專利名稱：一種隧道環(huán)境檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及環(huán)境檢測裝置，更具體的說，涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)和LABVIEW技術(shù)的隧道環(huán)境檢測裝置。
背景技術(shù)：
公路隧道屬公路特殊構(gòu)造物，是公路交通的咽喉路段，其運行環(huán)境直接影響著隧道所在路段的整體交通狀況，關(guān)系著交通服務(wù)水平的高低。目前，大部分環(huán)境監(jiān)測通常在通用傳感器控制模塊上面通過有線串口方式得到環(huán)境數(shù)據(jù)，布線困難、價格較高、不能實時監(jiān)控。對公路隧道環(huán)境因素的檢測自動化程度很低，大多通過采用特定的檢測儀定點、定時檢測來實現(xiàn)。這種方法一方面具有時間上的約束性，不能對公路隧道環(huán)境進行24小時的檢測；另一方面，需要人工操作，在惡劣環(huán)境中則很難完成。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)一種用于隧道環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)測的裝置，提供一種能從數(shù)據(jù)的本地進行采集，到遠程進行實時、準確的數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析，并通過主控單元根據(jù)實際情況合理控制采集時間間隔，從而提高監(jiān)測效率、監(jiān)測質(zhì)量，延長監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為一種隧道環(huán)境檢測裝置，包括信息采集和傳輸模塊、主控制模塊、監(jiān)控和信息發(fā)布模塊；所述的信息采集和傳輸模塊的包括設(shè)置于隧道內(nèi)采集環(huán)境數(shù)據(jù)的環(huán)境采集傳感器，處理環(huán)境數(shù)據(jù)的MCU處理單元，以及將環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送至主控制模塊的發(fā)送單元；所述的主控制模塊包括接收環(huán)境數(shù)據(jù)的接收單元，處理總環(huán)境數(shù)據(jù)的主MCU單元，與主MCU單元連接的電源單元、時鐘單元、存儲單元、顯示模塊和報警單元，以及將環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控和信息發(fā)布模塊的GPRS模塊單元。所述的監(jiān)控和信息發(fā)布模塊包括移動移動通信網(wǎng)絡(luò)，Internet網(wǎng)絡(luò)和手機終端以及監(jiān)控中心。所述的GPRS模塊單元和監(jiān)控中心在出現(xiàn)異常情況下自動將隧道環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送至手機終。所述的信息采集和傳輸模塊沿隧道設(shè)有多個，每個信息采集和傳輸模塊的環(huán)境采集傳感器包括用于檢測溫度、濕度、CO濃度以及車流量的傳感器。所述的MCU處理單元為單片機PIC16F883，發(fā)送單元由基于2530的DRF1605H模塊以及傳感器和電源管理模塊組成；所述的主MCU單元的處理器與GPRS模塊單元采用串口RS232實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，GPRS模塊單元與上位機采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，所述的上位機界面由基于LABVIEW的可視化界面構(gòu)成。所述的主控制模塊中的GPRS模塊單元由北京天同誠業(yè)科技有限公司提供的WG-8010 GPRS DTU芯片。主控制模塊中主MCU單元包括單片機MSP430F149和GPRS — DTU模塊，且均設(shè)置有通信接口 RS232，通信接口 RS232之間通過RS232串口線連接。所述的信息采集和傳輸模塊的電源管理模塊采用電池供電，所用電壓轉(zhuǎn)換芯片為MAX756。所述的存儲單元(6)為SDK卡存儲單元，所述的時鐘單元(8)為美國DALLAS公司的DS12887芯片。本實用新型的優(yōu)點在于1、能準確實時顯示溫度、濕度、CO濃度以及車流量等環(huán)境信息，并根據(jù)需要合理控制信息采集的周期和發(fā)送頻率，保證監(jiān)控質(zhì)量的同時提高了檢測效率，減小了能量損耗，延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期；2、大容量的存儲單元當系統(tǒng)的供電出現(xiàn)問題或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，它能夠保存外部采集數(shù)據(jù)以及用戶的設(shè)置信息。