CN209802414U - 一种基于nb-iot通讯技术的土木工程安全监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于NB‑IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，包括：外壳12，在外壳12内设置有电子仓14和电池仓13，电子仓14内上下放置两块电路板：电路板一7和电路板二8，电路板一7连接传感器接头11，采集并分析传感器数据，电路板二8上设置NB‑IOT模块，并连接天线10，向云平台发送和接收数据，电子仓14通过电子仓盖板9密封，电池仓13内放置电池3并通过电池仓盖板1密封，电子仓盖板9和电池仓盖板1均采用密封圈密封，电池3为电路板一7和电路板二8供电，装置无需外接电源，整个装置密封保护电路，比现有技术安装更方便，使用也更安全。

Description

一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置

技术领域

本实用新型涉及土木工程安全监测技术领域，主要针对土木工程安全监测的各类监测数据的采集传输，例如应力应变传感器、静力水准仪、水位计等数据的传输，具体涉及一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置。

背景技术

在土木工程安全监测中，需要保证工程质量和保证工程安全均需要安装和使用各类传感器，每类传感器有其相应的功能，类型越来越多，所需要量亦是日益增加。且随科技的发展，目前传感器数据传输均是向无线物联网方向发展，数据均为海量存储云平台展示。传感器的各类数据对工程建设及工程运营安全具有指导性甚至是决定性的意义可避免灾难性事故。

国家在基础建设投入越来越多，工程质量事故也频出，需要监测各类传感器来测量测点参数，目前，工程监测传感器很多样，厂家也很多，各个厂家均有各自优势特点，需要对一个工程进行全方位的监测需要多个厂家多种规格传感器完成土木工程安全监测项目。

现有方案传感器基本均是通过有线连接至汇聚采集箱再通过无线与数据平台对接。因为工程现场比较复杂，有线连接各传感器容易遭施工现场破坏及有些地方不方便走线，且现场供电同样是极大问题，在建项目部分地方可以市电，对于野外部分地方可采用太阳能电池板，市电布线需要增加成品且现场保护成问题，野外太阳能发电同样增加成本且适用性不强，且目前信号传输类似地铁或隧道及在建工程均需要供电及无线信号可解决，目前无线传输主要采用GPRS远程传输，GPRS功耗高、基站可支持节点数量相对不多，且信号覆盖均不是很强。所以急需一种低功耗，工作时间长，且兼容性强，可支持搞覆盖率的多区域环境，可接多厂家多型号的传感器信号，并可通过无线网络发送至平台，为土木工程监测提供强有力的保障。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，可接多类型的传感器，休眠状态低功耗，在传送数据时同样保持相对低功耗，该装置基于NB-IOT窄带物联网可体现NB-IOT的优势并将传感器测量数据通过窄带物联网传输至云平台或服务器，集采集及传输及供电于一体的装置，并采用智能工作方法从而达到节省电量。

本实用新型的技术方案是：

一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，包括：外壳（12），在外壳（12）内设置有电子仓（14）和电池仓（13），所述电子仓（14）内上下放置两块电路板：电路板一（7）和电路板二（8），所述电路板一（7）连接传感器接头（11），采集并分析传感器数据，所述电路板二（8）上设置NB-IOT模块，并连接天线（10），向云平台发送和接收数据，所述电子仓（14）通过电子仓盖板（9）密封，所述电池仓（13）内放置电池（3）并通过电池仓盖板（1）密封，电子仓盖板（9）和电池仓盖板（1）均采用密封圈密封，防水等级IP67，所述电池（3）为电路板一（7）和电路板二（8）供电，通过三极管控制电路板一（7）和电路板二（8）的供电，在休眠状态切断供电，装置无需外接电源，整个装置密封保护电路，比现有技术安装更方便，使用也更安全。

进一步地，所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，所述电池仓（13）位于电子仓（14）下方，电子仓盖板（9）向上打开，电池仓盖板（1）向前方打开，底部设置用于安装的固定耳（15），整个装置为长方体结构，便于装配和安装。

