CN206496838U - 基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统 - Google Patents
基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统，属于土木工程领域，应用于结构安全健康监测行业。它包括三轴MEMS振动传感器、程控放大器、信号调理电路、多转换内核的同步模数转换器、微控制器、Lora通信模块、Nand Flash存储器、触发器、Lora无线振动采集节点、Lora网关；所述三轴MEMS振动传感器与程控放大器连接，程控放大器与信号调理电路连接，信号调理电路与多转换内核的同步模数转换器连接，多转换内核的同步模数转换器与微控制器连接；微控制器分别与Lora通信模块连接、Nand Flash存储器连接；多转换内核的同步模数转换器与触发器连接，程控放大器与微控制器连接；多个Lora无线振动采集节点与Lora网关连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统，属于土木工程领域，应用于结构安全健康监测行业。
背景技术
现有技术：爆破监测的目的，爆破振动测试是爆破施工的重要环节，一方面爆破的方法和爆破的参数影响爆破地震的振动强度，通过监测指导爆破施工，另一方面确保被保护物（工区周围人员和建筑物）的安全性，避免纠纷发生，给企业带来利益。爆破振动测试设备主要是通过监测质点振动速度的三个分量值、主振频率及振动速度随时间的衰减变化曲线。
目前现有技术主要采用特定的固定区域监测，并且系统多采用有线级联的方式或者无线zigbee的方式，无论是有线还是zigbee无线，都因为信号衰减引起的监测范围受限，从而监测的布点范围也受到限制，也限制了系统的应用范围和监测广度，针对一些大型结构物受爆破振动影响的监测，现有的技术方式无法满足监测需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统，本实用新型利用具有远距离通信能力的Lora模块，将现有的振动爆破监测范围由原来的几十米到几百米扩展到上千米，极大的扩展了爆破振动监测系统的应用范围，拓展了市场应用环境，由针对结构物局部爆破振动监测扩展到针对大型结构物的整体爆破振动的评估，从而提高了监测数据精度和可靠性。
本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统，它包括三轴MEMS振动传感器、程控放大器、信号调理电路、多转换内核的同步模数转换器、微控制器、Lora通信模块、Nand Flash存储器、触发器、Lora无线振动采集节点、Lora网关；
所述三轴MEMS振动传感器与程控放大器连接，程控放大器与信号调理电路连接，信号调理电路与多转换内核的同步模数转换器连接，多转换内核的同步模数转换器与微控制器连接；
微控制器分别与Lora通信模块连接、Nand Flash存储器连接；
多转换内核的同步模数转换器与触发器连接，程控放大器与微控制器连接；
多个Lora无线振动采集节点与Lora网关连接。
其监测方法：
三轴MEMS振动传感器感应出来的外界振动信号经过程控放大器和信号调理电路再通过多转换内核的同步模数转换器转换成数字信号通过微控制器发送给Lora通信模块。
微控制器经过Lora通信模块将振动数据远距离发送给Lora网关。
微控制器将满足触发器经过多转换内核的同步模数转换器采样后的数据存储备份在Nand Flash存储器后再通过Lora通信模块发送出去。
三轴MEMS振动传感器的输出信号与触发器比较，并将对比信号发送给多转换内核的同步模数转换器。
Lora无线振动采集节点经过星型网络将振动数据发送给Lora网关。
本实用新型的原理，LoRa®技术是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控（FSK）调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa®是基于线性调频扩频调制，它保持了像FSK调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离，相比于传统的zigbee技术，它具有传输距离远、通信可靠性高、抗干扰能力强等优势，非常具备在高支模这种复杂工况环境下工作。
LoRa®的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里范围。在一个给定的位置，距离在很大程度上取决于环境或障碍物，但LoRa®和LoRaWAN™有一个链路预算优于其他任何标准化的通信技术。
因此利用Lora的远距离可靠通信的优势，本系统在设计上，每个采集节点使用了Lora无线通信模块，所有采集节点通过星型网络将数据汇总并发送给监控中心。
具体实现为：振动爆破一般需要x、y、z三个方向的振动传感器进行对爆破振动信号的拾取，分别对应平行于地面的相互垂直的两个轴及垂直于底面的轴，振动传感器通过将振动的速度转换成电压信号，电压信号再通过振动信号采集设备进行采样得到时域的振动波形。对于爆破振动波形的识别是通过触发的方式实现，现场传感器和采集设备安装好后，采集设备根据触发阈值来采样爆破信号，一般爆破振动的信号都会远大于周边其他物体运动导致的振动，如行人、汽车等。
当爆破信号被传感器感应后并超过设定阈值后，振动采集设备将振动传感器的输出信号采样、滤波后转换成数字信号在本地进行存储，同时振动采集设备继续监测振动传感器是否还有持续性的超过阈值的信号输出，有则继续采集存储，微控制器通过内部DMA总线的方式可以实现采样和数据发送同步处理，此时外部如果有持续性的爆破振动信号，都会实时存储在本地的存储器中，微控制器按照时间顺序，逐条的将数据通过Lora 模块发送给Lora网关，最终再发送给监控中心。
本实用新型的有益效果：
本实用新型通过利用Lora远距离高可靠通信模块，将振动爆破监测的地域范围大大扩展，实现了针对大型结构物的整体监测布点监测，针对现有的结构物局部监测，极大地提高了结构物的振动爆破监测的准确性，提高了系统的应用价值。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
