CN212747909U - 一种智能无线低功耗高支模监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是一种智能无线低功耗高支模监测仪，包括监测仪，所述的监测仪包括微控制器和电池，所述的微控制器与AD转换器、倾角传感器和温度传感器之间组合构成用于高支模状态无线监测的低功耗监测系统，所述的低功耗监测系统包括MOSFET模块、4G通信模块和多级稳压模块，所述的电池分别通过MOSFET模块和多级稳压模块与微控制器连接，有效的对通信速率和功耗间进行合理平衡，还有效的增加检测范围，以适应多种工作环境，提高检测效率。

Description

一种智能无线低功耗高支模监测仪

技术领域

本实用主要用于大型建筑的高支模检测技术方面领域，主要涉及一种智能无线低功耗高支模监测仪。

背景技术

大型建筑修建时一般需要搭建支模，当支模高度大于八米时称为高支模，施工过程中，由于高支模搭建不当或载荷超标，容易发生坍塌事故，造成人员伤亡，但是传统上高支模监测采用人工测量方法，精度差，效率低，现有高支模测量设备虽然集成了倾角传感器、载荷传感器和位移传感器实现自动化测量，但是数据传输方式以有线通信为主，现场布线繁琐，既不便于安装和维护，在很大程度上增加施工难度，也在很大程度上增加布线成本，也有采用短距离局域网无线通信方式的，但是其无线通信距离有限，覆盖范围较小，当监测范围较大时很难完全覆盖，在使用环境上受到很大的限制，难以有效的对高支模的状态进行有效的检测，且功耗较高，电池续航时间段，在很大程度上增加运行成本。

因此，提供一种智能无线低功耗高支模监测仪，通过对传统的高支模监测仪的系统及结构进行改进，通过具有Cat.1模式的4G通信方式与倾角传感器相互配合对高支模测量仪进行大范围的无线信号采集和传输，有效的对通信速率和功耗间进行合理平衡，还有效的增加检测范围，以适应多种工作环境，提高检测效率，同时，采用内部设置定时时钟的微控制器对MOSFET模块和多级稳压模块进行多级节能式控制运行采集，能够有效的降低监测仪系统运行时的能源消耗，能够有效的降低能耗，延长使用周期，在很大程度上降低后期维护成本，有效的解决了本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种智能无线低功耗高支模监测仪，通过对传统的高支模监测仪的系统及结构进行改进，通过具有Cat.1模式的4G通信方式与倾角传感器相互配合对高支模测量仪进行大范围的无线信号采集和传输，有效的对通信速率和功耗间进行合理平衡，还有效的增加检测范围，以适应多种工作环境，提高检测效率，同时，采用内部设置定时时钟的微控制器对MOSFET模块和多级稳压模块进行多级节能式控制运行采集，能够有效的降低监测仪系统运行时的能源消耗，能够有效的降低能耗，延长使用周期，在很大程度上降低后期维护成本。

为解决背景技术中所述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种智能无线低功耗高支模监测仪，包括监测仪，所述的监测仪包括微控制器和电池，所述的微控制器与AD转换器、倾角传感器和温度传感器之间组合构成用于高支模状态无线监测的低功耗监测系统，所述的低功耗监测系统包括MOSFET模块、4G通信模块和多级稳压模块，所述的电池分别通过MOSFET模块和多级稳压模块与微控制器连接。

优选地，所述的多级稳压模块包括3.3V稳压模块、5V稳压模块和1.8V稳压模块，所述的5V稳压模块的输出端与倾角传感器连接，所述的1.8V稳压模块的输出端分别与载荷传感器和位移传感器连接，所述的倾角传感器、载荷传感器和位移传感器均直接通过AD转换器与微控制器连接，通过多级稳压对倾角传感器、载荷传感器和位移传感器进行针对性供电，能够有效的降低运行时的功耗，降低微控制器的运行压力，有效的提高运行性能。

