CN210488767U - 一种基于物联网的建筑结构健康监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，具体涉及建筑安全领域，包括信号输入模块、ZigBee网络节点和控制系统，所述信号输入模块的输出端与ZigBee网络节点的输入端无线连接，所述ZigBee网络节点的输出端与控制系统的输入端无线连接，所述控制系统的连接端设有无线功率放大电路。本实用新型通过ZigBee无线主通信模块配合无线功率放大电路使用，使得可以将应变式传感器、裂缝式传感器、压力传感器、温湿度传感器、位移传感器和GPS模块收集的信号进行无线传递，覆盖范围大，传输无线监测数据速度快，能够实时检测，实现具有实时传送监测数据、全面掌握建筑结构的健康状况功能的目的。

Description

一种基于物联网的建筑结构健康监测装置

技术领域

本实用新型涉及建筑安全领域，更具体地说，本实用涉及一种基于物联网的建筑结构健康监测装置。

背景技术

当前我国正处于城市化建设进程进一步推进、重大建筑工程和基础设施大规模建设的高峰时期，由于重大建筑工程施工阶段的复杂性，结构不完整性和受力性能的时变性，以及运营使用过程环境载荷作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化以及其它使用不当的人为因素的影响，建筑结构将不可避免地产生影响安全使用的隐患，如果不加以监测控制，可能会导致重大事故的发生，从而给人民的生命和财产造成巨大的损失，并带来极坏的社会影响。

但是其在实际使用时，实时性差，要经过后期处理才能知道建筑结构目前的状态，不能实时的监测，效率较低。

因此亟需一种具有实时传送监测数据、全面掌握建筑结构的健康状况功能的基于物联网的建筑结构健康监测装置。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的实施例提供一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，通过ZigBee无线主通信模块配合无线功率放大电路使用，使得可以将应变式传感器、裂缝式传感器、压力传感器、温湿度传感器、位移传感器和GPS模块收集的信号进行无线传递，覆盖范围大，传输无线监测数据速度快，能够实时检测，实现具有实时传送监测数据、全面掌握建筑结构的健康状况功能的目的，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，包括信号输入模块、ZigBee网络节点和控制系统，所述信号输入模块的输出端与ZigBee网络节点的输入端无线连接，所述ZigBee网络节点的输出端与控制系统的输入端无线连接，所述控制系统的连接端设有无线功率放大电路，所述无线功率放大电路的输入端与控制系统的输出端电性连接；

所述控制系统包括A/D转换模块，所述A/D转换模块的输入端与ZigBee网络节点的输出端电性连接，所述A/D转换模块的连接端设有单片机，所述单片机的输入端与A/D转换模块的输出端电性连接，所述单片机的连接端设有逻辑控制模块，所述逻辑控制模块的输入端与单片机的输出端电性连接，所述单片机的连接端分别设有ZigBee无线主通信模块和储存器模块，所述ZigBee无线主通信模块和储存器模块的输入端均与单片机的输出端电性连接，所述单片机的连接端设有看门狗模块，所述看门狗模块的输出端与单片机的输入端电性连接。

在一个优选地实施方式中，所述信号输入模块包括应变式传感器、裂缝式传感器、压力传感器、温湿度传感器、位移传感器、GPS模块和ZigBee无线子通信模块，且应变式传感器、裂缝式传感器、压力传感器、温湿度传感器、位移传感器和GPS模块的输出端均与ZigBee无线子通信模块的输入端电性连接，所述ZigBee无线子通信模块的输出端与ZigBee网络节点的输入端无线连接。

在一个优选地实施方式中，所述控制系统的连接端分别设有RS232接口电路和RS485接口电路，所述RS232接口电路和RS485接口电路的输入端均与控制系统的输出端电性连接，且无线功率放大电路、RS232接口电路和RS485接口电路的连接端均与控制系统的连接端双向电性连接。

在一个优选地实施方式中，所述逻辑控制模块的连接端与单片机的连接端双向电性连接，且单片机的连接端分别与RS232接口电路和RS485接口电路的连接端均电性连接，所述ZigBee无线主通信模块的连接端与无线功率放大电路的连接端双向电性连接。

在一个优选地实施方式中，所述ZigBee无线主通信模块用于接收和发射无线信号，所述ZigBee无线子通信模块用于发射无线信号，且ZigBee网络节点用于接收ZigBee无线子通信模块发射的无线信号。

在一个优选地实施方式中，所述无线功率放大电路用于放大ZigBee无线主通信模块接收和发射的无线信号。

在一个优选地实施方式中，所述GPS模块用于定位应变式传感器、裂缝式传感器、压力传感器、温湿度传感器和位移传感器的位置。

在一个优选地实施方式中，所述看门狗模块用于保护单片机，所述A/D转换模块用于将ZigBee网络节点传递的模拟信号转化为数字信号。

本实用新型的技术效果和优点：

1、通过ZigBee无线主通信模块配合无线功率放大电路使用，使得可以将应变式传感器、裂缝式传感器、压力传感器、温湿度传感器、位移传感器和GPS模块收集的信号进行无线传递，覆盖范围大，传输无线监测数据速度快，能够实时检测，实现具有实时传送监测数据、全面掌握建筑结构的健康状况功能的目的，与现有技术相比，传递速度快范围广；

