土木工程结构健康状态远程监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种土木工程结构健康状态远程监测系统，其能及时掌握土木工程的健康状况，保护量测技术人员的安全，降低劳动强度和监测费用，缩短工作时间，提高效率，实现多点同步监测。本实用新型专利技术包括上位机和下位机，上位机与下位机通过通信系统连接，下位机包括测量模块，测量模块分别与通信系统和分线器连接，分线器与传感器连接。测量模块包括单片机，单片机上分别连有脉冲形成电路、滤波放大电路、键盘、存储器、时钟电路、通信电路、显示屏和温度传感器，单片机、脉冲形成电路和滤波放大电路均与分线器连接。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

土木工程结构健康状态远程监测系统一、
本技术涉及一种结构监测系统，尤其是涉及一种土木工程结构健康状 态远程监测系统。二、
技术介绍
在道路、桥梁、隧道等大型土木工程中，远程和超远程监测工程健康状态 一直是业界梦寐以求的有效手段。特别是随着国民经济的飞速发展、西部的建 设与开发，出现了很多前所未有的长、大、高、深、特、危工程，这些工程建 设中一个重要的组成部分就是工程结构力学状态的监测，比如，压力、应变、 距离、温度、湿度、烟度等。由于这些工程所处的地理位置和环境不好，比如， 海拔高、空气稀薄、含氧量低、温度低等，给数据监测带来了很大困难。而且即使工程竣工，监测工作还要持续两、三年。比如，雀儿山隧道，海拔4千多 米，空气稀薄、含氧量低，每次量测都要背负氧气在现场步行数公里，耗时几 小时才能完成。针对上述情况，若不能实现几公里的远程和几十公里或几百公 里S至上千公里的超远程监测，其监测工作的困难程度简直难以想象。另外， 像特高桥墩、特深基坑、隧道支护结构、滑坡报警等现场量测也急需这样的量 測技术，因此相关技术的研究和系统的开发具有较好应用需求和市场前景。三、
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种土木工程结构健康状态远程监测系统，其 能及时掌握土木工程的健康状况，保护量测技术人员的安全，极大地降低劳动 强度和监测费用，縮短工作时间，提高效率，并可实现多点同步监测。为实现上述目的，本技术采用的技术方案为一种土木工程结构健康状态远程监测系统，其特征在于包括上位机和下 位机，上位机与下位机通过通信系统连接，下位机由测量模块构成，测量模块 分别与通信系统和分线器连接，分线器与传感器连接。上位机由一台通用PC计算机(台式或笔记本均可)构成。要求使用windows2000及以上操作系统，256M 及以上内存，600MHz及以上主频。下位机(测量模块)包括单片机，单片机上分别连有脉冲形成电路、滤波 放大电路、键盘、存储器、时钟电路、通信电路、显示屏和温度传感器，单片 机、脉冲形成电路和滤波放大电路均与分线器连接。与现有技术相比，本技术具有的优点和效果如下1. 及时掌握土木工程的健康状况。在目前很多长、大、高、深、特、危工 程，由于工程环境恶劣，量测条件差，许多场合量测技术人员无法到达，.使得 许多量溯无法进行，也有许多场地由于到达困难，使得量测次数减少，从而不 能及时了解到土木工程的健康状况，有了远程量测技术以后，该问题可应刃而 解。2. 保护量测技术人员的安全。在目前土木工程的监测过程中，都是监测人 员拿着测量设备亲自到现场测量。由于施工环境的复杂性以及量测人员的其它 素质(如攀登，个人防护等)的限制，时常发生量测人员的人身伤害，有了远程监测技术以后，量测人员通过远程控制就可测量，从而使得这个问题得到极 大的改善。3. 降低劳动强度和监测费用。在土木工程中，监测点通常比较多且比较分 散，这就会使监测人员在多个施工现场间来回奔波采集数据，不但劳动强度高 而且还产生大量的差旅费用。有了远程量测技术后，就可使原来需要量测人员 到达不同现场的量测工作可在一个地点进行，从而极大地降低了劳动强度，节 约了成本和时间，提高了工作效率。4. 实现了多点同步监测。在土木工程中，有些参数需要在若干个地点(现 场)同时测量。目前是由若干测量技术人员分头在不同地点按约定时间测量， 但因每个测量人员的技术水平不太一致，约定的时间不会完全一致，因此测量 出来的数据同步性就难以保证。