CN211601850U - 一种房屋变形坍塌预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种房屋变形坍塌预警系统，包括安装在建筑物承重梁的表面粘贴应变式传感器，LM2596S型应变式传感器共安装有八片，其中四片LM2596S应变式传感器纵向粘贴，另外四片LM2596S应变式传感器横向粘贴；八个LM2596S应变式传感器串接成应变片测量电路，应变片测量电路连接P89C51RC2BN/01型微控制器U1，所述微控制器U1连接有HDSP‑B10G型光电显示元件DS、报警指示灯R‑led、扬声器BEEP。采用应变传感器将房屋承重柱变形情况转换为传感器电阻值变化，通过测量电路将阻值变化输出为电压值变化，若电压的变化值超过预警阀值，系统启动声光报警，提醒房屋内外的人员紧急逃生，降低因房屋坍塌造成伤亡人数。

Description

一种房屋变形坍塌预警系统

技术领域

本实用新型涉及建筑工程技术领域，特别是一种房屋变形坍塌预警系统。

背景技术

建筑物尤其是高层建筑物的倒塌严重危及着人们的公共安全，特别是当建筑物遭受火灾、地震、违规改造等意外情况时，建筑物倒塌的概率大幅提升，对于处于建筑物内实施人员疏散和急救的消防人员而言，无法预知处于燃烧状态的建筑物是否会发生倒塌，更不能预知何时会发生倒塌，通常，消防人员只能依据经验以及对于现场状况的观察来感知判断，如此，对于处于危险状态的建筑物中的人员而言并无安全预警保障。通常情况下，建筑物在发生倒塌前均会发生不同程度的形变，而形变最主要的特征参量是位移，其他如挠度、倾斜、沉降从本质上说都是位移。在一定程度上，通过测量建筑构件或整体的位移，可以获知建筑空间维度上的变形，在连续的时间范围内测量，可以获取建筑在时间维度上的实时变形情况。然而，由于建筑物尤其是高层建筑体积较大，形变较小，并且无法在出现火情时在建筑上临时安装传统的检测传感器，需要采用非接触式的远距离快速测量，因此，目前的测量设备很难实现的建筑物形变的精确监测，同时也缺乏利用建筑物的形变进行倒塌预警的系统。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种房屋变形坍塌预警系统，实现建筑变形坍塌的预警。

本实用新型实施例中采用以下方案实现：提供一种房屋变形坍塌预警系统, 包括安装在建筑物承重梁的表面粘贴应变式传感器，LM2596S型应变式传感器共安装有八片，其中四片LM2596S应变式传感器纵向粘贴，另外四片LM2596S应变式传感器横向粘贴；八个LM2596S应变式传感器串接成应变片测量电路，应变片测量电路连接P89C51RC2BN/01型微控制器U1，所述微控制器U1连接有HDSP-B10G型光电显示元件DS、报警指示灯R-led、扬声器BEEP。

本实用新型一实施例中，所述应变片测量电路采用直流电桥电路。

本实用新型一实施例中，所述微控制器U1的第18管脚连接晶振X1的第1管脚，并且微控制器U1的第18管脚经电容C2接地；微控制器U1的第19管脚与晶振X1的第2管脚连接，微控制器U1的第19管脚连接电容C2；微控制器U1的第9管脚经电容C3连接电源VCC，微控制器U1的第9管脚经电阻R5接地，微控制器U1的第31管脚连接电源VCC，微控制器U1的第9管脚经按键开关S连接电源VCC；微控制器U1的第16管脚经报警指示灯R-led接地，微控制器U1的第20管脚与三极管Qs的基极连接，三极管Qs的发射极连接扬声器BEEP的一端，扬声器BEEP的另一端接地，三极管Qs的集电极经电阻RS连接电源VCC；微控制器U1的第40管脚连接电源VCC；微控制器U1的第39管脚经电阻R6连接光电显示元件DS的第11管脚，微控制器U1的第38管脚经电阻R7连接光电显示元件DS的第7管脚，微控制器U1的第37管脚经电阻R8连接光电显示元件DS的第4管脚，微控制器U1的第36管脚经电阻R9连接光电显示元件DS的第2管脚，微控制器U1的第35管脚经电阻R10连接光电显示元件DS的第1管脚，微控制器U1的第34管脚经电阻R11连接光电显示元件DS的第10管脚，微控制器U1的第33管脚经电阻R12连接光电显示元件DS的第5管脚，微控制器U1的第32管脚经电阻R13连接光电显示元件DS的第3管脚；微控制器U1的第2管脚经电阻R14连接三极管Q1的基极，微控制器U1的第4管脚经电阻R15连接三极管Q2的基极，微控制器U1的第6管脚经电阻R16连接三极管Q3的基极，微控制器U1的第8管脚经电阻R17连接三极管Q4的基极；三极管Q1的发射极连接电源VCC，三极管Q2的发射极连接电源VCC，三极管Q3的发射极连接电源VCC，三极管Q4的发射极连接电源VCC；三极管Q1的集电极连接电阻R1的一端，三极管Q1的集电极连接光电显示元件DS的第12管脚，三极管Q2的集电极连接电阻R2的一端，三极管Q2的集电极连接光电显示元件DS的第9管脚，三极管Q3的集电极连接电阻R3的一端，三极管Q3的集电极连接光电显示元件DS的第8管脚，三极管Q4的集电极连接电阻R4的一端，三极管Q4的集电极连接光电显示元件DS的第6管脚；电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4的另一端相连并接地；微控制器U1的第28管脚连接应变式传感器LM2596S的第1管脚，应变式传感器LM2596S的第2管脚连接电源VCC，应变式传感器LM2596S的第3管脚接地。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供一种房屋变形坍塌预警系统，适用于钢筋混泥土房屋、钢结构房屋、木质房屋等具有承重柱的房屋在外力或重力下发生变形坍塌事故的预警用途；房屋坍塌事件指在外力或重力作用下，物体超过自身的强度极限或因结构稳定性破坏而造成伤害、伤亡的事故。房屋坍塌事故有一定的预警，比如称重柱扭曲变形。采用应变传感器将房屋承重柱变形情况转换为传感器电阻值变化，通过测量电路将阻值变化输出为电压值变化，若电压的变化值超过预警阀值，系统启动声光报警，提醒房屋内外的人员紧急逃生，降低因房屋坍塌造成伤亡人数。