进一步地，所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，所述外壳（12）采用铝合金材质。

进一步地，所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，还包括开关按键（4）和指示灯（5），设置在所述装置的正前方。

进一步地，所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，所述电池（3）采用两节18650锂电池。

进一步地，所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，电路板一（7）内置存储电路，可存储千条以上的数据。

进一步地，所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，所述传感器接头（11）可连接应变应力、位移、沉降、水位、渗压、雨量、倾斜角度监测传感器。

本实用新型的有益效果是：

1）该装置用于土木工程安全监测领域，基于NB-IOT通讯技术网关可采集前端各类传感器信号（如，频率、电压、电流等），不受厂家不受类型的限值，并通过其内置标定表或云台表定标计算其测量物理量，(如，应变应力、位移、沉降、倾斜角度等)，且该网关具有远程升级及存储空间可以存储配置参数及数据上传策略。

2）前端具有采用多种初始信号的硬件电路，可根据配置选择不同硬件采样电路，可接驳常规通用的土木工程监测仪器。

3）主要针对土木工程安全监测的应变应力、位移、沉降、水位、渗压、雨量、倾斜角度等监测类型传感器。

4）低功耗设计，一节18650锂电池每天上传12条数据可支持2年，一条测量数据可支持5年。

5）具有一定计算能力，可对采集的初始值载入一定数学模型。

6）无线通讯采用NB-IOT窄带互联网网络，NB-IOT具有覆盖广、海量连接、功耗更小、成本低等优势。

7）与平台可双向通信，可配置装置参数，例如，采集频次、上传频次等。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型电路结构示意图；

图中：1-电池仓盖板；2-电池盒；3-电池；4-开关按键；5-指示灯；6-铜柱；7-电路板一；8-电路板二；9-电子仓盖板；10-天线；11-传感器接头；12-外壳；13-电池仓；14-电子仓；15-固定耳。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明，以便于本领域技术人员理解本实用新型。

如附图1所示，一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，包括：外壳（12），在外壳（12）内设置有电子仓（14）和电池仓（13），所述电子仓（14）内上下放置两块电路板：电路板一（7）和电路板二（8），通过铜柱（6）固定在电子仓（14）内，所述电路板一（7）连接传感器接头（11），采集并分析传感器数据，电路板一（7）内置存储电路，可存储千条以上的数据，所述电路板二（8）上设置NB-IOT模块，并连接天线（10），向云平台发送和接收数据，所述电子仓（14）通过电子仓盖板（9）密封，所述电池仓（13）内放置电池（3）并通过电池仓盖板（1）密封，所述电池（3）采用两节18650锂电池放置于电池盒（2）内，所述电池仓（13）位于电子仓（14）下方，整个装置为长方体结构，电子仓盖板（9）向上打开，电池仓盖板（1）向前方打开，便于装配电路板一（7）和电路板二（8）及更换电池（3），所述外壳（12）采用铝合金材质，电子仓盖板（9）和电池仓盖板（1）均采用密封圈密封，防水等级IP67，所述电池（3）为电路板一（7）和电路板二（8）供电，通过三极管控制电路板一（7）和电路板二（8）的供电，在休眠状态切断供电底部设置用于安装的固定耳（15）便于安装，开关按键（4）和指示灯（5）设置在装置的正前方。

本实用新型产品是一种智能采集传输装置并集成智能工作方法，所实现功能主要与前端传感器数据交互并处理再通过NB-IOT窄带物联网再与平台实现数据交互，将土木工程安全监测传感器数据通过NB-IOT传输至平台。

整个模块分为1、前端采集电路，采集不同信号类型的传感器；2、处理器单元，采集信号并计算处理成所需数字信号，并采用策略上传，触发上传机制；3、NB-IOT模块，当处理器单元启动了无线传输机制时，NB-IOT模块与NB-IOT物联网建立链接，并传输数据。

