CN207850443U - 基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，包括高速公路边坡稳定性数据采集传输器和太阳能供电装置，太阳能供电装置包括底座、竖直支撑杆、太阳能光伏板、蓄电池和太阳能发电控制盒，太阳能发电控制盒内设置有太阳能发电控制电路，太阳能发电控制电路包括微控制器、第一电压转换电路、太阳能光伏板电压检测电路、蓄电池电压检测电路和充放电控制电路；高速公路边坡稳定性数据采集传输器包括微处理器、第二电压转换电路、数据存储器、移动通信电路、按键操作电路、红外摄像头、卫星定位模块和多个传感器检测单元。本实用新型设计新颖合理，实现方便且成本低，功能完备，节能环保，实用性强，便于推广使用。
Description
技术领域
本实用新型属于边坡稳定性监测技术领域，具体涉及一种基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置。
背景技术
高速公路是国家交通大动脉，高速公路的安全、稳定是人民生命安全的保障。近年来，随着经济发展的需要，越来越多的高速公路在山区修建，形成大量高速公路边坡，边坡稳定问题已成为威胁施工安全、制约工程进度、影响安全运营的关键问题；高速公路边坡稳定性监测系统是了解高速公路运行状态的耳目，是保证高速公路稳定、安全，保障人民生命财产安全、充分发挥高速公路国家交通大动脉的重要手段；但是，我国过去以低等级公路为主，高边坡问题不够突出，缺乏对公路高边坡稳定性的研究，可借鉴的资料较少，边坡稳定性检测、治理设计、施工方法不够成熟，而且山区高边坡地质条件复杂，影响边坡稳定性的因素复杂多变，现有的研究方法已无法满足高速公路边坡研究的需要。
为了解决以上问题，安全监测高速公路边坡稳定性，人们想到借助现有实现物联网的移动通信基站和internet网路，基于物联网实现高速公路边坡稳定性的监测，但是，现有技术中还缺乏结构简单、设计合理、实现方便且成本低、功能完备、使用效果好的能够采集高速公路边坡稳定性数据并将数据通过现有通信网路传输给监控中心计算机的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低，功能完备，节能环保，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：包括高速公路边坡稳定性数据采集传输器和用于为高速公路边坡稳定性数据采集传输器供电的太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括设置在高速公路旁侧的底座、固定连接在底座顶部的竖直支撑杆和通过转动轴转动连接在竖直支撑杆顶部的太阳能光伏板，所述太阳能光伏板与水平面之间的夹角为25°～50°，所述太阳能光伏板的采光面朝南设置，所述底座内部设置有蓄电池，所述竖直支撑杆的上部固定连接有太阳能发电控制盒，所述太阳能发电控制盒内设置有太阳能发电控制电路，所述太阳能发电控制电路包括微控制器和用于将蓄电池输出的+12V电压转换为所述太阳能发电控制电路中各用电模块所需+3.3V电压的第一电压转换电路，所述微控制器的输入端接有太阳能光伏板电压检测电路和蓄电池电压检测电路，所述太阳能光伏板电压检测电路与太阳能光伏板的输出端连接，所述蓄电池电压检测电路与蓄电池的输出端连接，所述微控制器的输出端接有充放电控制电路，所述充放电控制电路接在太阳能光伏板与蓄电池之间；所述高速公路边坡稳定性数据采集传输器包括微处理器和用于将蓄电池输出的+12V电压转换为所述高速公路边坡稳定性数据采集传输器中各用电模块所需+3.3V电压的第二电压转换电路，以及与微处理器相接的数据存储器和用于与移动通信基站无线连接并通信的移动通信电路，所述微处理器的输入端接有按键操作电路、红外摄像头、卫星定位模块和分别布设在多个测点位置处的多个传感器检测单元，每个传感器检测单元均包括温度传感器、用于分别对测点位置处深度分别为5m、10m、20m、30m的位移进行检测的四个位移传感器和用于分别对测点位置处深度分别为5m、10m、20m、30m的应力应变进行检测的四个应力应变传感器，每个应力应变传感器的输出端均接有滤波放大电路，所述红外摄像头通过摄像头连接杆连接在竖直支撑杆顶部侧面。
上述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述微控制器包括ARM微控制器LPC2131。
上述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述蓄电池电压检测电路包括电阻R19、电阻R20和电阻R21，所述电阻R19和电阻R20串联后接在所述蓄电池的正极电压输出端和负极电压输出端之间，所述电阻R21的一端与所述电阻R19和电阻R20的连接端相接，所述电阻R21的另一端与所述ARM微控制器LPC2131的第15引脚相接；所述充放电控制电路包括防反充二极管D19、升压电路、续流二极管D20、充电控制电路和放电控制电路，所述升压电路包括芯片LM25716-ADJ，所述芯片LM25716-ADJ的第1引脚通过串联的电阻R13和电容C2接地，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚通过串联的电阻R14和电阻R15接地，所述芯片LM25716-ADJ的第2引脚与电阻R14和电阻R15的连极端相接，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与第5引脚之间接有电感L1，所述芯片LM25716-ADJ的第5引脚与防反充二极管D19的阴极相接，所述防反充二极管D19的阳极与所述太阳能光伏板的正极电压输出端相接；所述充电控制电路包括MOSFET管Q1和型号为TLP521的光耦隔离芯片U2，所述光耦隔离芯片U2的第1引脚通过电阻R22与所述ARM微控制器LPC2131的第1引脚相接，所述光耦隔离芯片U2的第4引脚通过电阻R24与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，且通过电阻R25与MOSFET管Q1的栅极相接，所述MOSFET管Q1的漏极与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