本實用新型采用基于SD卡讀寫存儲模塊，通過主控MCU進行采集數(shù)據(jù)的存儲，使得存儲更加方便、存儲時間更長、容量更大。3、隧道內(nèi)的信息采集網(wǎng)絡(luò)使用的WSN網(wǎng)絡(luò)，具有很強的自組織自愈功能，特別適合復(fù)雜的交通環(huán)境中，增加或者刪除節(jié)點，節(jié)點的位置發(fā)生變化，節(jié)點發(fā)生故障等，網(wǎng)絡(luò)能夠進行自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的調(diào)整，無需進行人工干預(yù)，保證整個系統(tǒng)仍然能夠正常工作。4、本主控模塊采用LED點陣進行顯示，通過主控MCU——MSP430向LED控制卡發(fā)送顯示信息和信息顯示配置信息，LED控制卡上的STM32芯片通過譯碼器和移位寄存器控制LED的顯示。5、多種模式并存，本系統(tǒng)采用支持GPRS/GSM的WG-8010 GPRS DTU模塊該方案的優(yōu)點是當需要進行正常的采集數(shù)據(jù)傳輸時通過GPRS/Internet傳輸至上位機，當檢測到異常情況時還必須通過GSM的SMS進行傳送，采用GPRS/ GSM混合通訊可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾耘c實時性同時節(jié)省通信成本、提高了監(jiān)控的效率和質(zhì)量。

下面對本實用新型說明書中每幅附圖表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明圖1為隧道環(huán)境檢測裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2主控制模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為圖1中信息采集和傳輸模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4為圖1中信息采集和傳輸模塊的電源供給模塊原理圖；圖5系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖；上述圖中的標記均為1、環(huán)境采集傳感器；2、MCU處理單元；3、發(fā)送單元；4、接收模塊；5、主MCU單元；6、存儲單元；7、顯示模塊和報警單元；8、時鐘單元；9、電源單元；10、GPRS模塊單元；11、移動通信網(wǎng)絡(luò)；12、Internet網(wǎng)絡(luò)；13、監(jiān)控中心；14、手機終端；
具體實施方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，本實用新型的具體實施方式
如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。本實用新型是一種基于物聯(lián)網(wǎng)和LABVIEW技術(shù)的隧道環(huán)境檢測裝置，其對公路隧道環(huán)境可以進行全天候檢測區(qū)域溫度、濕度以及CO濃度、車流量等具有代表性的若干影響因素信息，使管理者可以采取一定的措施來減小隧道內(nèi)交通事故的發(fā)生概率并積極應(yīng)對各類突發(fā)事件，同時可通過Internet和移動網(wǎng)發(fā)布該隧道路況信息為智能交通提供信息支持。具體參見圖1可知，隧道環(huán)境檢測裝置，包括信息采集和傳輸模塊、主控制模塊、監(jiān)控和信息發(fā)布模塊。信息采集和傳輸模塊的包括環(huán)境采集傳感器1、MCU處理單元2和發(fā)送單元3，隧道環(huán)境檢測裝置中的信息采集和傳輸模塊沿隧道設(shè)有多個，實行點信號采集，每個信息采集和傳輸模塊的環(huán)境采集傳感器I包括用于檢測溫度、濕度、CO濃度以及車流量的傳感器，環(huán)境采集傳感器I將采集的信號輸送至MCU處理單元2，經(jīng)其處理后輸送至發(fā)送單元3，由 發(fā)送單元3將隧道該點環(huán)境信息發(fā)送至主控制模塊。主控制模塊為總的信號處理裝置，其收集隧道環(huán)境檢測裝置布置在隧道內(nèi)各點的信息采集和傳輸模塊的環(huán)境信息并加以分析。其包括接收單元4、主MCU單元5、電源單元9、時鐘單元8、存儲單元6、顯示模塊和報警單元7以及GPRS模塊單元10。接收單元4用于接收各個信息采集和傳輸模塊的發(fā)送單元3發(fā)出的隧道環(huán)境信息，再將采集信號輸送至主MCU單元5進行處理；電源單元9、時鐘單元8、存儲單元6、顯示模塊和報警單元7以及GPRS模塊單元10均與主MCU單元5連接。GPRS模塊單元10是通過無線網(wǎng)絡(luò)向外發(fā)出環(huán)境信號的。