附图说明

图1是一种房屋变形坍塌预警系统的Altium Designer软件的设计图。

图2是应变片的测量电路图。

图3是应变式传感器应变片的粘贴在承重柱上以及各个应变片串接的示意图。

图4是应变式传感器LM2596S的的Altium Designer软件的设计图。

图5是一种房屋变形坍塌预警系统电路原理框图。

图6是坍塌预警的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

请参阅图1至图6，本实用新型提供一种房屋变形坍塌预警系统，包括安装在建筑物承重梁的表面粘贴应变式传感器，LM2596S型应变式传感器共安装有八片，其中四片LM2596S应变式传感器纵向粘贴，另外四片LM2596S应变式传感器横向粘贴；八个LM2596S应变式传感器串接成应变片测量电路，应变片测量电路连接P89C51RC2BN/01型微控制器U1，所述微控制器U1连接有HDSP-B10G型光电显示元件DS、报警指示灯R-led、扬声器BEEP，用于显示承重柱的变形量，报警提示建筑物内人员。

参见图3，本实用新型一实施例中，所述应变片的粘贴要求如下：例如圆柱形的称重柱，8个应变式传感器贴在圆柱中部四等分圆周上，其中有四个轴向片和四个横向片；圆柱体轴向就是最大应变处，圆柱体的环向即为最大负应变处。应变片中的四片粘贴在最大正应变处，另四片放在负的最大应变处；这样可获得最大灵敏度，并接入串联全桥电路。

参见图2，本实用新型一实施例中，所述应变片测量电路采用直流电桥电路。

参见图1，本实用新型一实施例中，所述微控制器U1的第18管脚连接晶振X1的第1管脚，并且微控制器U1的第18管脚经电容C2接地；微控制器U1的第19管脚与晶振X1的第2管脚连接，微控制器U1的第19管脚连接电容C2；微控制器U1的第9管脚经电容C3连接电源VCC，微控制器U1的第9管脚经电阻R5接地，微控制器U1的第31管脚连接电源VCC，微控制器U1的第9管脚经按键开关S连接电源VCC；微控制器U1的第16管脚经报警指示灯R-led接地，微控制器U1的第20管脚与三极管Qs的基极连接，三极管Qs的发射极连接扬声器BEEP的一端，扬声器BEEP的另一端接地，三极管Qs的集电极经电阻RS连接电源VCC；微控制器U1的第40管脚连接电源VCC；微控制器U1的第39管脚经电阻R6连接光电显示元件DS的第11管脚，微控制器U1的第38管脚经电阻R7连接光电显示元件DS的第7管脚，微控制器U1的第37管脚经电阻R8连接光电显示元件DS的第4管脚，微控制器U1的第36管脚经电阻R9连接光电显示元件DS的第2管脚，微控制器U1的第35管脚经电阻R10连接光电显示元件DS的第1管脚，微控制器U1的第34管脚经电阻R11连接光电显示元件DS的第10管脚，微控制器U1的第33管脚经电阻R12连接光电显示元件DS的第5管脚，微控制器U1的第32管脚经电阻R13连接光电显示元件DS的第3管脚；微控制器U1的第2管脚经电阻R14连接三极管Q1的基极，微控制器U1的第4管脚经电阻R15连接三极管Q2的基极，微控制器U1的第6管脚经电阻R16连接三极管Q3的基极，微控制器U1的第8管脚经电阻R17连接三极管Q4的基极；三极管Q1的发射极连接电源VCC，三极管Q2的发射极连接电源VCC，三极管Q3的发射极连接电源VCC，三极管Q4的发射极连接电源VCC；三极管Q1的集电极连接电阻R1的一端，三极管Q1的集电极连接光电显示元件DS的第12管脚，三极管Q2的集电极连接电阻R2的一端，三极管Q2的集电极连接光电显示元件DS的第9管脚，三极管Q3的集电极连接电阻R3的一端，三极管Q3的集电极连接光电显示元件DS的第8管脚，三极管Q4的集电极连接电阻R4的一端，三极管Q4的集电极连接光电显示元件DS的第6管脚；电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4的另一端相连并接地；微控制器U1的第28管脚连接应变式传感器LM2596S的第1管脚，应变式传感器LM2596S的第2管脚连接电源VCC，应变式传感器LM2596S的第3管脚接地。