优选地，所述的倾角传感器设置在监测仪的内部，且倾角传感器使用的是SCA100T型双轴倾角传感器。

优选地，所述的MOSFET模块的电源输出端直接与4G通信模块连接，所述的4G通信模块直接与微控制器连接，通过MOSFET模块对4G通信模块的独立供电，能够有效的对4G通信模块供电时间进行有效的控制，以实现待机时关闭，需求时针对性开启，有效的提高运行效率，降低运行能耗。

优选地，所述的4G通信模块采用的是Cat.1模式的4G通信方式，且所述的4G通信模块可直接与云平台连接，所述的4G通信模块的通信速率为5MBps，且通信延迟低于100ms，能够有效的将4G通信方式在通信速率和功耗间做到合理平衡，以在最大程度上降低使用功耗，同时能够根据采集到的数据后自身立即判定数据是否操作安全范围，以实时的对云平台进行发起异常告警信息，有效的提高系统响应的效率。

优选地，所述的微控制器采用的是STM32L4系列型号的低功耗微控制器，且微控制器直接与4G通信模块、倾角传感器和温度传感器相互独立控制设置，能有效控制功耗，延长系统设备的运行周期。

优选地，所述的微控制器直接与储存模块连接，且微控制器还可以直接通过USB模块与PC机或笔记本连接。

优选地，所述的电池直接与充电单元连接，本申请中可直接对电池进行充电，无需更换电池，能够有效的实现不间断检测，有效的提高检测时的精准程度。

优选地，所述的微控制器的内部内置设有定时时钟，所述的定时时钟的周期设为T1和T2两个，且T2的周期是是T1的整倍数。

优选地，所述的微控制器直接与储存模块和温度传感器连接连接，内置温度传感器并采用温度补偿算法对个传感器进行温度补偿，能够有效的提高测量精度，以保证测量精度不受温度影响。

本实用新型的有益效果是：

1)、通过具有Cat.1模式的4G通信方式与倾角传感器相互配合对高支模测量仪进行大范围的无线信号采集和传输，有效的对通信速率和功耗间进行合理平衡，还有效的增加检测范围，以适应多种工作环境，提高检测效率。

2)、同时，采用内部设置定时始终的微控制器对MOSFET模块和多级稳压模块进行多级节能式控制运行采集，能够有效的降低监测仪系统运行时的能源消耗，能够有效的降低能耗，延长使用周期，在很大程度上降低后期维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种智能无线低功耗高支模监测仪的系统示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将对本实用新型作进一步的详细介绍。

请参考图1，一种智能无线低功耗高支模监测仪，包括监测仪，所述的监测仪包括微控制器和电池，所述的微控制器与AD转换器、倾角传感器和温度传感器之间组合构成用于高支模状态无线监测的低功耗监测系统，所述的低功耗监测系统包括MOSFET模块、4G通信模块和多级稳压模块，所述的电池分别通过MOSFET模块和多级稳压模块与微控制器连接。

本实施例中，所述的多级稳压模块包括3.3V稳压模块、5V稳压模块和1.8V稳压模块，所述的5V稳压模块的输出端与倾角传感器连接，所述的1.8V稳压模块的输出端分别与载荷传感器和位移传感器连接，所述的倾角传感器、载荷传感器和位移传感器均直接通过AD转换器与微控制器连接，通过多级稳压对倾角传感器、载荷传感器和位移传感器进行针对性供电，能够有效的降低运行时的功耗，降低微控制器的运行压力，有效的提高运行性能。

本实施例中，所述的倾角传感器设置在监测仪的内部，且倾角传感器使用的是SCA100T型双轴倾角传感器。

本实施例中，所述的MOSFET模块的电源输出端直接与4G通信模块连接，所述的4G通信模块直接与微控制器连接，通过MOSFET模块对4G通信模块的独立供电，能够有效的对4G通信模块供电时间进行有效的控制，以实现待机时关闭，需求时针对性开启，有效的提高运行效率，降低运行能耗。