图2为本实用新型的基于Lora的无线振动采集节点的网络拓扑示意图。
具体实施方式
下面结合附图1、2对本实用新型进行详细描述：
一种基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统，它包括三轴MEMS振动传感器1、程控放大器2、信号调理电路3、多转换内核的同步模数转换器4、微控制器5、Lora通信模块6、Nand Flash存储器7、触发器8、Lora无线振动采集节点9、Lora网关10；
所述三轴MEMS振动传感器1与程控放大器2连接，程控放大器2与信号调理电路3连接，信号调理电路3与多转换内核的同步模数转换器4连接，多转换内核的同步模数转换器4与微控制器5连接；
微控制器5分别与Lora通信模块6连接、Nand Flash存储器7连接；
多转换内核的同步模数转换器4与触发器8连接，程控放大器2与微控制器5连接；
多个Lora无线振动采集节点9与Lora网关10连接。
其监测方法：
三轴MEMS振动传感器1感应出来的外界振动信号经过程控放大器2和信号调理电路3再通过多转换内核的同步模数转换器4转换成数字信号通过微控制器5发送给Lora通信模块6。
微控制器5经过Lora通信模块6将振动数据远距离发送给Lora网关10。
微控制器5将满足触发器8经过多转换内核的同步模数转换器4采样后的数据存储备份在Nand Flash存储器7后再通过Lora通信模块6发送出去。
三轴MEMS振动传感器1的输出信号与触发器8比较，并将对比信号发送给多转换内核的同步模数转换器4。
Lora无线振动采集节点9经过星型网络将振动数据发送给Lora网关10。
附图1说明：因为三轴MEMS振动传感器的信号需要同步采集，所以采集节点设计了三路信号链对三个轴的数据进行同步处理，同时模数转换器采用多通道同步采样型，满足多个通道同步采集。
该实用新型专利在实施过程中，首先Lora无线振动采集节点9为了使得监测节点小型化，采用内置MEMS型振动传感器的设计方式，具体的芯片可以选择NXP公司的MMA8451Q型三轴加速度传感器，量程可配置为±2g、±4g、±8g满足爆破监测监测要求，该芯片成本低、精度高、体积小，功耗低，满足小型化传感器设计的要求。振动传感器的输出信号首先经过程控放大器2，程控放大器用于放大微弱振动信号，放大倍数由微控制器5经过I/O口进行配置。信号经过程控放大器后，再经过信号调理电路3进行滤波器处理，用于滤除目标带宽之外的干扰及噪声，使得振动信号更加纯洁干净，信号调理电路采用有源低通滤波器的设计，其中运算放大器可采用ADI公司的低噪声OP297系列运放构件滤波器电路。经过滤波的振动信号再经过多转换内核的同步模数转换器4同步将三路信号转换成数字信号，最后通过微控制器存储到Nand Flash存储器7中，同时按照时间顺序，将数据段依次通过Lora通信模块发送出去。触发器8是通过不断比较设定的阈值和传感器输出的信号大小比较，当传感器输出的信号幅度超过设定的阈值是，将触发多转换内核的同步模数转换器4进行数据采样。微控制器5可采用ST公司的STM32F20x系列的32位Cortex-M3内核处理器，满足系统的控制要求。
所有Lora无线振动采集节点9只要在满足在Lora通信范围内部署的无线振动采集节点，都将数据传输给Lora网关10，最终发给监控中心。
Claims (1)
1.一种基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统，其特征在于：它包括三轴MEMS振动传感器（1）、程控放大器（2）、信号调理电路（3）、多转换内核的同步模数转换器（4）、微控制器（5）、Lora通信模块（6）、Nand Flash存储器（7）、触发器（8）、Lora无线振动采集节点（9）、Lora网关（10）；
所述三轴MEMS振动传感器（1）与程控放大器（2）连接，程控放大器（2）与信号调理电路（3）连接，信号调理电路（3）与多转换内核的同步模数转换器（4）连接，多转换内核的同步模数转换器（4）与微控制器（5）连接；
微控制器（5）分别与Lora通信模块（6）连接、Nand Flash存储器（7）连接；
多转换内核的同步模数转换器（4）与触发器（8）连接，程控放大器（2）与微控制器（5）连接；
多个Lora无线振动采集节点（9）与Lora网关（10）连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621459880.XU CN206496838U (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201621459880.XU CN206496838U (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统 |
Publications (1)
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| CN201621459880.XU Active CN206496838U (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统 |
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| CN (1) | CN206496838U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106768298A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 江西飞尚科技有限公司 | 基于Lora技术的分布式无线振动爆破监测系统及方法 |
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2016
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