CN207232688U - 一种动静扰度监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种动静扰度监测系统，通过设置在桥梁的扰度传感器采集桥梁扰度量并转换成相应的电压值或电流值及设置在桥梁上的加速度计检测桥梁震动量。控制器根据该震动量调整AD采集板的采样频率，AD采集板根据该采样频率以采集扰度传感器输出的电压值或电流值，并输送至控制器。控制器对接收到的电压值或电流值进行处理，生成处理数据后发送至监控终端。监控终端接收处理数据，并发送设置指令至控制器，控制器将生成的与设置指令对应的采集参数发送至AD采集板，以根据该采集参数进行数据采集。该动静扰度监测系统可根据桥梁的震动情况来调整采样频率进行数据采样，实现自动化的桥梁扰度量监测，且通过信息反馈提高了数据采集的精确性。

Description

一种动静扰度监测系统

技术领域

本实用新型涉及桥梁工程技术领域，具体而言，涉及一种动静扰度监测系统。

背景技术

在活载荷或恒载作用下，桥梁将产生扰度，桥梁截面可能产生扭矩。在扰度量超过一定阈值范围，将会造成严重事故。且当桥面上有车辆通过时，因车辆行进对桥梁产生震动会进一步加剧扰度现象。因此，需要对桥梁扰度进行精确监测，及时掌握桥梁扰度状态，以避免事故的发生。在现有技术中，缺乏一套自动化程度高、数据采集精确的扰度监测方案，这个问题亟待解决。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于，提供一种动静扰度监测系统以解决上述问题。

本实用新型较佳实施例提供一种动静扰度监测系统，用于对桥梁扰度状态进行监测，所述动静扰度监测系统包括扰度传感器、AD采集板、加速度计、控制器、通信模块以及监控终端，所述AD采集板分别与所述扰度传感器和所述控制器电性连接，所述控制器与所述加速度计电性连接，所述控制器还通过所述通信模块与所述监控终端通信连接；

所述扰度传感器设置于桥梁上，用于采集桥梁扰度量并根据所述桥梁扰度量生成相应的电压值或电流值；

所述加速度计设置于桥梁上，用于检测车辆通过桥面时引起的震动量；

所述控制器用于根据所述震动量调整AD采集板的采样频率；

所述AD采集板包括多个数据通道，用于根据所述采样频率采集所述扰度传感器输出的电压值或电流值，并将采集到的电压值或电流值输送至所述控制器；

所述控制器还用于获取所述AD采集板的多个数据通道传输的电压值或电流值，并对所述电压值或电流值进行处理，将处理数据通过所述通信模块发送至所述监控终端；

所述监控终端用于接收所述处理数据，并通过所述通信模块发送设置指令至所述控制器，以使所述控制器将生成的与所述设置指令对应的采集参数发送至所述AD采集板以根据该采集参数进行数据采集。

进一步地，所述动静扰度监测系统还包括远程服务器，所述远程服务器与所述控制器通信连接，所述远程服务器用于接收所述控制器发送的处理数据，将所述处理数据进行展示及存储。

进一步地，所述动静扰度监测系统还包括GSM扩展板，所述GSM扩展板分别与所述控制器和所述远程服务器通信连接；

所述GSM扩展板用于将通过GPS定位获得的位置信息以及接收到的所述控制器发送的处理数据发送至所述远程服务器。

进一步地，所述GSM扩展板为SIM808。

进一步地，所述动静扰度监测系统还包括液晶显示模块以及以太网模块，所述液晶显示模块和所述以太网模块分别与所述控制器连接。

进一步地，所述动静扰度监测系统还包括外接存储设备，所述外接存储设备与所述控制器连接，用于接收所述控制器发送的处理数据并保存。

进一步地，所述外接存储设备为USB或SD卡。

进一步地，所述动静扰度监测系统还包括电压跟随电路，所述电压跟随电路的输入端与所述扰度传感器连接、输出端与所述AD采集板连接。

进一步地，所述动静扰度监测系统还包括电源模块，所述电源模块分别与所述扰度传感器、所述AD采集板、所述加速度计、所述控制器、所述通信模块以及所述GSM扩展板电性连接。