本实施例中，所述的4G通信模块采用的是Cat.1模式的4G通信方式，且所述的4G通信模块可直接与云平台连接，所述的4G通信模块的通信速率为5MBps，且通信延迟低于100ms，能够有效的将4G通信方式在通信速率和功耗间做到合理平衡，以在最大程度上降低使用功耗，同时能够根据采集到的数据后自身立即判定数据是否操作安全范围，以实时的对云平台进行发起异常告警信息，有效的提高系统响应的效率。

本实施例中，所述的微控制器采用的是STM32L4系列型号的低功耗微控制器，且微控制器直接与4G通信模块、倾角传感器和温度传感器相互独立控制设置，能有效控制功耗，延长系统设备的运行周期。

本实施例中，所述的微控制器直接与储存模块连接，且微控制器还可以直接通过USB模块与PC机或笔记本连接。

本实施例中，所述的电池直接与充电单元连接，本申请中可直接对电池进行充电，无需更换电池，能够有效的实现不间断检测，有效的提高检测时的精准程度。

本实施例中，所述的微控制器的内部内置设有定时时钟，所述的定时时钟的周期设为T1和T2两个，且T2的周期是是T1的整倍数。

本实施例中，所述的微控制器直接与储存模块和温度传感器连接连接，内置温度传感器并采用温度补偿算法对个传感器进行温度补偿，能够有效的提高测量精度，以保证测量精度不受温度影响。

具体实施时，无线低功耗高支模监测仪由微控制器、倾角传感器、AD转换芯片、温度传感器、4G(Cat.1)通信模块、USB接口、存储模块、电池、充电单元、3.3V稳压模块、5V稳压模块、1.8V稳压模块，可外接滑动变阻式位移传感器、电桥式载荷传感器和电压输出型传感器。监测仪使用电池供电，电池的输出被分为4路，一路为3.3V稳压输出，给微控制器、存储模块、AD转换芯片、温度传感器供电；一路经过MOSFET模块，为4G通信模块供电；一路经过5V稳压，给倾角传感器供电；一路经过1.8V稳压，给载荷传感器和位移传感器供电；MOSFET模块、5V稳压模块、1.8V稳压模块的电压均可以在设备待机时被控制器关闭，以达到降低功耗的目的，微控制器使用STM32L4系列单片机，具有低功耗、高性能的特点，倾角传感集成在监测仪内部，使用SCA100T型双轴倾角传感器，倾角传感器输出的倾角电压信号连接到AD转换芯片上，由AD转换芯片将倾角传感器输出的电压信号转换为数字信号。载荷传感器和位移传感器外接，由1.8V稳压模块供电，两款传感器输出的电压信号均连接到AD转换芯片上，由AD转换芯片将电压信号转换为数字信号；AD转换芯片与微控制器相连，型号为ADS1248的24位AD转换芯片，其转换精度高，功耗低；温度传感器使用DS18B20温度传感器芯片，其输出为数字信号，直接与微控制器相连；微控制器以一定的定时周期从AD转换器中读取数据，同时读取温度传感器数据，进行数据处理，进行温度补偿，并将数据存储至存储模块中；通信模块选用Cat.1模式的4G通信模块，负责与云平台通信，该模块具有功耗低的特点，通信速率可达5MBps，通信延迟低于100ms，能够实时传输倾角、载荷、位移、温度数据至云平台；USB模块与微控制相连，通过USB接口，监测仪可以很方便的与上位机连接，上位机可通过USB接口对监测仪进行参数配置。