本实用新型具有以下工作原理：

适用于钢筋混泥土房屋、钢结构房屋、木质房屋等具有承重柱的房屋在外力或重力下发生变形坍塌事故的预警用途。

测试时，将应变片用粘合剂牢固地粘贴在房屋承重柱的表面上。随着房屋承重柱受力变形，应变式传感器的应变片的敏感栅随之获得同样的变形，从而应变片电阻值发生变化，并且电阻变化是与承重柱变形量成比例。通过测量线路将这种电阻变化转换为电压变化,如图2所示，当应变片受到应力发生形化变时电阻改变量为，则输出电压变化量计算公式为：根据电压变化量折算出被测承重柱变形量的大小。当电压变化量超过一定值，预示承重柱有坍塌风险，此时超过阀值的电压量，促使控制单元，启动报警指示灯、扬声器，起到预警作用，有利于住宅区人员撤离。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，不能理解为对本申请的限制，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种房屋变形坍塌预警系统，其特征在于：包括安装在建筑物承重梁的表面粘贴应变式传感器，LM2596S型应变式传感器共安装有八片，其中四片LM2596S应变式传感器纵向粘贴，另外四片LM2596S应变式传感器横向粘贴；八个LM2596S应变式传感器串接成应变片测量电路，应变片测量电路连接P89C51RC2BN/01型微控制器U1，所述微控制器U1连接有HDSP-B10G型光电显示元件DS、报警指示灯R-led、扬声器BEEP。

2.根据权利要求1所述的一种房屋变形坍塌预警系统，其特征在于：所述应变片测量电路采用直流电桥电路。

3.根据权利要求1所述的一种房屋变形坍塌预警系统，其特征在于：所述微控制器U1的第18管脚连接晶振X1的第1管脚，并且微控制器U1的第18管脚经电容C2接地；微控制器U1的第19管脚与晶振X1的第2管脚连接，微控制器U1的第19管脚连接电容C2；微控制器U1的第9管脚经电容C3连接电源VCC，微控制器U1的第9管脚经电阻R5接地，微控制器U1的第31管脚连接电源VCC，微控制器U1的第9管脚经按键开关S连接电源VCC；微控制器U1的第16管脚经报警指示灯R-led接地，微控制器U1的第20管脚与三极管Qs的基极连接，三极管Qs的发射极连接扬声器BEEP的一端，扬声器BEEP的另一端接地，三极管Qs的集电极经电阻RS连接电源VCC；微控制器U1的第40管脚连接电源VCC；微控制器U1的第39管脚经电阻R6连接光电显示元件DS的第11管脚，微控制器U1的第38管脚经电阻R7连接光电显示元件DS的第7管脚，微控制器U1的第37管脚经电阻R8连接光电显示元件DS的第4管脚，微控制器U1的第36管脚经电阻R9连接光电显示元件DS的第2管脚，微控制器U1的第35管脚经电阻R10连接光电显示元件DS的第1管脚，微控制器U1的第34管脚经电阻R11连接光电显示元件DS的第10管脚，微控制器U1的第33管脚经电阻R12连接光电显示元件DS的第5管脚，微控制器U1的第32管脚经电阻R13连接光电显示元件DS的第3管脚；微控制器U1的第2管脚经电阻R14连接三极管Q1的基极，微控制器U1的第4管脚经电阻R15连接三极管Q2的基极，微控制器U1的第6管脚经电阻R16连接三极管Q3的基极，微控制器U1的第8管脚经电阻R17连接三极管Q4的基极；三极管Q1的发射极连接电源VCC，三极管Q2的发射极连接电源VCC，三极管Q3的发射极连接电源VCC，三极管Q4的发射极连接电源VCC；三极管Q1的集电极连接电阻R1的一端，三极管Q1的集电极连接光电显示元件DS的第12管脚，三极管Q2的集电极连接电阻R2的一端，三极管Q2的集电极连接光电显示元件DS的第9管脚，三极管Q3的集电极连接电阻R3的一端，三极管Q3的集电极连接光电显示元件DS的第8管脚，三极管Q4的集电极连接电阻R4的一端，三极管Q4的集电极连接光电显示元件DS的第6管脚；电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4的另一端相连并接地；微控制器U1的第28管脚连接应变式传感器LM2596S的第1管脚，应变式传感器LM2596S的第2管脚连接电源VCC，应变式传感器LM2596S的第3管脚接地。

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