CN211373590U - 一种基于无线通信的轻便型双轴倾角计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于无线通信的轻便型双轴倾角计，包括主控模块、电池、传感器模块及无线通信模块，所述主控模块包括微处理器、与微处理器连接的电源控制单元、ADC采集芯片、调试接口、无线通信模块，电源控制单元与电池连接，所述传感器模块包括2个单轴倾角传感器芯片，分别是呈垂直布置的第一倾角传感器和第二倾角传感器，第一倾角传感器和第二倾角传感器分别与主控模块中的ADC采集芯片连接。本实用新型运用芯片级的两个MEMS单轴倾角传感器替代传统的双轴倾角传感器，提高精度及稳定性，使其轻便、易于安装。

Description

一种基于无线通信的轻便型双轴倾角计

技术领域

本实用新型涉及角度测量技术领域，具体是一种基于无线通信的轻便型双轴倾角计。

背景技术

倾角计作为一种角度倾斜检测工具，已成为桥梁架设、铁路铺设、通信铁塔等领域重要的测量工具。现有的倾角计一般设置有通信接口，采用通信线缆连接，但在实际工程测量中，一次工程监测需要较多倾角传感器同时工作，对于安设位置较远的倾角传感器，需要较长的线缆，牵线安装工序较为复杂。

现在市面上也有一些具有无线通信接口的倾角计，但大都结构较复杂，例如实用新型专利“一种倾角测量系统201721521514.7”，采用了LoRa无线通信，但其采用了充电电池及太阳能板，安装较为复杂，且内部具有水平仪，需要应用水平仪来调平。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型提供一种基于无线通信的轻便型双轴倾角计，通过紧凑的电路及结构设计，减少倾角计的体积，使其轻便、易于安装，通过运用微处理器实现传感器角度自校，在安装时不需使用水平仪来校准调平。

一种基于无线通信的轻便型双轴倾角计，包括主控模块、电池、传感器模块及无线通信模块，所述主控模块包括微处理器、与微处理器连接的电源控制单元、ADC采集芯片、调试接口、无线通信模块，电源控制单元与电池连接，所述传感器模块包括2个单轴倾角传感器芯片，分别是呈垂直布置的第一倾角传感器和第二倾角传感器，第一倾角传感器和第二倾角传感器分别与主控模块中的ADC采集芯片连接。

进一步的，还包括与微处理器连接的通信切换模块，通信切换模块与第一通信接口和第二通信接口连接，所述无线通信模块包括 NB-IoT通信模块和4G通信模块，其中NB-IoT通信模块与第一通信接口连接，4G通信模块与第二通信接口连接。

进一步的，主控模块、传感器模块、无线通信模块都采用独立的电路板，主控模块、传感器模块位于倾角计的下层，无线通信模块及电池位于上层，安装电池的电池盒安装在倾角计的上盖板。

进一步的，所述电池采用功率型锂亚电池。

本实用新型本过采用低功耗的微处理器和无线通信的切换及休眠机制，通过电源管理及控制，最大程度的减少功率消耗；运用芯片级的两个MEMS单轴倾角传感器替代传统的双轴倾角传感器，提高精度及稳定性；通过NB-IoT无线通信及4G通信的并用，保证数据传输的可靠性与及时性；并通过紧凑的电路及结构设计，减少倾角计的体积，使其轻便、易于安装，通过运用微处理器实现传感器角度自校，因此在安装时不需使用水平仪。

附图说明

图1是本实用新型基于无线通信的轻便型双轴倾角计的电路模块框图；

图2是本实用新型基于无线通信的轻便型双轴倾角计的外形图。

图中：10—主控模块，20—电池，30—传感器模块，40—无线通信模块，11—微处理器，12—电源控制单元，13—ADC采集芯片， 14—调试接口，15—通信切换模块，16—第一通信接口，17—第二通信接口，31—第一倾角传感器，32—第二倾角传感器，41—NB-IoT 通信模块，42—4G通信模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1及图2，本实用新型基于无线通信的轻便型双轴倾角计包括主控模块10、电池20、传感器模块30及无线通信模块40。

所述主控模块10包括微处理器11、与微处理器11连接的电源控制单元12、ADC采集芯片13、调试接口14、通信切换模块15，通信切换模块15与第一通信接口16和第二通信接口17连接，电源控制单元12与电池20连接。