为降低功耗，微控制器在不采集数据时，将MOSFET、5V稳压模块、1.8V稳压模块电源关闭，使4G通信模块、倾角传感器、载荷传感器、位移传感器不消耗电量，再关闭AD转换器、温度传感器、存储模块，微控制器自身也进入休眠状态，采集器整体功耗达到最低，定义为一级功耗P1；在休眠状态下，微控制器内置的定时时钟进行定时，定时周期分为两个，一个是数据采集周期T1，一个是通信周期T2，一般来说T2是T1的倍数为佳，也可以不为倍数。当定时周期达到T1时，定时器唤醒微控制器，微控制器打开5V稳压模块和1.8V稳压模块给传感器供电，启动AD转换器、温度传感器和存储模块，进行数据采集，将采集的数据存储至存储模块中，此时监测仪的整体功耗处于中等水平，定义为二级功耗P2，当数据采集并存储完成之后，微控制器再次关闭各模块电源，进入一级功耗P1；当定时周期达到通信周期T2后，定时器唤醒微控制器，打开MOSFET为4G模块通电，将存储器中缓存的数据发送至云平台，此时采集仪功耗较高，定义为三级功耗P3，当数据传输完成后，微控制器再次关闭，进入一级功耗P1。当在T1周期中，当微控制采集的数据超出安全范围，微控制器将立即打开MOSFET启动4G通信模块，立即将告警信息及数据传输到云平台，云平台可向相关责任人发出告警短信和启动现场的警报器通知施工人员撤离。在高支模进入到混凝土浇筑阶段时，监测仪可切换到实时监测模式，可实时采集数据传输至云平台，方便管理人员观测工艺数据，此时监测仪功耗处于最高的状态P4。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种智能无线低功耗高支模监测仪，包括监测仪，其特征在于：所述的监测仪包括微控制器和电池，所述的微控制器与AD转换器、倾角传感器和温度传感器之间组合构成用于高支模状态无线监测的低功耗监测系统，所述的低功耗监测系统包括MOSFET模块、4G通信模块和多级稳压模块，所述的电池分别通过MOSFET模块和多级稳压模块与微控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能无线低功耗高支模监测仪，其特征在于，所述的多级稳压模块包括3.3V稳压模块、5V稳压模块和1.8V稳压模块，所述的5V稳压模块的输出端与倾角传感器连接，所述的1.8V稳压模块的输出端分别与载荷传感器和位移传感器连接，所述的倾角传感器、载荷传感器和位移传感器均直接通过AD转换器与微控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种智能无线低功耗高支模监测仪，其特征在于，所述的倾角传感器设置在监测仪的内部，且倾角传感器使用的是SCA100T型双轴倾角传感器。

4.根据权利要求1所述的一种智能无线低功耗高支模监测仪，其特征在于，所述的MOSFET模块的电源输出端直接与4G通信模块连接，所述的4G通信模块直接与微控制器连接。

5.根据权利要求1所述的一种智能无线低功耗高支模监测仪，其特征在于，所述的4G通信模块采用的是Cat.1模式的4G通信方式，且所述的4G通信模块可直接与云平台连接，所述的4G通信模块的通信速率为5MBps，且通信延迟低于100ms。

6.根据权利要求1所述的一种智能无线低功耗高支模监测仪，其特征在于，所述的微控制器采用的是STM32L4系列型号的低功耗微控制器，且微控制器直接与4G通信模块、倾角传感器和温度传感器相互独立控制设置。

7.根据权利要求1所述的一种智能无线低功耗高支模监测仪，其特征在于，所述的微控制器直接与储存模块连接，且微控制器还可以直接通过USB模块与PC机或笔记本连接。

8.根据权利要求1所述的一种智能无线低功耗高支模监测仪，其特征在于，所述的电池直接与充电单元连接。

9.根据权利要求1所述的一种智能无线低功耗高支模监测仪，其特征在于，所述的微控制器的内部内置设有定时时钟，所述的定时时钟的周期设为T1和T2两个，且T2的周期是T1的整倍数。

10.根据权利要求1所述的一种智能无线低功耗高支模监测仪，其特征在于，所述的微控制器直接与储存模块和温度传感器连接连接。

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