2、通过应变式传感器、裂缝式传感器、压力传感器、温湿度传感器和位移传感器可以对建筑结构进行实时监，并通过GPS模块对监测位置进行点位，便于快速定位建筑故障位置，与现有技术相比，可进行实时监测。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构原理图一。

图2为本实用新型的整体结构原理图二。

图3为本实用新型的信号输入模块结构原理图。

图4为本实用新型的控制系统结构原理图。

图5为本实用新型的单片机控制系统结构原理图。

图6为本实用新型的整体结构拓扑图。

附图标记为：1、信号输入模块；2、ZigBee网络节点；3、控制系统；4、无线功率放大电路；5、RS232接口电路；6、RS485接口电路；11、应变式传感器；12、裂缝式传感器；13、压力传感器；14、温湿度传感器；15、位移传感器；16、GPS模块；17、ZigBee无线子通信模块；31、A/D转换模块；32、单片机；33、逻辑控制模块；34、ZigBee无线主通信模块；35、储存器模块；36、看门狗模块。

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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

如图1-6所示，本实用新型提供了一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，包括信号输入模块1、ZigBee网络节点2和控制系统3，所述信号输入模块1的输出端与ZigBee网络节点2的输入端无线连接，所述ZigBee网络节点2的输出端与控制系统3的输入端无线连接，所述控制系统3的连接端设有无线功率放大电路4，所述无线功率放大电路4的输入端与控制系统3的输出端电性连接；

所述控制系统3包括A/D转换模块31，所述A/D转换模块31的输入端与ZigBee网络节点2的输出端电性连接，所述A/D转换模块31的连接端设有单片机32，所述单片机32的输入端与A/D转换模块31的输出端电性连接，所述单片机32的连接端设有逻辑控制模块33，所述逻辑控制模块33的输入端与单片机32的输出端电性连接，所述单片机32的连接端分别设有ZigBee无线主通信模块34和储存器模块35，所述ZigBee无线主通信模块34和储存器模块35的输入端均与单片机32的输出端电性连接，所述单片机32的连接端设有看门狗模块36，所述看门狗模块36的输出端与单片机32的输入端电性连接；

所述信号输入模块1包括应变式传感器11、裂缝式传感器12、压力传感器13、温湿度传感器14、位移传感器15、GPS模块16和ZigBee无线子通信模块17，且应变式传感器11、裂缝式传感器12、压力传感器13、温湿度传感器14、位移传感器15和GPS模块16的输出端均与ZigBee无线子通信模块17的输入端电性连接，所述ZigBee无线子通信模块17的输出端与ZigBee网络节点2的输入端无线连接；

所述控制系统3的连接端分别设有RS232接口电路5和RS485接口电路6，所述RS232接口电路5和RS485接口电路6的输入端均与控制系统3的输出端电性连接，且无线功率放大电路4、RS232接口电路5和RS485接口电路6的连接端均与控制系统3的连接端双向电性连接；

所述逻辑控制模块33的连接端与单片机32的连接端双向电性连接，且单片机32的连接端分别与RS232接口电路5和RS485接口电路6的连接端均电性连接，所述ZigBee无线主通信模块34的连接端与无线功率放大电路4的连接端双向电性连接；

所述ZigBee无线主通信模块34用于接收和发射无线信号，所述ZigBee无线子通信模块17用于发射无线信号，且ZigBee网络节点2用于接收ZigBee无线子通信模块17发射的无线信号；

所述无线功率放大电路4用于放大ZigBee无线主通信模块34接收和发射的无线信号；

所述GPS模块16用于定位应变式传感器11、裂缝式传感器12、压力传感器13、温湿度传感器14和位移传感器15的位置；

所述看门狗模块36用于保护单片机32，所述A/D转换模块31用于将ZigBee网络节点2传递的模拟信号转化为数字信号。

实施方式具体为：在使用时，通过应变式传感器11、裂缝式传感器12、压力传感器13、温湿度传感器14和位移传感器15进行实时监测建筑结构健康监测状态，并将监测信号传递至ZigBee无线子通信模块17处，且通过GPS模块16提供应变式传感器11、裂缝式传感器12、压力传感器13、温湿度传感器14和位移传感器15监测的位置信息，并将位置信息传递至ZigBee无线子通信模块17处，使得当检测出建筑结构故障时可以精准的定位，ZigBee无线子通信模块17将应变式传感器11、裂缝式传感器12、压力传感器13、温湿度传感器14、位移传感器15和GPS模块16传递的信息通过ZigBee无线通信技术以无线的方式传递至ZigBee网络节点2处，该实施方式具体解决了现有技术中实时性差的问题；