有了远程量测技术以后，可由量测人员同时向 不同的测量点发送测量指令，从而实现了多点数据的同步测量。(注虽然短信通信方式会有一点时间差，但完全可以满足工程需要，而GPRS则可保证更精确的同步。) 附图说明图l为本技术的系统框图2为分线器的组成框图； 图3为分线器的电路原理图； 图4为译码电路电路总体框架图； 图5为使用的CPLD示意图6为CPLD电路连接示意图；图7为CPLD芯片的程序流程图； 图8为控制器组成框图9为液晶显示器LCM141的外形图IO为本技术采用的各种通信方式示意图11为上位机软件的工作流程图12为系统的工作流程图13为系统发送数据的程序流程图14为系统接收数据的程序流程图。图中，1-上位机，2-手机，3-通信模块，4-有线或无线信道，5-通信系统， 6-下位机，7-测量模块，8-分线器，9-传感器，10-键盘，11-存储器，12-时钟 电路，13-脉冲形成电路，14-滤波放大电路，15-单片机，16-通信电路，17-显 示屏，18-温度传感器。五具体实施方式参见图l,系统主要由前端采集模块(下位机6)、通信系统5、后台管理控 制模块(上位机1)三部分构成。上位机1由一台通用PC计算机(台式或笔记 本均可)构成。上位机1与下位机6通过通信系统5连接。下位机6包括测量 模块7，测量模块7分别与通信系统5和分线器8连接，分线器8与传感器9连 接。下位机6负责采集钢弦式传感器的实时测量数据；通信系统5负责以多种 通信方式为上、下位机提供信息数据传输通道；上位机1负责数据的处理、存 储和对前端采集模块的控制。系统可分为主动式和被动式两种工作模式。主动式工作流程1、 通过下位机键盘为下位机设置定时监测方案。方案包括 一天的监测次 数和监测时刻； 一周的监测次数和监测时刻； 一月的监测次数和监测时刻。2、 启动下位机和上位机。3、 下位机自动按预置方案对传感器进行数据采集，并将数据通过通信系统主动发送给上位机。4、 一次监测任务完成。5、 返回第3步。 被动式工作流程1、 下位机处于等待状态。2、 上位机通过通信系统向下位机发送测量命令。3、 下位机收到测量命令后对传感器进行数据采集，然后将数据通过通信系 统回传给上位机。4、 一次监测任务完成。5、 返回第1步。系统的功能与特点1.测量面广。系统可以实现8个位于不同现场的测量点(可扩充)共 8*64=512个钢弦式传感器测量数据的远程采集、存储与处理。2 .多种测量。系统可采集各测量点的现场温度。3.自动测量。每个测量点传感器(最多为64个)采用自动轮巡方式接入 测量，无需人工干预。4.数据通信方式灵活。系统可以采用(1) 无线——无线方式；(2) 有线——有线方式；(3) GSM——GSM方式；(4) GSM——GSM+无线方式；(5) GSM——GSM+有线方式；(6) 无线一一无线+有线方式。其中无线方式指采用专用无线数传模块进行通信的方式，通信距离在2000m 之内；有线方式指采用485总线或电力载波进行的通信方式，通信距离在1000m 之内；GSM指采用移动公网进行的超远距离通信方式，通信距离在公网覆盖范围 之内。除了上、下位机之间可以采用上述方式通信外，系统还允许用户直接用 手机进行数据采集。4.数据处理功能完善。采集到的数据可以以文本或数据库形式长期保存； 可以自动将测量数据转换为物理量形式；可以以报表、曲线等形式输出处理结 果；可以按时间、项目名称等条件进行数据查询。参见图2，分线器是下位机的重要组件。它由测量模块控制，依次完成最多 64个传感器的接入测量任务。分线器主要由地址译码电路、驱动电路、继电器 和传感器插座构成(见图2)。主要功能是1、接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土木工程结构健康状态远程监测系统，其特征在于：包括上位机（１）和下位机（６），上位机（１）与下位机（６）通过通信系统（５）连接，下位机（６）包括测量模块（７），测量模块（７）分别与通信系统（５）和分线器（８）连接，分线器（８）与传感器（９）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建勋，张卫钢，张维峰，李钢，张守姣，程春桃，李陆彪，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]