电平变换，把外部信号由-10~10V变换到0~5V。差分驱动器U13采用TH4521,其作用是实现信号由单端到差分的驱动，以适应A/D芯片AD1278的要求。
A/D系统的处理器（即从处理器U9）同样是使用ADI公司的BF536处理器，处理器与ADS1278之间采用SPI同步串口通讯，ADS1278一旦启动采集后会按照固定的时钟向外输出数据，在每个数据输出前READY信号会输出低电平来中断BF536处理器，BF536必须保证在下一个数据来之前读出当前数据。
为了对采集的实时数据进行综合，必须保证所有通道的数据具有相同的时基。为此信息采集单元设计中采用GPS模块，在每次采集启动前通过GPS授时获取精确时间。采样点以此为基础，以固定采样间隔工作，这样可以保证所有通道的数据具有相同的节拍。
数据处理
如果每个信息采集单元包括8个传感器通道，每个通道24bits采样数据，采样率是1KSPS，那么每个信息采集单元每秒获得的数据为3x8x1000=24000字节，即单个信息采集单元对通讯带宽的要求为24000x8=192kb/s。
处理器采用中断的方式接收ADS1278采集的数据，每1秒钟的数据组成1个处理单元。等1个数据单元接收完成后开始进行处理和压缩工作，同时采集下1个单元的数据。因此每个单元的数据必须在1秒内处理完毕。主频400MHz的ADIBlackfin处理器每秒钟可以处理800M个MAC运算，具有很强的计算能力。
本系统在工作时，每个桥区配备1个中心控制器，多个信息采集单元。信息采集单元的数据都中继到中心控制器，然后通过3G网络发送到中心计算机。这样必然会带来另外一个问题，即网络带宽不能满足实时传输的要求。本方案采用双DSP结构实现分布式架构处理采集得到的数据，即在数据采集的同时对上一单元得到的数据进行处理，然后对原始数据进行压缩，压缩后的数据存储在本地CF卡中，仅把结果上传到中心计算机，这样既解决了带宽的问题，同时也缓解了中心计算机处理压力。
Claims (6)
1.一种重载铁路桥梁监测系统，其特征是，它包括中心计算机、中心控制器和多个信息采集单元，每个信息采集单元的输入端接对应的桥梁监测传感器，所述中心控制器通过以太网获取各个信息采集单元发送的监测信息，并通过3G网络和互联网将监测信息上传至中心计算机。
2.根据权利要求1所述的一种重载铁路桥梁监测系统，其特征是，所述信息采集单元包括主处理器(U6)、从处理器(U9)、单元以太网接口芯片(U7)、单元网络变压器(U8)、A/D转换器(U10)、GPS模块(U11)和多个信号调理电路，所述单元以太网接口芯片(U7)接于主处理器(U6)的通信接口上并通过单元网络变压器(U8)与网络插座连接；所述从处理器(U9)通过SPORT接口和IIC接口与主处理器(U6)连接并通过SPI接口与A/D转换器(U10)连接，所述GPS模块(U11)的RXD和TXD端分别接从处理器(U9)的TXD和RXD端，每个信号调理电路的输入端接对应的桥梁监测传感器，输出端接A/D转换器(U10)的信号输入端。
3.根据权利要求2所述的一种重载铁路桥梁监测系统，其特征是，所述中心控制器包括中心处理器(U1)、USBHost控制器(U2)、3G模块(U3)、中心以太网接口芯片(U4)和中心网络变压器(U5)，所述3G模块(U3)通过USBHost控制器(U2)与中心处理器(U1)连接，所述中心以太网接口芯片(U4)接于中心处理器(U1)的通信接口上并通过中心网络变压器(U5)与网络插座连接。
4.根据权利要求3所述的一种重载铁路桥梁监测系统，其特征是，所述信号调理电路包括抗混滤波器(U12)、差分驱动器(U13)和两个精密仪表放大器，第一精密仪表放大器(F1)的输入端接桥梁监测传感器，输出端依次经电阻(R)、抗混滤波器(U12)和第二精密仪表放大器(F2)接差分驱动器(U13)的VIN+端，所述差分驱动器(U13)的VIN-端接参考电压，输出端接A/D转换器(U10)的差分信号输入端。
5.根据权利要求4所述的一种重载铁路桥梁监测系统，其特征是，所述信号调理电路还包括多路模拟开关(U14)，所述多路模拟开关(U14)的三个输入端分别接参考电压、电源负极和第一精密仪表放大器(F1)的输出端，输出端接抗混滤波器(U12)的输入端，多路模拟开关(U14)的控制端接从处理器(U9)的控制信号输出端。
6.根据权利要求5所述的一种重载铁路桥梁监测系统，其特征是，所述中心控制器与各个信息采集单元之间也可以通过无线局域网通讯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520371561.2U CN204788997U (zh) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 一种重载铁路桥梁监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520371561.2U CN204788997U (zh) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 一种重载铁路桥梁监测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204788997U true CN204788997U (zh) | 2015-11-18 |