，所述MOSFET管Q1的源极与蓄电池的正极相接；所述放电控制电路包括MOSFET管Q2和型号为TLP521的光耦隔离芯片U3，所述光耦隔离芯片U3的第1引脚通过电阻R23与所述ARM微控制器LPC2131的第19引脚相接，所述光耦隔离芯片U3的第4引脚通过电阻R26与蓄电池的正极相接，且通过电阻R27与MOSFET管Q2的栅极相接，所述MOSFET管Q2的漏极与蓄电池的负极相接，所述MOSFET管Q2的源极与第一电压转换电路的负极电压输入端和第二电压转换电路的负极电压输入端相接，所述第一电压转换电路的正极电压输入和第二电压转换电路的正极电压输入端均与蓄电池的正极相接；所述续流二极管D20的正极与蓄电池的负极相接，所述续流二极管D20的负极与蓄电池的正极相接；所述太阳能光伏板电压检测电路包括电阻R16、电阻R17和电阻R18，所述电阻R16和电阻R17串联后接在所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与地之间，所述电阻R18的一端与所述电阻R16和电阻R17的连接端相接，所述电阻R18的另一端与所述ARM微控制器LPC2131的第13引脚相接。
上述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述微处理器包括DSP数字信号处理器TMS320F2812。
上述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述移动通信电路包括异步通信电路、与异步通信电路连接的CDMA模块、与CDMA模块连接的UIM卡接口电路和接在UIM卡接口电路上的UIM卡，所述异步通信电路包括芯片SN74AHC245、电容C13、电阻R9和电阻R10，所述芯片SN74AHC245的第1引脚、第10引脚和第19引脚均接地，所述芯片SN74AHC245的第2引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第91引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第5引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第92引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第7引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第93引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第14引脚通过电阻R10与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第174引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第17引脚通过电阻R9与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第90引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第20引脚与第二电压转换电路的+3.3V电压输出端VCC33连接且通过电容C13接地；
所述CDMA模块包括芯片CEM800、电容C18、电容C19、电容C20和电容C21，所述芯片CEM800的第1引脚、第3引脚、第5引脚和第7引脚均与第二电压转换电路的3.3V电压输出端VCC33连接，所述芯片CEM800的第2引脚、第4引脚、第6引脚、第8引脚、第50引脚和第56引脚均接地，所述芯片CEM800的第30引脚与所述芯片SN74AHC245的第18引脚连接，所述芯片CEM800的第32引脚与所述芯片SN74AHC245的第3引脚连接，所述芯片CEM800的第36引脚与所述芯片SN74AHC245的第6引脚连接，所述芯片CEM800的第38引脚与所述芯片SN74AHC245的第13引脚连接，所述电容C18、电容C19、电容C20、电容C21和电容C76并联接在第二电压转换电路的3.3V电压输出端VCC33与地之间；
所述UIM卡接口电路包括用于插入UIM卡的UIM卡槽UIM、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C14、电容C23、电容C24、电容C25、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管D6和稳压二极管D7，所述UIM卡槽UIM的第2引脚与所述芯片CEM800的第46引脚和电阻R36的一端连接，所述UIM卡槽UIM的第3引脚与所述电阻R33的一端连接，所述电阻R36的另一端、电阻R33的另一端、电容C23的一端和稳压二极管D5的负极均与所述芯片CEM800的第44引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第4引脚、电容C14的一端和稳压二极管D4的负极均与所述芯片CEM800的第46引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第5引脚与所述电阻R34的一端连接，所述电阻R34的另一端、电容C24的一端和稳压二极管D6的负极均与所述芯片CEM800的第42引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第6引脚与所述电阻R35的一端连接，所述电阻R35的另一端、电容C25的一端和稳压二极管D7的负极均与所述芯片CEM800的第48引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第1引脚、电容C14的另一端、稳压二极管D4的正极、电容C23的另一端、稳压二极管D5的正极、电容C24的另一端、稳压二极管D6的正极、电容C25的另一端和稳压二极管D7的正极均接地。