进一步地，所述电源模块为MP1484芯片、LM1117-3.3芯片或ADR425芯片。

本实用新型实施例提供的动静扰度监测系统，用于对桥梁扰度状态进行监测。通过设置在桥梁上的扰度传感器采集桥梁扰度量并转换成相应的电压值或电流值，并通过设置在桥梁上的加速度计检测车辆通过桥面时引起的震动量。控制器根据该震动量调整AD采集板的采样频率，AD采集板根据该采样频率以采集扰度传感器输出的电压值或电流值，并将该电压值或电流值输送至控制器。控制器对接收到的电压值或电流值进行处理，生成处理数据后发送至监控终端，监控终端接收处理数据，并发送设置指令至控制器，控制器将生成的与设置指令对应的采集参数发送至AD采集板，以使AD采集板根据该采集参数进行数据采集。本实用新型提供的动静扰度监测系统可根据桥梁的震动情况调整数据采样频率，实现自动化的桥梁扰度量监测，且通过信息反馈提高了数据采集的精确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的动静扰度监测系统的结构框图。

图2为本实用新型实施例提供的AD采集板的结构框图。

图3为本实用新型实施例提供的动静扰度监测系统的另一结构框图。

图4为本实用新型实施例提供的动静扰度监测系统的另一结构框图。

图标：10-动静扰度监测系统；110-扰度传感器；120-AD采集板；121-AD芯片；122-运算放大器；123-模拟开关；130-加速度计；140-控制器；150-通信模块；160-监控终端；170-电压跟随电路；180-外接存储设备；190-GSM扩展板；200-远程服务器；210-液晶显示模块；220-以太网模块；230-电源模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

本实用新型较佳实施例提供一种动静扰度监测系统10，如图1所示，用于对桥梁扰度状态进行监测。所述动静扰度监测系统10包括扰度传感器110、AD采集板120、加速度计130、控制器140、通信模块150以及监控终端160。所述AD采集板120分别与所述扰度传感器110及所述控制器140电性连接，所述控制器140与所述加速度计130电性连接，所述控制器140还通过所述通信模块150与所述监控终端160通信连接。

所述扰度传感器110设置于桥梁上，用于采集桥梁扰度量并根据所述桥梁扰度量生成相应的电压值或电流值。所述加速度计130设置于桥梁上，用于检测在车辆通过桥面时引起的震动量。所述控制器140用于根据所述震动量调整AD采集板120的采样频率。所述AD采集板120包括多个数据通道，用于根据所述采样频率以采集所述扰度传感器110输出的电压值或电流值，并将采集到的电压值或电流值输送至所述控制器140。所述控制器140还用于获取所述AD采集板120的多个数据通道传输的电压值或电流值，并对所述电压值或电流值进行处理，将处理数据通过所述通信模块150发送至所述监控终端160。

所述监控终端160用于接收所述处理数据，并根据所述处理数据生成设置指令。所述监控终端160通过所述通信模块150发送所述设置指令至所述控制器140。所述控制器140根据所述设置指令生成对应的采集参数，并将采集参数发送至所述AD采集板120，以使所述AD采集板120根据所述采集参数进行数据采集。

在本实施例中，扰度传感器110根据采集到的桥梁扰度量生成相应的电压值或电流值，为了减少扰度传感器110前后两端的耦合，所述动静扰度监测系统10还包括电压跟随电路170。所述电压跟随电路170的输入端与所述扰度传感器110连接，所述电压跟随电路170的输出端与所述AD采集板120连接。扰度传感器110输出的电压值或电流值通过电压跟随电路170后输送至AD采集板120，在AD采集板120中进行数据采样。

请参阅图2，在本实施例中，AD采集板120主要包括AD芯片121、运算放大器122以及模拟开关123。AD采集板120包括十六路采集输入端，例如电压输入端、电流输入端、连接状态、接地端等。其中，采集接口分别为12V供电。AD采集板120对于扰度传感器110的数据采集为电压值还是电流值主要由模拟开关123来选择控制。通过输入选择是连通电压输入端或是电流输入端。所述电压跟随电路170与所述模拟开关123连接，电压跟随电路170的输出作为AD芯片121的输入。在本实施例中，所述模拟开关123采用ADG619。