Family
ID=54529016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201520371561.2U Active CN204788997U (zh) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 一种重载铁路桥梁监测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204788997U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106959649A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-07-18 | 核工业理化工程研究院 | 基于双dsp的分布式监测系统 |
| CN109544893A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-03-29 | 福州大学 | 一种适用于土木结构监测的低噪声实时无线数据采集系统 |
-
2015
- 2015-06-02 CN CN201520371561.2U patent/CN204788997U/zh active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106959649A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-07-18 | 核工业理化工程研究院 | 基于双dsp的分布式监测系统 |
| CN106959649B (zh) * | 2017-05-24 | 2024-01-02 | 核工业理化工程研究院 | 基于双dsp的分布式监测系统 |
| CN109544893A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-03-29 | 福州大学 | 一种适用于土木结构监测的低噪声实时无线数据采集系统 |
| CN109544893B (zh) * | 2019-01-09 | 2023-09-22 | 福州大学 | 一种适用于土木结构监测的低噪声实时无线数据采集系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101730284A (zh) | 基于传感器网络的空气质量监测设备 | |
| CN201803800U (zh) | 一种工业无线温度测量装置 | |
| CN204788997U (zh) | 一种重载铁路桥梁监测系统 | |
| CN203217359U (zh) | 一种适用于大型粮库的粮情无线测控系统 | |
| CN202406306U (zh) | 一种桥梁健康监测用无线传感器网络节点模块 | |
| CN204314436U (zh) | 一种无线式多节串联锂离子蓄电池电压实时检测系统 | |
| CN205159455U (zh) | 一种经济型智能蓄电池巡检仪 | |
| CN103308828A (zh) | 基于cpld的变压器局部放电电-声信号同步监测装置 | |
| CN202018386U (zh) | 一种基于pxi的交流传动测试系统 | |
| CN205002798U (zh) | 一种基于ZigBee的直流电磁环境监测系统 | |
| CN203894953U (zh) | 一种交通信号灯故障检测电路 | |
| CN203996287U (zh) | 一种调车灯显接口盒 | |
| CN202693769U (zh) | 一种电池电压采集装置 | |
| CN202975169U (zh) | 基于dsp的直流系统对地绝缘检测电路 | |
| CN204758676U (zh) | 一种基于wifi的分布式信号采集装置 | |
| CN204302969U (zh) | 多种配置方式的usb/rs232-can转换调试器 | |
| CN202797505U (zh) | 易于温度采集型母线连接器 | |
| CN205068046U (zh) | 一种客车多功能调试系统 | |
| CN203134098U (zh) | 一种无线低功耗温湿度采集器 | |
| CN202421267U (zh) | 一种基于wifi无线传输的数字万用表 | |
| CN205104011U (zh) | 中央空调的能耗远程抄报系统 | |
| CN203706403U (zh) | 用于容性设备带电测试的蓝牙协议转换器 | |
| CN203942294U (zh) | 一种配电网风力发电设备同步运行装置 | |
| CN204373762U (zh) | 一种静态轨道衡远程过磅装置 | |
| CN104660622A (zh) | 一种桥梁结构健康监测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |