CN217026995U - 一种基坑土压力自动监测仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及建筑施工技术领域，公开了一种基坑土压力自动监测仪器，包括埋在地下的振弦传感器和安装在地面上的采集箱，还包括集成盒，所述振弦传感器通过导线接到地面上与采集箱电性连接，所述采集箱中设有MCU模块以及依次与MCU模块电性连接的数据存储模块、LORA模块、太阳能管理模块、电源管理模块和振弦读数模块；所述MCU模块与采集箱电性连接。本方案用来解决基坑土压力监测过程中数据的可靠性和稳定性低的问题。

Description

一种基坑土压力自动监测仪器

技术领域

本实用新型涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种基坑土压力自动监测仪器。

背景技术

由于深基坑工程技术复杂，涉及范围广，事故频繁，因此在施工过程中必须对基坑进行监测。基坑监测包括水平位移监测、沉降监测、测斜监测、维护体系内力监测、孔隙水压力监测、地下水位监测和土压力监测；其中，由于地质信息的复杂性，不同位置的土压力可能存在差异，因此在土压力监测时通常需要设置多个采样点进行采集。由于采样点较多，现有技术是监测人员带着测定仪器到现场进行读数并手工记录下来，然后根据数据制作生产报告，这种传统监测方式容易出现人工误差，对数据可靠性和稳定性难以保证。

为解决上述问题，现有技术提出了通过基坑土压力监测仪器自动记录数据并生产报告，从而降低人为因素导致的记录误差。然而，现有技术仍然需要监测人员带着设备去现场，当监测人员出现问题不能去现场时，如不能及时安排其他人进行监测，数据获取的及时性将受到影响，对施工的安全性造成潜在威胁。

因此，现在急需一种基坑土压力自动监测仪器，在现场安装好该设备后，不需要监测人员反复去现场监测，提高基坑土压力监测数据的可靠性和稳定性。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种基坑土压力自动监测仪器，用来解决基坑土压力监测过程中数据的可靠性和稳定性低的问题。

本实用新型提供的基础方案为：一种基坑土压力自动监测仪器，包括埋在地下的振弦传感器和设置在地面上的采集箱，还包括集成盒，所述振弦传感器通过导线接到地面上与采集箱电性连接，所述集成盒与采集箱电性连接；所述集成盒中集成有电性连接的MCU模块，以及分别与MCU模块电性连接的短距离无线通信模块和振弦读数模块；所述集成盒包括盒体和对立设置在盒体两侧的连接板，所述连接板设有多个腰形孔。

本实用新型的工作原理及优点在于：

本实用新型一种基坑土压力自动监测仪器，本方案通过埋在地下的振弦传感器获取基坑土压力数据，并通过导线接到地面上与振弦读数模块连接，通过振弦读数模块读取基坑土压力数据，并通过LORA模块进行无线传输，然后通过太阳能管理模块和电源管理模块提供电能，从而能够在将基坑土压力自动监测仪器安装好后，能够自动获取基坑土压力数据并将读数以无线的方式进行传输，且不用反复去现场。相比于现有技术通过监测人员手持监测仪器去现场各个采样点监测，本方案不需要监测人员频繁去现场，能够自动获取数据，读取数据，并传输数据；集成盒通过腰形孔固定在采集箱中，避免因现场的振动导致脱落，能够对内部的器件进行保护，适应施工现场的恶劣环境，不容易出现损坏，更加便于自动监测。

进一步，所述集成盒中还设有与MCU模块连接的太阳能管理模块。本方案能够将通过太阳能转换的电能进行管理，提高监测仪器在阴雨天的可持续使用时间。

进一步，所述集成盒中还设有与MCU模块连接的电源管理模块。本方案能够对电量进行管理，提高监测仪器的可持续使用时间。

进一步，所述集成盒中还设有与MCU模块连接的数据存储模块。本方案能够存储历史数据，避免特殊情况数据传输失败，提高了监测的稳定性。

进一步，所述电源管理模块为MP1584芯片。MP1584工作电压4.5-28V,工作电流最大可以打4A,最大漏电流1uA,最大静态电流125uA；相比于LM2596芯片和XL1509芯片，MP1584芯片占用的空间更小，且考虑到了低漏电流。

进一步，所述电源管理模块为MP2161A芯片。MP2161A是LDO芯片，工作电压2.5V-6.5V,工作最大电流2A，最大漏电流100nA最大静态电流17uA。

进一步，所述振弦读数模块包括VM501芯片，所述短距离无线通信模块为LORA模块。VM501芯片读取振弦传感器的数据更加精准；LORA的功耗较低，便于长时间使用。

附图说明

图1为本实用新型一种基坑土压力自动监测仪器实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的电源管理模块参考电路图；

图3为本实用新型实施例一的太阳能管理模块参考电路图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例一：

实施例基本如附图1所示，采用振弦传感器作为土压力传感器埋在地下，振弦传感器通过导线与地面上的采集箱电性连接，集成盒放置在采集箱中，采集箱类似于人工鸟巢，箱体为方形，前面转动连接有可开关闭合的门，箱体顶部为类似屋顶的“人”字形结构，“人”字形结构上通过螺栓固定连接有太阳能板，箱体的底部连接有圆柱形的支撑杆，支撑杆为中空结构，箱体中的线路通过支撑杆与振弦传感器连接。集成盒包括长方体形状的盒体，盒体的对立侧有与之一体的连接板，两侧连接板上均开有两个腰形孔，分别位于靠近盒体四角的位置，盒体通过腰形孔与采集箱中的安装孔固定连接，本实施例中为螺纹连接，盒体的宽度为盒体长度的1/2，侧板的长度和盒体的宽度相同，侧板的宽度为盒体的1/7，腰形孔的长度为侧板长度的1/10，腰形孔的宽度为侧板宽度的1/3，腰形孔的中心点到侧板的宽的距离为1/5。集成盒的盒体上还包括不同规格的接线口，分别与采集箱中的导线连接，进而使集成盒与振弦传感器电性连接，并与太阳能板电性连接。集成盒中集成有MCU模块，以及依次与MCU模块电性连接的数据存储模块、短距离无线通信模块、太阳能管理模块、电源管理模块和振弦读数模块。