在本实施例中，所述加速度计130检测在车辆通过桥面时引起的桥梁震动量。并将检测到的桥梁震动量发送至控制器140。所述控制器140对接收到的所述震动量进行分析处理，以调整AD采集板120的采样频率。可选地，AD采集板120存储有两种采样模式，即静扰度采样模式和动扰度采样模式。所述控制器140检测所述震动量是否超过预设阈值，当震动量超过预设阈值时，则控制器140则触发AD采集板120从静扰度采样模式转换至动扰度采样模式。

其中，静扰度采样模式的采样频率和动扰度采样模式的采样频率不同。例如，在静扰度采样模式下，每间隔5m采样一次，而在动扰度采样模式下，可每间隔5ms采样一次。在本实施例中，通过检测桥梁震动量以转换采样模式，在震动量较大的情况，加快采样频率可提高采样精度，进一步保障桥梁系统安全。

在本实施例中，具体实施时，综合成本与精度的考虑，AD芯片121采用ADS1258芯片，ADS1258的采样频率可以达到200Hz，即每隔5ms完成一次数据采集。并且AD芯片121的分辨率可达到24位。该芯片为16路24位AD，自动通道扫描的数据速率为23.7Ksps，可以达到需求。

可选地，在本实施例中，控制器140还可对AD采集板120输送的数据进行处理、存储及上传等。AD芯片121的采样主要是通过相应的驱动实现，该AD芯片121的时序为串行时序，通过控制clk将各个采集通道进行编号，将各采集通道的数据进行依次读出。控制器140采集完AD芯片121数据之后，需要对采集到的数据进行相应处理。可选地，控制器140对采集到的数据进行数据转换，例如，将采集到的数据转化为十六进制的形式，以便于后续更有效率地传输及存储。控制器140对采集到的数据的处理属于现有技术中的常规处理方式，在此不再一一赘述。控制器140将处理后的数据通过通信模块150发送至监控终端160。在本实施例中，所述通信模块150可以为RS232串口总线或433Mhz无线模块。所述控制器140选用STM32F407ZET6型号。

在本实施例中，所述监控终端160可以为移动终端设备，可以包括但不限于智能手机、笔记本电脑或个人数字助理(Personal Digital Assistant,PDA)等，可用于在现场对监测数据进行处理也可以进行远程监控。该监控终端160可根据控制器140传输的处理数据生成相应的设置指令以发送至控制器140。控制器140可根据该设置指令来进行采集参数设置，例如AD采集板120的采集频率、采集类型等。AD采集板120根据控制器140传输的采集参数来对扰度传感器110的数据进行相应采样。

可选地，在本实施例中，所述动静扰度监测系统10还包括外接存储设备180，该外接存储设备180与所述控制器140连接，用于接收所述控制器140发送的处理数据并保存。在本实施例中，控制器140中主函数循环更新存储设备的状态，则可实时监测有无存储设备的连接，在监测到连接有外接存储设备180时，则会将相应的处理后的数据存入该外接存储设备180，便于进行备份保存。在本实施例中，所述外接存储设备180可以为USB或SD卡，在本实施例中并不作具体限制。

请参阅图3，在本实施例中，所述动静扰度监测系统10还包括GSM扩展板190和远程服务器200，其中，所述GSM扩展板190分别与所述控制器140和所述远程服务器200通信连接。所述GSM扩展板190利用GPS定位技术获得控制器140的位置信息，并将获得的位置信息发送至所述远程服务器200，以便于远程服务端的工作人员能够获知控制器140的准确位置。并且，GSM扩展板190还能够接收所述控制器140发送的处理数据，并将该处理数据转发至所述远程服务器200。在本实施例中，所述GSM扩展板190采用SIM808模块。可选地，所述控制器140可间隔预设时长将处理数据发送至远程服务器200。其中，所述控制器140可将采集到的数据进行汇总，并计算出该预设时长内的采集数据的最大值、最小值以及该预设时长内的平均值，并将计算出的值经过数据转换得到的处理数据通过SIM808模块发送至远程服务器200。当然，控制器140也可以实时地将处理数据发送至远程服务器200，具体地在本实施例中不作限制。