上述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述数据存储器包括数据存储芯片AT24C02，所述数据存储芯片AT24C02的第1引脚、第2引脚、第3引脚和第4引脚均接地，所述数据存储芯片AT24C02的第5引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第18引脚相接且通过电阻R31与第二电压转换电路的+3.3V电压输出端VCC33相接，所述数据存储芯片AT24C02的第6引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第43引脚相接且通过电阻R30与第二电压转换电路的+3.3V电压输出端VCC33相接，所述数据存储芯片AT24C02的第7引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第80引脚相接，所述数据存储芯片AT24C02的第8引脚与第二电压转换电路的+3.3V电压输出端VCC33相接。
上述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述卫星定位模块为BD/GPS双模接收机模块ATGM332D，所述BD/GPS双模接收机模块ATGM332D的串口接收引脚RXD与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第155引脚连接，所述BD/GPS双模接收机模块ATGM332D的串口发送引脚TXD与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第157引脚连接，所述BD/GPS双模接收机模块ATGM332D的时间脉冲信号引脚PPS与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第98引脚连接。
上述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述温度传感器为数字式温度传感器DS18B20，所述数字式温度传感器DS18B20的第1引脚接地，所述数字式温度传感器DS18B20的第2引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第85引脚相接，且通过电阻R32与第二电压转换电路的3.3V电压输出端VCC33相接，所述电阻R32与第二电压转换电路的3.3V电压输出端VCC33的连接端通过电容C44接地，所述数字式温度传感器DS18B20的第3引脚与第二电压转换电路的3.3V电压输出端VCC33相接。
上述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述位移传感器为KTC-400mm拉杆式直线位移传感器。
上述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述应力应变传感器为BX120-30AA应变片，所述滤波放大电路包括运算放大器U2A、运算放大器U2B、电阻R41和滑动变阻器R43，所述运算放大器U2A的同相输入端与电阻R41的一端连接，且通过电容C42接地；所述电阻R41的另一端为滤波放大电路的输入端FLIN且与BX120-30AA应变片的输出端连接，所述滤波放大电路的输入端FLIN与运算放大器U2A的输出端之间接有电容C41，所述运算放大器U2B的反相输入端通过电阻R42与运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2A的反相输入端与输出端连接，且与滑动变阻器R43的一个固定端连接，所述滑动变阻器R43的另一个固定端和滑动端均通过电阻R44与运算放大器U2B的输出端连接；所述运算放大器U2B的同相输入端通过电阻R45接地，所述运算放大器U2B的输出端为滤波放大电路的输出端OUT。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低。
2、本实用新型在高速公路旁的安装布设方便，使用操作便捷。
3、本实用新型的高速公路边坡稳定性数据采集传输器，通过设置温度传感器、位移传感器、应力应变传感器、红外摄像头和卫星定位模块，能够检测温度、位移、应力应变和图像四种数据，还能进行定位，数据采集完善，便于进行进一步分析使用，功能完备。
4、本实用新型采用太阳能供电装置为高速公路边坡稳定性数据采集传输器供电，更加节能环保，且解决了山区高速公路供电不方便的难题。
5、本实用新型的推广使用，能够为进行基于物联网的高速公路边坡稳定性监测提供数据源，便于实现安全监测高速公路边坡稳定性，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低，功能完备，节能环保，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型太阳能发电及报警控制电路的电路原理框图。
图3为本实用新型微控制器的电路原理图。
图4为本实用新型太阳能光伏板、太阳能光伏板电压检测电路、充放电控制电路、蓄电池电压检测电路和蓄电池的电路连接图。
图5为本实用新型微处理器的电路原理图。
图6为本实用新型异步通信电路的电路原理图。
图7为本实用新型CDMA模块的电路原理图。
图8为本实用新型UIM卡接口电路的电路原理图。
图9为本实用新型数据存储器的电路原理图。
图10为本实用新型卫星定位模块的电路原理图。
图11为本实用新型温度传感器的电路原理图。
图12为本实用新型滤波放大电路的电路原理图。
附图标记说明:
1—底座； 2—竖直支撑杆； 3—微处理器；
4—太阳能光伏板； 5—蓄电池； 6—转动轴；
7—第二电压转换电路； 8—移动通信电路； 9—数据存储器；
10—按键操作电路； 11—太阳能发电控制盒； 12—微控制器；
13—红外摄像头； 14—第一电压转换电路；
15—太阳能光伏板电压检测电路； 16—蓄电池电压检测电路；
17—卫星定位模块； 18—充放电控制电路； 19—传感器检测单元；
19-1—位移传感器； 19-2—温度传感器； 19-3—应力应变传感器；
19-4—滤波放大电路； 20—摄像头连接杆；
