CN209821642U - 一种基于rs485总线的桥梁健康监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，包括监控中心工控机、RS485总线、数据采集卡和传感器组，所述传感器组与所述数据采集卡连接，所述监控中心工控机通过RS232/485转换器与所述RS485总线连接；所述数据采集卡通过通信端口与所述RS485总线连接；所述数据采集卡包括控制器、收发器、RAM、电源电路、数模转换器、变送器、电流电压转换器和液晶显示屏，所述控制器分别与所述收发器、RAM、电源电路、数模转换器、电流电压转换器和液晶显示屏连接，所述电流电压转换器还连接变送器。本实用新型提供一的种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其结构简单，布线实施方便，数据传输稳定、可靠，切实地满足了桥梁环境监测的需要，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及桥梁结构健康监测技术领域，尤其涉及一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统。
背景技术
RS485串行总线标准方案常常在要求通信距离为几十米到上千米时被广泛采用。RS485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。应用RS485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。RS485总线最主要的优势在于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合桥梁，道路等监测系统的多点布控的需要，而对于桥梁的全面的自身环境的健康监测系统的一大重要任务即为总体的架构布线。所以，RS485串行总线标准方案技术在基础建设领域的应用越来越受到人们的重视，国内外的众多企业与研究机构在RS485串行总线标准方案及其扩展研发领域取得了长足进步。现有的各类建设领域的RS485串行总线标准方案实用率相对较低。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其结构简单，布线实施方便，数据传输稳定、可靠，切实地满足了桥梁环境监测的需要，实用性强。
本实用新型采用如下技术方案：
一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，包括监控中心工控机、RS485总线、数据采集卡和传感器组，所述传感器组与所述数据采集卡连接，所述监控中心工控机通过RS232/485转换器与所述RS485总线连接；所述数据采集卡通过通信端口与所述RS485总线连接；所述数据采集卡包括控制器、收发器、RAM、电源电路、数模转换器、变送器、电流电压转换器和液晶显示屏，所述控制器分别与所述收发器、RAM、电源电路、数模转换器、电流电压转换器和液晶显示屏连接，所述电流电压转换器还连接变送器。
进一步地，所述RS485总线两端还并联两个120欧的匹配电阻。
进一步地，所述数据采集卡共有40个，均通过通信端口与RS485总线连接。
进一步地，所述传感器组包括温度传感器，应变传感器，风向传感器、风速传感器、加速度传感器。
进一步地，所述电源电路用于给系统中各用电单元供电，所述电源电路包括蓄电池和充放电保护电路，所述充放电保护电路通过蓄电池与控制器连接。
进一步地，所述控制器为内含4KFLASH的与8051兼容的AT89C51单片机。
进一步地，所述收发器采用MAX487E。
进一步地，所述液晶显示屏由一块160*160的液晶和六个按键组成，用于显示桥梁健康状况的实时数据。
本实用新型的有益效果为：
采用模块化的设计，结构简单，设计合理，布线实施方便。采用RS485总线实现了多个数据采集卡的联网，数据传输稳定、可靠。解决了由于人工测定作业偏远不安全，而且数据在测量、记录、处理过程中难免引入人为的误差甚至错误，桥梁施工和运营期间人工测量数据工作难度大等问题；同时解决了光缆线路有线测试系统造成的高昂的测试成本，提升了现代的桥梁检测技术和健康监测技术水平，切实地满足了桥梁环境监测的需要。
附图说明
图1为本实用新型一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统的原理框图。
图2为本实用新型一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统中数据采集卡的原理框图。
附图中，监控中心工控机1、RS485总线2、数据采集卡3、控制器31、收发器32、RAM33、电源电路34、蓄电池341、充放电保护电路342、液晶显示屏35、数模转换器36、变送器37、电流电压转换器38、传感器组4。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
RS485是一种常见的串行接口总线,它结构简单,成本低廉,是一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的总线标准。RS485标准采用平衡式发送,差分式接收的数据收发器来驱动总线,具有很强的抑制共模干扰的能力,在适当的波特率下通讯距离可以达到1000m以上。
如图1所示，本实用新型一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，包括监控中心工控机1、RS485总线2、数据采集卡3和传感器组4，传感器组4与数据采集卡3连接，监控中心工控机1通过RS232/485转换器与RS485总线2连接，数据采集卡3为分布式的数据采集卡，共有40个，均通过通信端口与RS485总线2连接。