通过ZigBee网络节点2将ZigBee无线子通信模块17传递的模拟信号传递至A/D转换模块31处，并通过A/D转换模块31将ZigBee无线子通信模块17传递的模拟信号转化为数字信号传递至单片机32处，并使得单片机32将传递来的信号通过储存器模块35进行储存，且单片机32同时将递来的信号传递至ZigBee无线主通信模块34处，并使得ZigBee无线主通信模块34将信号经过无线功率放大电路4的放大并，使得放大后的信号通过ZigBee无线通信技术以无线的方式传递至用户，将ZigBee无线子通信模块17收集的信号转接到ZigBee网络中，同时提供RS232接口电路5和RS485接口电路6，可直接连接串口设备，实现数据透明传输功能，采用串口数据透明传输功能减少了人机交互，降低了成本，通过看门狗模块36使得当单片机32正常工作的时候，每隔一段时间输出一个信号到看门狗模块36的喂狗端，给WDT清零，如果超过规定的时间输出信号到看门狗模块36的喂狗端时，一般在程序跑飞时，WDT定时超过，就会给出一个复位信号到单片机32，使得单片机32复位，防止单片机32死机，从而起到防止程序发生死循环，或者说程序跑飞的目的，该实施方式具体解决了现有技术中不能实时的监测，效率较低。

本实用新型工作原理：

参照说明书附图1-6，通过应变式传感器11、裂缝式传感器12、压力传感器13、温湿度传感器14和位移传感器15可以对建筑结构进行实时监，并通过GPS模块16对监测位置进行点位，便于快速定位建筑故障位置；

参照说明书附图1-6，通过ZigBee无线主通信模块34配合无线功率放大电路4使用，使得可以将应变式传感器11、裂缝式传感器12、压力传感器13、温湿度传感器14、位移传感器15和GPS模块16收集的信号进行无线传递，覆盖范围大，传输无线监测数据速度快，能够实时检测，实现具有实时传送监测数据、全面掌握建筑结构的健康状况功能的目的。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：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，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 (8)

1.一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，包括信号输入模块(1)、ZigBee网络节点(2)和控制系统(3)，其特征在于：所述信号输入模块(1)的输出端与ZigBee网络节点(2)的输入端无线连接，所述ZigBee网络节点(2)的输出端与控制系统(3)的输入端无线连接，所述控制系统(3)的连接端设有无线功率放大电路(4)，所述无线功率放大电路(4)的输入端与控制系统(3)的输出端电性连接；

所述控制系统(3)包括A/D转换模块(31)，所述A/D转换模块(31)的输入端与ZigBee网络节点(2)的输出端电性连接，所述A/D转换模块(31)的连接端设有单片机(32)，所述单片机(32)的输入端与A/D转换模块(31)的输出端电性连接，所述单片机(32)的连接端设有逻辑控制模块(33)，所述逻辑控制模块(33)的输入端与单片机(32)的输出端电性连接，所述单片机(32)的连接端分别设有ZigBee无线主通信模块(34)和储存器模块(35)，所述ZigBee无线主通信模块(34)和储存器模块(35)的输入端均与单片机(32)的输出端电性连接，所述单片机(32)的连接端设有看门狗模块(36)，所述看门狗模块(36)的输出端与单片机(32)的输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，其特征在于：所述信号输入模块(1)包括应变式传感器(11)、裂缝式传感器(12)、压力传感器(13)、温湿度传感器(14)、位移传感器(15)、GPS模块(16)和ZigBee无线子通信模块(17)，且应变式传感器(11)、裂缝式传感器(12)、压力传感器(13)、温湿度传感器(14)、位移传感器(15)和GPS模块(16)的输出端均与ZigBee无线子通信模块(17)的输入端电性连接，所述ZigBee无线子通信模块(17)的输出端与ZigBee网络节点(2)的输入端无线连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，其特征在于：所述控制系统(3)的连接端分别设有RS232接口电路(5)和RS485接口电路(6)，所述RS232接口电路(5)和RS485接口电路(6)的输入端均与控制系统(3)的输出端电性连接，且无线功率放大电路(4)、RS232接口电路(5)和RS485接口电路(6)的连接端均与控制系统(3)的连接端双向电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，其特征在于：所述逻辑控制模块(33)的连接端与单片机(32)的连接端双向电性连接，且单片机(32)的连接端分别与RS232接口电路(5)和RS485接口电路(6)的连接端均电性连接，所述ZigBee无线主通信模块(34)的连接端与无线功率放大电路(4)的连接端双向电性连接。

5.根据权利要求2所述的一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，其特征在于：所述ZigBee无线主通信模块(34)用于接收和发射无线信号，所述ZigBee无线子通信模块(17)用于发射无线信号，且ZigBee网络节点(2)用于接收ZigBee无线子通信模块(17)发射的无线信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，其特征在于：所述无线功率放大电路(4)用于放大ZigBee无线主通信模块(34)接收和发射的无线信号。

7.根据权利要求2所述的一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，其特征在于：所述GPS模块(16)用于定位应变式传感器(11)、裂缝式传感器(12)、压力传感器(13)、温湿度传感器(14)和位移传感器(15)的位置。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的建筑结构健康监测装置，其特征在于：所述看门狗模块(36)用于保护单片机(32)，所述A/D转换模块(31)用于将ZigBee网络节点(2)传递的模拟信号转化为数字信号。

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