21—高速公路边坡稳定性数据采集传输器。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，包括高速公路边坡稳定性数据采集传输器21和用于为高速公路边坡稳定性数据采集传输器21供电的太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括设置在高速公路旁侧的底座1、固定连接在底座1顶部的竖直支撑杆2和通过转动轴6转动连接在竖直支撑杆2顶部的太阳能光伏板4，所述太阳能光伏板4与水平面之间的夹角为25°～50°，所述太阳能光伏板4的采光面朝南设置，所述底座1内部设置有蓄电池5，所述竖直支撑杆2的上部固定连接有太阳能发电控制盒11，所述太阳能发电控制盒11内设置有太阳能发电控制电路，结合图2，所述太阳能发电控制电路包括微控制器12和用于将蓄电池5输出的+12V电压转换为所述太阳能发电控制电路中各用电模块所需+3.3V电压的第一电压转换电路14，所述微控制器12的输入端接有太阳能光伏板电压检测电路15和蓄电池电压检测电路16，所述太阳能光伏板电压检测电路15与太阳能光伏板4的输出端连接，所述蓄电池电压检测电路16与蓄电池5的输出端连接，所述微控制器12的输出端接有充放电控制电路18，所述充放电控制电路18接在太阳能光伏板4与蓄电池5之间；所述高速公路边坡稳定性数据采集传输器21包括微处理器3和用于将蓄电池5输出的+12V电压转换为所述高速公路边坡稳定性数据采集传输器21中各用电模块所需+3.3V电压的第二电压转换电路7，以及与微处理器3相接的数据存储器9和用于与移动通信基站无线连接并通信的移动通信电路8，所述微处理器3的输入端接有按键操作电路10、红外摄像头13、卫星定位模块17和分别布设在多个测点位置处的多个传感器检测单元19，每个传感器检测单元19均包括温度传感器19-2、用于分别对测点位置处深度分别为5m、10m、20m、30m的位移进行检测的四个位移传感器19-1和用于分别对测点位置处深度分别为5m、10m、20m、30m的应力应变进行检测的四个应力应变传感器19-3，每个应力应变传感器19-3的输出端均接有滤波放大电路19-4，所述红外摄像头13通过摄像头连接杆20连接在竖直支撑杆2顶部侧面。
本实施例中，如图3所示，所述微控制器12包括ARM微控制器LPC2131。
本实施例中，如图4所示，所述蓄电池电压检测电路16包括电阻R19、电阻R20和电阻R21，所述电阻R19和电阻R20串联后接在所述蓄电池5的正极电压输出端和负极电压输出端之间，所述电阻R21的一端与所述电阻R19和电阻R20的连接端相接，所述电阻R21的另一端与所述ARM微控制器LPC2131的第15引脚相接；所述充放电控制电路18包括防反充二极管D19、升压电路、续流二极管D20、充电控制电路和放电控制电路，所述升压电路包括芯片LM25716-ADJ，所述芯片LM25716-ADJ的第1引脚通过串联的电阻R13和电容C2接地，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚通过串联的电阻R14和电阻R15接地，所述芯片LM25716-ADJ的第2引脚与电阻R14和电阻R15的连极端相接，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与第5引脚之间接有电感L1，所述芯片LM25716-ADJ的第5引脚与防反充二极管D19的阴极相接，所述防反充二极管D19的阳极与所述太阳能光伏板4的正极电压输出端相接；所述充电控制电路包括MOSFET管Q1和型号为TLP521的光耦隔离芯片U2，所述光耦隔离芯片U2的第1引脚通过电阻R22与所述ARM微控制器LPC2131的第1引脚相接，所述光耦隔离芯片U2的第4引脚通过电阻R24与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，且通过电阻R25与MOSFET管Q1的栅极相接，所述MOSFET管Q1的漏极与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，所述MOSFET管Q1的源极与蓄电池5的正极相接；所述放电控制电路包括MOSFET管Q2和型号为TLP521的光耦隔离芯片U3，所述光耦隔离芯片U3的第1引脚通过电阻R23与所述ARM微控制器LPC2131的第19引脚相接，所述光耦隔离芯片U3的第4引脚通过电阻R26与蓄电池5的正极相接，且通过电阻R27与MOSFET管Q2的栅极相接，所述MOSFET管Q2的漏极与蓄电池5的负极相接，所述MOSFET管Q2的源极与第一电压转换电路14的负极电压输入端和第二电压转换电路7的负极电压输入端相接，所述第一电压转换电路14的正极电压输入和第二电压转换电路7的正极电压输入端均与蓄电池5的正极相接；所述续流二极管D20的正极与蓄电池5的负极相接，所述续流二极管D20的负极与蓄电池5的正极相接；所述太阳能光伏板电压检测电路15包括电阻R16、电阻R17和电阻R18，所述电阻R16和电阻R17串联后接在所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与地之间，所述电阻R18的一端与所述电阻R16和电阻R17的连接端相接，所述电阻R18的另一端与所述ARM微控制器LPC2131的第13引脚相接。
本实施例中，如图5所示，所述微处理器3包括DSP数字信号处理器TMS320F2812。
本实施例中，所述移动通信电路8包括异步通信电路、与异步通信电路连接的CDMA模块、与CDMA模块连接的UIM卡接口电路和接在UIM卡接口电路上的UIM卡，如图6所示，所述异步通信电路包括芯片SN74AHC245、电容C13、电阻R9和电阻R10，所述芯片SN74AHC245的第1引脚、第10引脚和第19引脚均接地，所述芯片SN74AHC245的第2引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第91引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第5引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第92引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第7引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第93引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第14引脚通过电阻R10与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第174引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第17引脚通过电阻R9与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第90引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第20引脚与第二电压转换电路7的+3.3V电压输出端VCC33连接且通过电容C13接地；