结构健康监测的前提是从结构物中提取能反映结构特征的参数信号，本系统中采用传感器组4进行采集信号，传感器直接安装于桥梁表面，包括温度传感器，应变传感器，风向传感器、风速传感器、加速度传感器。
如图2所示，数据采集卡3包括控制器31、收发器32、RAM 33、电源电路34、数模转换器36、变送器37、电流电压转换器38和液晶显示屏35，控制器31分别与收发器32、RAM33、电源电路34、数模转换器36、电流电压转换器38和液晶显示屏35连接，电流电压转换器38还连接变送器37。电源电路34用于给系统中各用电单元供电，电源电路34包括蓄电池341和充放电保护电路342，充放电保护电路342通过蓄电池341与控制器31连接。
控制器31为内含4KFLASH的与8051兼容的AT89C51单片机。收发器32采用MAX487E，因其阻抗较大，总线上最多可以挂128个这样的收发器。而且，它还具有抑制瞬变电压的功能，可以防止因静电放电对收发器造成的损坏，特别适用于远距离户外通信。因本系统传输距离较远，在RS485总线2的两端并联了两个120欧的匹配电阻。
RAM 33，随机存取存储器(Random Access Memory，缩写：RAM)，也叫主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写(刷新时除外)，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。
液晶显示屏35用于显示桥梁健康状况数据，可以由一块160*160的液晶和六个按键组成，上面轮流显示桥梁健康状况的实时数据，也可查询数据采集卡目前自身的工作状态，在密码校验机制的配合下，可以让用户在当地设置一些参数，还可以选用触摸液晶屏。
具体实施时，蓄电池341选用合适的电源组，在外部失电的情况下，负责整个终端的运行，选型的时候要注意电池的持久性及充电的稳定性。各种传感器分布于桥梁的不同位置，将检测的各种物理量转化为电信号送至变送器37。变送器37一般安装在距离传感器较近的地方,它将传感器来的电信号转换为-10mA～+10mA的标准电流信号。由变送器37输出的-10mA～+10mA标准电流信号经电流电压转换电路器38隔离转换为-5V～+5V的电压信号。再经模数转换器36进行转换为数字信号，转换完毕后将转换结果保存在RAM 33中。采集的数据通过RS485总线2发送到监控中心工控机1。监控中心工控机1对数据进行处理，如发现异常，则发出预警以供用户参考。
本实用新型中，RS485通讯网络采用主从方式通讯(本实用新型中以监控中心工控机1作为主机，数据采集卡3作为从机)。即通讯只能由主机发起,从机收到命令后响应。从机从不主动申请，从机只能和主机进行通讯，从机之间不能相互通讯。主机采用查询方式接收/发送数据，从机采用中断方式接收/发送数据。在主机向从机发送信息前,先进行地址识别码的判断，若地址相符，从机则发回地址以应答主机，并建立点对点的数据传送。每个数据采集卡有各自不同的地址。数据采集卡3一旦收到上位机发出的读数据命令，则通过RS485总线将数据送出。监控中心工控机1按一定的次序依次读取各数据采集卡的数据。
本实用新型具有的优点为：采用模块化的设计，结构简单，设计合理，布线实施方便。采用RS485总线实现了多个数据采集卡的联网，数据传输稳定、可靠。解决了由于人工测定作业偏远不安全，而且数据在测量、记录、处理过程中难免引入人为的误差甚至错误，桥梁施工和运营期间人工测量数据工作难度大等问题；同时解决了光缆线路有线测试系统造成的高昂的测试成本，提升了现代的桥梁检测技术和健康监测技术水平，切实地满足了桥梁环境监测的需要。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其特征在于，包括监控中心工控机、RS485总线、数据采集卡和传感器组，所述传感器组与所述数据采集卡连接，所述监控中心工控机通过RS232/485转换器与所述RS485总线连接；所述数据采集卡通过通信端口与所述RS485总线连接；所述数据采集卡包括控制器、收发器、RAM、电源电路、数模转换器、变送器、电流电压转换器和液晶显示屏，所述控制器分别与所述收发器、RAM、电源电路、数模转换器、电流电压转换器和液晶显示屏连接，所述电流电压转换器还连接变送器。
2.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其特征在于，所述RS485总线两端还并联两个120欧的匹配电阻。
3.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其特征在于，所述数据采集卡共有40个，均通过通信端口与RS485总线连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其特征在于，所述传感器组包括温度传感器，应变传感器，风向传感器、风速传感器、加速度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其特征在于，所述电源电路用于给系统中各用电单元供电，所述电源电路包括蓄电池和充放电保护电路，所述充放电保护电路通过蓄电池与控制器连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其特征在于，所述控制器为内含4KFLASH的与8051兼容的AT89C51单片机。
7.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其特征在于，所述收发器采用MAX487E。
8.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的桥梁健康监测系统，其特征在于，所述液晶显示屏由一块160*160的液晶和六个按键组成，用于显示桥梁健康状况的实时数据。
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