其中，1、前端采集电路根据传感器输出电信号不一样，而选择不同的硬件电路。2、处理器单元，处理单元为工作控制的中枢单元，负责从前端处理采集电路获取前端初始信号，然后加以处理成通用数字信号，并按一定数学模型加以计算成所需物理量。处理单元还负责一些监控管理，如监控处理器电源，在每次测量前先把传感器供电供上；及上传策略，因现场耗电因素无线传输为耗电量大的地方，在上传策略上如判定数值变化无需上传至平台则不启动无线上传系统，从而节省电量。

其中，MCU的工作流程为：一直监测内部时钟，如发现到了预设时间则启动采集动作并将采集数据并通过上传策略是否通过NB-IOT模组发送到上位机，如不需要上传则继续侦测时钟，如上传则启动NB-IOT上传流程，将数据推送至指定云平台，上位机按约定协议解析即可得到传感器的被测物理量及温度等其他参数值。

该实用新型产品在现场使用简易，现场接入传感器即可以，记录网关ID号，在平台可配置其参数，选择前端模拟采集电路的，数据计算模型，警戒报警值，上传策略等。基于NB-IOT无线窄带低功耗传输可一节锂电长时间工作，且无线运营资费相对便宜。且数据可直接采用NB-IOT窄带物联网直接传输至平台服务器。单节点供电、通信无相互干扰及关联，低功耗长时间工作减少大量的安装调试人力及时间成本，系统的稳定性也大大提高。

该装置基于嵌入式系统的工作及NB-IOT通讯技术，可体现NB-IOT的优势并将传感器测量数据通过窄带物联网传输至云平台或服务器。可用于常规的土木工程安全监测例如房屋、道路、铁路、管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水排水以及防护工程等，操作使用方便，智能度高，网络覆盖率高穿透力也强，低功耗使其使用更便捷，只需一节锂电池常规监测频次可使用数年。该网关改变了土木工程安全监测的局面，改变总线布线的繁琐成本高，改变了传统供电方式成本高、体积大不便于安装等劣势，从而大大缩减了土木工程安全监测的成本，利于国家的土木工程建设的发展，保障了利国利民的土木工程的安全。

以上实施例仅用于说明本实用新型的具体实施方式，而不是用于限定本实用新型，本实用新型所要求保护的范围以权利要求书所述为准。

Claims (7)

1.一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，其特征在于，包括：外壳（12），在外壳（12）内设置有电子仓（14）和电池仓（13），所述电子仓（14）内上下放置两块电路板：电路板一（7）和电路板二（8），所述电路板一（7）连接传感器接头（11），采集并分析传感器数据，所述电路板二（8）上设置NB-IOT模块，并连接天线（10），向云平台发送和接收数据，所述电子仓（14）通过电子仓盖板（9）密封，所述电池仓（13）内放置电池（3）并通过电池仓盖板（1）密封，电子仓盖板（9）和电池仓盖板（1）均采用密封圈密封，所述电池（3）为电路板一（7）和电路板二（8）供电，通过三极管控制电路板一（7）和电路板二（8）的供电，在休眠状态切断供电。

2.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，其特征在于，所述电池仓（13）位于电子仓（14）下方，电子仓盖板（9）向上打开，电池仓盖板（1）向前方打开，整个装置为长方体结构，底部设置用于安装的固定耳（15）。

3.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，其特征在于，所述外壳（12）采用铝合金材质。

4.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，其特征在于，还包括开关按键（4）和指示灯（5），设置在所述装置的正前方。

5.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，其特征在于，所述电池（3）采用两节18650锂电池。

6.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，其特征在于，电路板一（7）内置存储电路。

7.根据权利要求1~6任一所述一种基于NB-IOT通讯技术的土木工程安全监测装置，其特征在于，所述传感器接头（11）可连接应变应力、位移、沉降、水位、渗压、雨量、倾斜角度监测传感器。