本实施例中，如图7所示，所述CDMA模块包括芯片CEM800、电容C18、电容C19、电容C20和电容C21，所述芯片CEM800的第1引脚、第3引脚、第5引脚和第7引脚均与第二电压转换电路7的3.3V电压输出端VCC33连接，所述芯片CEM800的第2引脚、第4引脚、第6引脚、第8引脚、第50引脚和第56引脚均接地，所述芯片CEM800的第30引脚与所述芯片SN74AHC245的第18引脚连接，所述芯片CEM800的第32引脚与所述芯片SN74AHC245的第3引脚连接，所述芯片CEM800的第36引脚与所述芯片SN74AHC245的第6引脚连接，所述芯片CEM800的第38引脚与所述芯片SN74AHC245的第13引脚连接，所述电容C18、电容C19、电容C20、电容C21和电容C76并联接在第二电压转换电路7的3.3V电压输出端VCC33与地之间；
本实施例中，如图8所示，所述UIM卡接口电路包括用于插入UIM卡的UIM卡槽UIM、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C14、电容C23、电容C24、电容C25、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管D6和稳压二极管D7，所述UIM卡槽UIM的第2引脚与所述芯片CEM800的第46引脚和电阻R36的一端连接，所述UIM卡槽UIM的第3引脚与所述电阻R33的一端连接，所述电阻R36的另一端、电阻R33的另一端、电容C23的一端和稳压二极管D5的负极均与所述芯片CEM800的第44引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第4引脚、电容C14的一端和稳压二极管D4的负极均与所述芯片CEM800的第46引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第5引脚与所述电阻R34的一端连接，所述电阻R34的另一端、电容C24的一端和稳压二极管D6的负极均与所述芯片CEM800的第42引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第6引脚与所述电阻R35的一端连接，所述电阻R35的另一端、电容C25的一端和稳压二极管D7的负极均与所述芯片CEM800的第48引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第1引脚、电容C14的另一端、稳压二极管D4的正极、电容C23的另一端、稳压二极管D5的正极、电容C24的另一端、稳压二极管D6的正极、电容C25的另一端和稳压二极管D7的正极均接地。
本实施例中，如图9所示，所述数据存储器9包括数据存储芯片AT24C02，所述数据存储芯片AT24C02的第1引脚、第2引脚、第3引脚和第4引脚均接地，所述数据存储芯片AT24C02的第5引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第18引脚相接且通过电阻R31与第二电压转换电路7的+3.3V电压输出端VCC33相接，所述数据存储芯片AT24C02的第6引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第43引脚相接且通过电阻R30与第二电压转换电路7的+3.3V电压输出端VCC33相接，所述数据存储芯片AT24C02的第7引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第80引脚相接，所述数据存储芯片AT24C02的第8引脚与第二电压转换电路7的+3.3V电压输出端VCC33相接。
本实施例中，如图10所示，所述卫星定位模块17为BD/GPS双模接收机模块ATGM332D，所述BD/GPS双模接收机模块ATGM332D的串口接收引脚RXD与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第155引脚连接，所述BD/GPS双模接收机模块ATGM332D的串口发送引脚TXD与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第157引脚连接，所述BD/GPS双模接收机模块ATGM332D的时间脉冲信号引脚PPS与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第98引脚连接。
本实施例中，如图11所示，所述温度传感器19-2为数字式温度传感器DS18B20，所述数字式温度传感器DS18B20的第1引脚接地，所述数字式温度传感器DS18B20的第2引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第85引脚相接，且通过电阻R32与第二电压转换电路7的3.3V电压输出端VCC33相接，所述电阻R32与第二电压转换电路7的3.3V电压输出端VCC33的连接端通过电容C44接地，所述数字式温度传感器DS18B20的第3引脚与第二电压转换电路7的3.3V电压输出端VCC33相接。
本实施例中，所述位移传感器19-1为KTC-400mm拉杆式直线位移传感器。