请参阅图4，可选地，在本实施例中，所述动静扰度监测系统10还包括液晶显示模块210及以太网模块220。所述液晶显示模块210和所述以太网模块220分别与所述控制器140连接。其中，所述液晶显示模块210采用LCD12864。

在本实施例中，所述动静扰度监测系统10还包括电源模块230，所述电源模块230分别与所述扰度传感器110、所述AD采集板120、所述加速度计130、所述控制器140、所述通信模块150以及所述GSM扩展板190等电性连接。

在本实施例中，所述扰度传感器110、SIM808模块等需要12V电源供电，433Mhz无线模块、ADS1258芯片等要求5V电源供电，控制器140、RS232串口总线及以太网模块220等要求3.3V电源供电。因此，在本实施例中，选择MORNSUN-URB2412模块，该模块支持9～36V输入，输出电压为12V，可满足本系统设计的要求。在本实施例中，为了减少电源稳定性及结构的复杂度，可采用DCDC电源模块。

由于AD芯片121具有将模拟电源与数字电源分开的要求，因此在具体实施时可并行地采集两个MORNSUN-URB2412模块分别作为AD芯片121的模拟电源和数据电源的输出。

在本实施例中，所述电源模块230为MP1484芯片、LM1117-3.3芯片或ADR425芯片。本实施例中，所述AD采集板120上的AD芯片121、运放放大器及模拟开关123均需5V供电。由于AD采集板120总共有十六路数据通道，运算放大器122及模拟开关123的总电流比较大，若直接从12V降到5V，则采集板的耗散功率可能过高，导致采集板过热。因此可连接MP1484芯片先将12V的模拟电源以及数字电源分别降至约为7V，之后再利用两个LM1117-5.0稳压芯片来分别获得5V模拟电源和数字电源5V。

其中，MP1484芯片及三端稳压芯片LM1117-3.3与控制器140连接，以作为控制器140的电源。MP1484芯片为控制器140提供5V电源，三端稳压芯片LM1117-3.3为控制器140提供3.3V电源。

在本实施例中，控制器140中具有相应的控制程序以进行存储设备连接状态检测、串口、AD驱动、系统初始化配置等。其中，主要包括主程序、采集程序、通信程序以及SIM808程序。

在本实施例中，主程序主要负责整个系统的初始化配置，包括串口、AD驱动、SD卡、USB、文件系统、中断优先级、定时器、外部中断等，以及在整个系统运行的过程中检测USB及SD卡的插入状态并及时更新。进入主函数后，先进行相关配置，然后循环检测存储设备的状态。

采集程序主要置于定时器的中断处理程序中，采集程序主要分为AD驱动、AD采集数据的处理、数据的存储与上传等部分。在AD的驱动方面，所选择的ADS1258芯片采用串行通信，使用控制器140的IO模拟其时序，采集时采用默认的系统通道扫描模式，通过定时器中断拉高START引脚使能AD芯片121的采集。在中断中读取AD芯片121的十六个通道的数据，之后拉低START引脚失能AD芯片121的采集。在采集的过程中，每产生一个通道的数据都会在DRDY引脚中产生一个脉冲，因此程序中采用外部中断进行处理数据的动作，并将其存入缓存区中。在采集了全部十六个通道的数据之后，需要进行判断，确定是否有必要进行数据的存储与上传。

本实施例中，在通信方面，控制器140使用RS232串口总线或者433Mhz无线模块与监控终端160进行通信。在接收方面，每当接收到监控终端160传来的指令时，程序会进入串口接收中断。在接收中断中对监控终端160的指令进行校验与分析。如果接收到的指令符合预设协议要求，则根据该指令执行相应的操作。如果接收到的指令与预设协议不符，则丢弃该数据。而在发送数据方面，控制器140在发送数据之前，会使能发送中断，将待发送的数据置于发送缓存区。缓存区为空时，触发发送中断，更新缓存区中的待发送数据。当数据发送完毕后，失能串口发送中断。

SIM808模块的程序是基于EAT系统内核的程序，通过与内核进行通信，完成相应的任务。在系统运行的过程中，当接收到控制器140传输过来的处理数据时，SIM808模块会将接收到的数据，以及自身采集的GPS数据传输到远程服务端。并且每间隔预设周期，例如一个小时，SIM808模块会将实时时间发送回控制器140，以实现时间校正功能。