具体地，MCU模块，即单片机芯片采用STM32F103，相比于同类型的其他单片机芯片，STM32F103的功能强大，能够轻松达到本方案的工作要求，出错几率极低，使监测仪器的性价比更高。太阳能管理模块主要采用太阳能管理芯片CN3795，CN3795为使用太阳能板供电的PWM降压模式多节电池充电管理集成电路，能够独立对多节电池充电进行管理，减小电量的损耗，延长仪器无法吸收太阳能时的可持续使用时间。电源管理模块为MP1584芯片，MP1584工作电压4.5-28V,工作电流最大可以达4A,最大漏电流1uA,最大静态电流125uA；相比于LM2596芯片和XL1509芯片，MP1584芯片不存在电压上漂的问题，测量的精准度更好；且占用的空间小，更容易集成在集成盒中。本方案中的各器件均为成熟的现有器件，各器件之间的引脚连接方式均为现有技术，如图2和图3所示，可直接从对应的芯片手册中查找，在此不做过多赘述。

振弦读数模块是现有器件组成的电压读取转换电路，具体包括VM501芯片、CH444G芯片、CH443K芯片和ULN2003芯片等组成的，振弦读数模块中的芯片均通过CON4插针座插接在电路板上，CON4插针座的引脚焊接在电路板上；其中VM501是用来对振弦传感器读数的芯片，CH444G芯片和CH443K芯片分别是不同型号的模拟开关，ULN2003芯片是达林顿管，各芯片之间的引脚连接关系同样可通过对应的芯片手册查询，本领域技术人员在知晓芯片型号的情况下能够知晓电路连接关系，在此不做过多赘述。

目前工地使用的短距离通信方式大多为LORA，其功耗较低且传输范围2公里内具有较高的信号强度，更加适合工地环境。然而在基坑的施工现场通常存在多种不同的设备进行施工，现场环境非常复杂，同时存在高频和低频的声波振动，对LORA的数据传输影响较大，超过一定范围后的信号强度较低，无法达到2公里的传输范围。综上所述，现有技术通常存在技术偏见，认为LORA模块在基坑监测中的适用性较差，故而通常都是采用有线连接传输的方式。且即使有基坑监测仪器通过LORA进行数据传输，由于现有的基坑监测仪器通常是对多种基坑监测数据进行采集，也是监测人员手持监测仪器去现场的各个采样点进行监测，将数据记录到智能采集设备再上传到服务器，利用人的可移动性减小传输范围和振动带来的数据误差，而不是直接由现场的传感器通过无线传输传到服务器。而本方案克服了上述技术偏见，监测仪器专门对基坑土压力进行监测，可直接在基坑上方获取数据，不需要再进入基坑中监测其他基坑数据，因此监测的采样点距离服务器距离较近，能够直接将监测仪器安装到现场与土压力传感器直接连接。相比于现有技术，本方案直接将土压力传感器读取的数据发送给服务器，不需要监测人员前往现场读取数据，提高了数据监测的及时性和可靠性，不用占用监测人员更多的时间，提高了施工的效率；同时，由于是直接通过LORA传输，不需要中间先由监测仪器记录后再传输到服务器，因此不需要由监测仪器和服务器相互发送额外的数据去判断是否已经传输过数据而没有接收到，降低了数据的传输量，对仪器的设备要求更低，节省了制造的成本。

实施例二：

实施例二与实施例一的不同仅在于，本方案中的电源管理模块采用MP2161A芯片，MP2161A，工作电压2.5V-6.5V,工作最大电流2A，最大漏电流100nA最大静态电流17uA。相比于采用MP1584芯片，MP2161A是LDO芯片，以线性方式控制导通元件的导通，以调节输出电压，提供准确且无噪声的输出电压，能快速因应输出端的负载变化，更加适合需要低噪声、低电流及低VIN/VOUT的情况，使监测仪器的响应速度更快，且能够满足监测仪器进行实时监测的需求，且能耗较低。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种基坑土压力自动监测仪器，其特征在于，包括埋在地下的振弦传感器和设置在地面上的采集箱，还包括集成盒，所述振弦传感器通过导线接到地面上与采集箱电性连接，所述集成盒与采集箱电性连接；所述集成盒中集成有电性连接的MCU模块，以及分别与MCU模块电性连接的短距离无线通信模块和振弦读数模块；所述集成盒包括盒体和对立设置在盒体两侧的连接板，所述连接板设有多个腰形孔。

2.根据权利要求1所述的一种基坑土压力自动监测仪器，其特征在于，所述集成盒中还设有与MCU模块连接的太阳能管理模块。

3.根据权利要求1所述的一种基坑土压力自动监测仪器，其特征在于，所述集成盒中还设有与MCU模块连接的电源管理模块。

4.根据权利要求1所述的一种基坑土压力自动监测仪器，其特征在于，所述集成盒中还设有与MCU模块连接的数据存储模块。

5.根据权利要求3所述的一种基坑土压力自动监测仪器，其特征在于，所述电源管理模块为MP1584A芯片。

6.根据权利要求3所述的一种基坑土压力自动监测仪器，其特征在于，所述电源管理模块为MP2161芯片。

7.根据权利要求1所述的一种基坑土压力自动监测仪器，其特征在于，所述振弦读数模块包括VM501芯片，所述短距离无线通信模块为LORA模块。

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