具体实施时，所述KTC-400mm拉杆式直线位移传感器的输出端与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的A/D端口连接，例如，四个KTC-400mm拉杆式直线位移传感器的输出端分别与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第2引脚、第3引脚、第4引脚、和第5引脚相接。
本实施例中，所述应力应变传感器19-3为BX120-30AA应变片，如图12所示，所述滤波放大电路19-4包括运算放大器U2A、运算放大器U2B、电阻R41和滑动变阻器R43，所述运算放大器U2A的同相输入端与电阻R41的一端连接，且通过电容C42接地；所述电阻R41的另一端为滤波放大电路7的输入端FLIN且与BX120-30AA应变片的输出端连接，所述滤波放大电路7的输入端FLIN与运算放大器U2A的输出端之间接有电容C41，所述运算放大器U2B的反相输入端通过电阻R42与运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2A的反相输入端与输出端连接，且与滑动变阻器R43的一个固定端连接，所述滑动变阻器R43的另一个固定端和滑动端均通过电阻R44与运算放大器U2B的输出端连接；所述运算放大器U2B的同相输入端通过电阻R45接地，所述运算放大器U2B的输出端为滤波放大电路7的输出端OUT。
具体实施时，所述应力应变传感器19-3的输出端与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的A/D端口连接，例如，四个应力应变传感器19-3对应的四个滤波放大电路19-4的输出端分别与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第6引脚、第7引脚、第8引脚、和第9引脚相接。
本实用新型使用时，每个测点位置处，四个位移传感器19-1分别对深度分别为5m、10m、20m、30m的位移进行检测并将检测到的信号输出给微处理器3，四个应力应变传感器19-3分别对深度分别为5m、10m、20m、30m的应力应变进行检测并将检测到的信号输出给滤波放大电路19-4，经过滤波放大电路19-4进行放大滤波处理后输出给微处理器3，温度传感器19-2对测点位置处的温度进行检测并将检测到的信号输出给微处理器3，红外摄像头13对高速公路边坡稳定性数据采集传输器21安装位置处的高速公路环境图像进行检测并将检测到的信号输出给微处理器3，卫星定位模块17对高速公路边坡稳定性数据采集传输器21安装位置进行定位并将定位信号输出给微处理器3，微处理器3能够将其接收到的信号通过移动通信电路8和现有的移动通信网络传输给监控中心计算机，供进一步研究使用。
以上工作过程中，太阳能光伏板电压检测电路15对所述太阳能光伏板4输出的电压进行实时检测并将所检测到的信号输出给微控制器12，蓄电池电压检测电路16对蓄电池5的电压进行实时检测并将所检测到的信号输出给微控制器12，微控制器12将太阳能光伏板4实时电压值与预先设置的白天黑夜分界电压阈值相比对，当太阳能光伏板4实时电压值大于白天黑夜分界电压阈值时，说明是白天，此时，微控制器12将蓄电池5实时电压值与预先设置的蓄电池5充电阈值相比对，当蓄电池5实时电压值小于蓄电池5充电阈值时，微控制器12通过控制充电控制电路，使太阳能光伏板4为蓄电池5充电，当蓄电池5实时电压值大于蓄电池5充电阈值时，微控制器12通过控制充电控制电路，使太阳能光伏板4不为蓄电池5充电，当太阳能光伏板4实时电压值小于白天黑夜分界电压阈值，说明是黑夜，此时，微控制器12将蓄电池5实时电压值与预先设置的蓄电池5放电阈值相比对，当蓄电池5实时电压值大于蓄电池5放电阈值时，微控制器12通过控制放电控制电路，使蓄电池5开始放电，经过电压转换电路14进行电压转换后，为各用电模块供电；当蓄电池5实时电压值小于蓄电池5放电阈值时，微控制器12通过控制放电控制电路，使蓄电池5停止放电。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：包括高速公路边坡稳定性数据采集传输器(21)和用于为高速公路边坡稳定性数据采集传输器(21)供电的太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括设置在高速公路旁侧的底座(1)、固定连接在底座(1)顶部的竖直支撑杆(2)和通过转动轴(6)转动连接在竖直支撑杆(2)顶部的太阳能光伏板(4)，所述太阳能光伏板(4)与水平面之间的夹角为25°～50°，所述太阳能光伏板(4)的采光面朝南设置，所述底座(1)内部设置有蓄电池(5)，所述竖直支撑杆(2)的上部固定连接有太阳能发电控制盒(11)，所述太阳能发电控制盒(11)内设置有太阳能发电控制电路，所述太阳能发电控制电路包括微控制器(12)和用于将蓄电池(5)输出的+12V电压转换为所述太阳能发电控制电路中各用电模块所需+3.3V电压的第一电压转换电路(14)，所述微控制器(12)的输入端接有太阳能光伏板电压检测电路(15)和蓄电池电压检测电路(16)，所述太阳能光伏板电压检测电路(15)与太阳能光伏板(4)的输出端连接，所述蓄电池电压检测电路(16)与蓄电池(5)的输出端连接，所述微控制器(12)的输出端接有充放电控制电路(18)，所述充放电控制电路(18)接在太阳能光伏板(4)与蓄电池(5)之间；所述高速公路边坡稳定性数据采集传输器(21)包括微处理器(3)和用于将蓄电池(5)输出的+12V电压转换为所述高速公路边坡稳定性数据采集传输器(21)中各用电模块所需+3.3V电压的第二电压转换电路(7)，以及与微处理器(3)相接的数据存储器(9)和用于与移动通信基站无线连接并通信的移动通信电路(8)，所述微处理器(3)的输入端接有按键操作电路(10)、红外摄像头(13)、卫星定位模块(17)和分别布设在多个测点位置处的多个传感器检测单元(19)，每个传感器检测单元(19)均包括温度传感器(19-2)、用于分别对测点位置处深度分别为5m、10m、20m、30m的位移进行检测的四个位移传感器(19-1)和用于分别对测点位置处深度分别为5m、10m、20m、30m的应力应变进行检测的四个应力应变传感器(19-3)，每个应力应变传感器(19-3)的输出端均接有滤波放大电路(19-4)，所述红外摄像头(13)通过摄像头连接杆(20)连接在竖直支撑杆(2)顶部侧面。