所述传感器模块30包括2个单轴倾角传感器芯片，分别是第一倾角传感器31和第二倾角传感器32。单轴的倾角传感器基于MEMS 的原理，是芯片级的传感器，直接焊接在电路板上，具有温度依赖性弱、高分辨率、低噪声的特点，两个单轴的倾角传感器(第一倾角传感器31和第二倾角传感器32)在电路板上垂直布置，通过电路板与倾角计外壳在安装时保持平行，确保倾角传感器在测量时与倾角计的外壳保持平行。采用两个单轴的倾角传感器而没有直接采用双轴倾角传感器，是因为同系列同性能的双轴传感器比单轴的分辨力和长期稳定性都要略显不足。

第一倾角传感器31和第二倾角传感器32分别与主控模块10中 24位的ADC采集芯片13连接。两个倾角传感器的输出值为模拟量，两个倾角传感器分别焊接到垂直及水平两个方向，组装并安装完成后，微处理器11根据两个倾角传感器的采集值，可通过计算及设置校准参数的方法，修正倾角计的输出值，而不需要采用水平仪来测量水平情况，尽量在肉眼看的情况下保持水平即可。

主控模块10、传感器模块30、无线通信模块都采用独立的电路板，主控模块10、传感器模块30位于倾角计的下层，无线通信模块及电池20位于上层，放置电池20的电池盒安装在倾角计的上盖板，便于固定和更换电池。

所述无线通信模块40包括NB-IoT通信模块41和4G通信模块 42，其中NB-IoT通信模块41与第一通信接口16连接，4G通信模块 42与第二通信接口17连接。

主控模块10的微处理器11采用低功耗的CPU芯片，用于整个倾角计的数据采集、数据通信及电源管理；ADC采集芯片13选用24 位的高精度ADC芯片，可提高倾角计的输出精度；电源控制单元12 用于控制倾角计各功能模块的电源切断，通过微处理器11的电源管理机制，合理控制电源利用情况，最大程度的节约功率消耗；通信接口(第一通信接口16和第二通信接口17)用于连接无线通信模块40，运用通信协议实现采集数据通信及通信模块管理，通过通信切换来选择合适的通信方式；调试接口14用于程序的更新及产品出厂配置。

所述无线通信模块40采用NB-IoT的窄带无线通信技术和4G无线通信技术两种通信切换的方式，倾角计优先采用NB-IoT无线通信，NB-IoT技术具有低功耗、连接多等特点，4G无线通信处于关闭状态，但目前很多城市NB-IoT无线通信并没有普及，当NB-IoT 信号不强，不能正常通信时，设备将切换成4G无线通信。

电池20采用功率型锂亚电池，具有较广的工作温度范围广，满足野外环境要求，持续放电电流大，满足通信要求，通过采集频次及功率计算，电池可使用两～三年。

本实用新型倾角计采用铝合金外壳，外壳有开口处均设计有防水密封圈；采用地脚螺栓的安装方式。首先用活动地脚螺栓将无线倾角仪固定在L型支架上，目的是使倾角仪内置传感器处于水平，再采用固定地脚螺栓将L型支架固定在建筑结构体表面。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于无线通信的轻便型双轴倾角计，其特征在于：包括主控模块(10)、电池(20)、传感器模块(30)及无线通信模块(40)，所述主控模块(10)包括微处理器(11)、与微处理器(11)连接的电源控制单元(12)、ADC采集芯片(13)、调试接口(14)、无线通信模块(40)，电源控制单元(12)与电池(20)连接，所述传感器模块(30)包括2个单轴倾角传感器芯片，分别是呈垂直布置的第一倾角传感器(31)和第二倾角传感器(32)，第一倾角传感器(31)和第二倾角传感器(32)分别与主控模块(10)中的ADC采集芯片(13)连接。

2.如权利要求1所述的基于无线通信的轻便型双轴倾角计，其特征在于：还包括与微处理器(11)连接的通信切换模块(15)，通信切换模块(15)与第一通信接口(16)和第二通信接口(17)连接，所述无线通信模块(40)包括NB-IoT通信模块(41)和4G通信模块(42)，其中NB-IoT通信模块(41)与第一通信接口(16)连接，4G通信模块(42)与第二通信接口(17)连接。

3.如权利要求2所述的基于无线通信的轻便型双轴倾角计，其特征在于：主控模块(10)、传感器模块(30)、无线通信模块都采用独立的电路板，主控模块(10)、传感器模块(30)位于倾角计的下层，通信切换模块(15)及电池(20)位于上层，安装电池(20)的电池盒安装在倾角计的上盖板。

4.如权利要求1所述的基于无线通信的轻便型双轴倾角计，其特征在于：所述电池(20)采用功率型锂亚电池。

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