综上所述，本实用新型提供的动静扰度监测系统10，可用于对桥梁扰度状态进行监测。通过设置在桥梁上的扰度传感器110采集桥梁扰度量并转换成相应的电压值或电流值，并通过设置在桥梁上的加速度计130检测车辆通过桥面时引起的震动量。控制器140可根据该震动量调整AD采集板120的采样频率。AD采集板120根据该采样频率以采集扰度传感器110输出的电压值或电流值，并将该电压值或电流值输送至控制器140。控制器140对接收到的电压值或电流值进行处理，生成处理数据后发送至监控终端160。监控终端160接收处理数据，并发送设置指令至控制器140，控制器140将生成的与设置指令对应的采集参数发送至AD采集板120，以使AD采集板120根据该采集参数进行数据采集。本实用新型提供的动静扰度监测系统10可根据桥梁的震动情况来调整采样模式进行数据采样，实现自动化的桥梁扰度量监测，且通过信息反馈提高了数据采集的精确性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动静扰度监测系统，用于对桥梁扰度状态进行监测，其特征在于，所述动静扰度监测系统包括扰度传感器、AD采集板、加速度计、控制器、通信模块以及监控终端，所述AD采集板分别与所述扰度传感器和所述控制器电性连接，所述控制器与所述加速度计电性连接，所述控制器还通过所述通信模块与所述监控终端通信连接；

所述扰度传感器设置于桥梁上，用于采集桥梁扰度量并根据所述桥梁扰度量生成相应的电压值或电流值；

所述加速度计设置于桥梁上，用于检测车辆通过桥面时引起的震动量；

所述控制器用于根据所述震动量调整AD采集板的采样频率；

所述AD采集板包括多个数据通道，用于根据所述采样频率采集所述扰度传感器输出的电压值或电流值，并将采集到的电压值或电流值输送至所述控制器；

所述控制器还用于获取所述AD采集板的多个数据通道传输的电压值或电流值，并对所述电压值或电流值进行处理，将处理数据通过所述通信模块发送至所述监控终端；

所述监控终端用于接收所述处理数据，并通过所述通信模块发送设置指令至所述控制器，以使所述控制器将生成的与所述设置指令对应的采集参数发送至所述AD采集板以根据该采集参数进行数据采集。

2.根据权利要求1所述的动静扰度监测系统，其特征在于，所述动静扰度监测系统还包括远程服务器，所述远程服务器与所述控制器通信连接，所述远程服务器用于接收所述控制器发送的处理数据，将所述处理数据进行展示及存储。

3.根据权利要求2所述的动静扰度监测系统，其特征在于，所述动静扰度监测系统还包括GSM扩展板，所述GSM扩展板分别与所述控制器和所述远程服务器通信连接；

所述GSM扩展板用于将通过GPS定位获得的位置信息以及接收到的所述控制器发送的处理数据发送至所述远程服务器。

4.根据权利要求3所述的动静扰度监测系统，其特征在于，所述GSM扩展板为SIM808。

5.根据权利要求1所述的动静扰度监测系统，其特征在于，所述动静扰度监测系统还包括液晶显示模块以及以太网模块，所述液晶显示模块和所述以太网模块分别与所述控制器连接。

6.根据权利要求1所述的动静扰度监测系统，其特征在于，所述动静扰度监测系统还包括外接存储设备，所述外接存储设备与所述控制器连接，用于接收所述控制器发送的处理数据并保存。

7.根据权利要求6所述的动静扰度监测系统，其特征在于，所述外接存储设备为USB或SD卡。

8.根据权利要求1所述的动静扰度监测系统，其特征在于，所述动静扰度监测系统还包括电压跟随电路，所述电压跟随电路的输入端与所述扰度传感器连接、输出端与所述AD采集板连接。

9.根据权利要求8所述的动静扰度监测系统，其特征在于，所述动静扰度监测系统还包括电源模块，所述电源模块分别与所述扰度传感器、所述AD采集板、所述加速度计、所述控制器、所述通信模块以及所述GSM扩展板电性连接。

10.根据权利要求9所述的动静扰度监测系统，其特征在于，所述电源模块为MP1484芯片、LM1117-3.3芯片或ADR425芯片。