2.按照权利要求1所述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述微控制器(12)包括ARM微控制器LPC2131。
3.按照权利要求2所述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述蓄电池电压检测电路(16)包括电阻R19、电阻R20和电阻R21，所述电阻R19和电阻R20串联后接在所述蓄电池(5)的正极电压输出端和负极电压输出端之间，所述电阻R21的一端与所述电阻R19和电阻R20的连接端相接，所述电阻R21的另一端与所述ARM微控制器LPC2131的第15引脚相接；所述充放电控制电路(18)包括防反充二极管D19、升压电路、续流二极管D20、充电控制电路和放电控制电路，所述升压电路包括芯片LM25716-ADJ，所述芯片LM25716-ADJ的第1引脚通过串联的电阻R13和电容C2接地，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚通过串联的电阻R14和电阻R15接地，所述芯片LM25716-ADJ的第2引脚与电阻R14和电阻R15的连极端相接，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与第5引脚之间接有电感L1，所述芯片LM25716-ADJ的第5引脚与防反充二极管D19的阴极相接，所述防反充二极管D19的阳极与所述太阳能光伏板(4)的正极电压输出端相接；所述充电控制电路包括MOSFET管Q1和型号为TLP521的光耦隔离芯片U2，所述光耦隔离芯片U2的第1引脚通过电阻R22与所述ARM微控制器LPC2131的第1引脚相接，所述光耦隔离芯片U2的第4引脚通过电阻R24与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，且通过电阻R25与MOSFET管Q1的栅极相接，所述MOSFET管Q1的漏极与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，所述MOSFET管Q1的源极与蓄电池(5)的正极相接；所述放电控制电路包括MOSFET管Q2和型号为TLP521的光耦隔离芯片U3，所述光耦隔离芯片U3的第1引脚通过电阻R23与所述ARM微控制器LPC2131的第19引脚相接，所述光耦隔离芯片U3的第4引脚通过电阻R26与蓄电池(5)的正极相接，且通过电阻R27与MOSFET管Q2的栅极相接，所述MOSFET管Q2的漏极与蓄电池(5)的负极相接，所述MOSFET管Q2的源极与第一电压转换电路(14)的负极电压输入端和第二电压转换电路(7)的负极电压输入端相接，所述第一电压转换电路(14)的正极电压输入和第二电压转换电路(7)的正极电压输入端均与蓄电池(5)的正极相接；所述续流二极管D20的正极与蓄电池(5)的负极相接，所述续流二极管D20的负极与蓄电池(5)的正极相接；所述太阳能光伏板电压检测电路(15)包括电阻R16、电阻R17和电阻R18，所述电阻R16和电阻R17串联后接在所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与地之间，所述电阻R18的一端与所述电阻R16和电阻R17的连接端相接，所述电阻R18的另一端与所述ARM微控制器LPC2131的第13引脚相接。
4.按照权利要求1所述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述微处理器(3)包括DSP数字信号处理器TMS320F2812。
5.按照权利要求4所述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述移动通信电路(8)包括异步通信电路、与异步通信电路连接的CDMA模块、与CDMA模块连接的UIM卡接口电路和接在UIM卡接口电路上的UIM卡，所述异步通信电路包括芯片SN74AHC245、电容C13、电阻R9和电阻R10，所述芯片SN74AHC245的第1引脚、第10引脚和第19引脚均接地，所述芯片SN74AHC245的第2引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第91引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第5引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第92引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第7引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第93引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第14引脚通过电阻R10与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第174引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第17引脚通过电阻R9与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第90引脚连接，所述芯片SN74AHC245的第20引脚与第二电压转换电路(7)的+3.3V电压输出端VCC33连接且通过电容C13接地；
所述CDMA模块包括芯片CEM800、电容C18、电容C19、电容C20和电容C21，所述芯片CEM800的第1引脚、第3引脚、第5引脚和第7引脚均与第二电压转换电路(7)的3.3V电压输出端VCC33连接，所述芯片CEM800的第2引脚、第4引脚、第6引脚、第8引脚、第50引脚和第56引脚均接地，所述芯片CEM800的第30引脚与所述芯片SN74AHC245的第18引脚连接，所述芯片CEM800的第32引脚与所述芯片SN74AHC245的第3引脚连接，所述芯片CEM800的第36引脚与所述芯片SN74AHC245的第6引脚连接，所述芯片CEM800的第38引脚与所述芯片SN74AHC245的第13引脚连接，所述电容C18、电容C19、电容C20、电容C21和电容C76并联接在第二电压转换电路(7)的3.3V电压输出端VCC33与地之间；
所述UIM卡接口电路包括用于插入UIM卡的UIM卡槽UIM、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C14、电容C23、电容C24、电容C25、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管D6和稳压二极管D7，所述UIM卡槽UIM的第2引脚与所述芯片CEM800的第46引脚和电阻R36的一端连接，所述UIM卡槽UIM的第3引脚与所述电阻R33的一端连接，所述电阻R36的另一端、电阻R33的另一端、电容C23的一端和稳压二极管D5的负极均与所述芯片CEM800的第44引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第4引脚、电容C14的一端和稳压二极管D4的负极均与所述芯片CEM800的第46引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第5引脚与所述电阻R34的一端连接，所述电阻R34的另一端、电容C24的一端和稳压二极管D6的负极均与所述芯片CEM800的第42引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第6引脚与所述电阻R35的一端连接，所述电阻R35的另一端、电容C25的一端和稳压二极管D7的负极均与所述芯片CEM800的第48引脚连接，所述UIM卡槽UIM的第1引脚、电容C14的另一端、稳压二极管D4的正极、电容C23的另一端、稳压二极管D5的正极、电容C24的另一端、稳压二极管D6的正极、电容C25的另一端和稳压二极管D7的正极均接地。
6.按照权利要求4所述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述数据存储器(9)包括数据存储芯片AT24C02，所述数据存储芯片AT24C02的第1引脚、第2引脚、第3引脚和第4引脚均接地，所述数据存储芯片AT24C02的第5引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第18引脚相接且通过电阻R31与第二电压转换电路(7)的+3.3V电压输出端VCC33相接，所述数据存储芯片AT24C02的第6引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第43引脚相接且通过电阻R30与第二电压转换电路(7)的+3.3V电压输出端VCC33相接，所述数据存储芯片AT24C02的第7引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第80引脚相接，所述数据存储芯片AT24C02的第8引脚与第二电压转换电路(7)的+3.3V电压输出端VCC33相接。
7.按照权利要求4所述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述卫星定位模块(17)为BD/GPS双模接收机模块ATGM332D，所述BD/GPS双模接收机模块ATGM332D的串口接收引脚RXD与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第155引脚连接，所述BD/GPS双模接收机模块ATGM332D的串口发送引脚TXD与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第157引脚连接，所述BD/GPS双模接收机模块ATGM332D的时间脉冲信号引脚PPS与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第98引脚连接。
8.按照权利要求4所述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述温度传感器(19-2)为数字式温度传感器DS18B20，所述数字式温度传感器DS18B20的第1引脚接地，所述数字式温度传感器DS18B20的第2引脚与所述DSP数字信号处理器TMS320F2812的第85引脚相接，且通过电阻R32与第二电压转换电路(7)的3.3V电压输出端VCC33相接，所述电阻R32与第二电压转换电路(7)的3.3V电压输出端VCC33的连接端通过电容C44接地，所述数字式温度传感器DS18B20的第3引脚与第二电压转换电路(7)的3.3V电压输出端VCC33相接。
9.按照权利要求4所述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述位移传感器(19-1)为KTC-400mm拉杆式直线位移传感器。
10.按照权利要求4所述的基于物联网的高速公路边坡稳定性监测数据采集传输装置，其特征在于：所述应力应变传感器(19-3)为BX120-30AA应变片，所述滤波放大电路(19-4)包括运算放大器U2A、运算放大器U2B、电阻R41和滑动变阻器R43，所述运算放大器U2A的同相输入端与电阻R41的一端连接，且通过电容C42接地；所述电阻R41的另一端为滤波放大电路(7)的输入端FLIN且与BX120-30AA应变片的输出端连接，所述滤波放大电路(7)的输入端FLIN与运算放大器U2A的输出端之间接有电容C41，所述运算放大器U2B的反相输入端通过电阻R42与运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2A的反相输入端与输出端连接，且与滑动变阻器R43的一个固定端连接，所述滑动变阻器R43的另一个固定端和滑动端均通过电阻R44与运算放大器U2B的输出端连接；所述运算放大器U2B的同相输入端通过电阻R45接地，所述运算放大器U2B的输出端为滤波放大电路(7)的输出端OUT。
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