時鐘單元8提供的精準時鐘同時結(jié)合隧道實際的通行量對信息采集節(jié)點授權(quán)在不同的時間段(如白天和夜晚)自動切換不同的采集頻率；存儲單元6使用了基于SD卡讀寫大容量存儲模塊，當系統(tǒng)的供電出現(xiàn)問題或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，它能夠保存外部采集數(shù)據(jù)以及用戶的設(shè)置信息；顯示模塊和報警單元7的顯示模塊用顯示主控制模塊采集到的信息；電源單元9為整個主控制模塊供電。監(jiān)控和信息發(fā)布模塊的GPRS模塊單元包括接收數(shù)據(jù)信號的移動通信網(wǎng)絡(luò)11，移動通信網(wǎng)絡(luò)11將信號發(fā)送至Internet網(wǎng)絡(luò)12，也同時發(fā)發(fā)送至監(jiān)控中心13，監(jiān)控中心13將隧道環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送至手機終端14，供客戶使用。移動通信網(wǎng)絡(luò)11為移動移動通信網(wǎng)絡(luò)(GPRS/GSM)。下面對整個裝置的各個模塊結(jié)構(gòu)進行說明參見圖2可知，主控制模塊中的GPRS模塊單元由北京天同誠業(yè)科技有限公司提供WG-8010 GPRS DTU芯片。主MCU單元5由單片機MSP430F149和GPRS — DTU模塊構(gòu)成，其均設(shè)置有通信接口 RS232，通信接口 RS232之間通過RS232串口線連接。具體的說，主控制模塊有芯片由U4、U5、U6、U7、U8、U9和UlO及外圍電路構(gòu)成，U5通過U4接收到WSN搜集到的信息進行相關(guān)的處理，在時鐘芯片的配合下將數(shù)據(jù)寫入到U6模塊，同時對于特殊情況的信息除了通過GPRS/INTERNET上傳到上位機還通過SMS服務(wù)發(fā)送到相關(guān)人員的手機終端14。參見圖3可知，MCU處理單元2為單片機PIC16F883、發(fā)送單元3由單元為基于2530的DRF1605H模塊以及各種信息傳感器和電源管理模塊組成。具體的說，信息采集和傳輸模塊由芯片u1、U2和U3及外圍電路構(gòu)成，芯片U2為PIC16F883，芯片U3的型號為CC2530。Ul為各種形式的傳感器，Ul的與U2的26和25引腳相連接，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的的采集。芯片U2的18引腳、17引腳與芯片U3的TX(16)及RX(17)相連接。實現(xiàn)單片機與路由芯片的數(shù)據(jù)通信。芯片Ul的16引腳、15引腳與芯片U3的15及14相連接，實現(xiàn)單片機與路由芯片的實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送前的準備和檢測功能。本方案中的信息采集中的無線通信模塊采用Chipcon公司生產(chǎn)的符合ZigBee技術(shù)的2. 4 GHz射頻芯片CC2530。CC2530在單個芯片上整合了 ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器，使用I個8位MCU ( 8051)，具有32/ 64/ 128 KB的可編程內(nèi)存和8 KB的RAM，還包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、定時器、AES128協(xié)同處理器、看門狗定時器、32 kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路，以及21個可編程I/O引腳。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電池一般不易更換，因此電源模塊設(shè)計的依據(jù)是考慮低功耗，電源單元本身應(yīng)要盡可能少的消耗電池能量，為了充分利用電池能量，這就必須要提高電源的轉(zhuǎn)換效率，所以電池選擇非常關(guān)鍵，DC-DC轉(zhuǎn)換效率也至關(guān)重要。參見圖4可知，本裝置的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電池模塊中的電壓轉(zhuǎn)換芯片使用的是MAXM公司的DC-DC電壓轉(zhuǎn)換 芯片MAX756。所述的DC/DC電路的輸入電壓為大于等于2. 0V，經(jīng)過MAX756后提供給采集電路中的MCU芯片PIC16F883和DRF1605H穩(wěn)定的3. 3V電源電壓。參見圖5可知，本系統(tǒng)上位機界面采用基于Labview開發(fā)環(huán)境進行軟件的開發(fā)。軟件主要包括信息管理和GPRS連接兩大模塊。信息管理由注冊、登錄、參數(shù)設(shè)定、查詢、報警、打印報表等功能組成；GPRS連接包括GPRS模塊的參數(shù)設(shè)置、信息的接收和發(fā)送。注冊管理可以現(xiàn)用戶的添加、刪除和權(quán)限管理；參數(shù)設(shè)定可以設(shè)置不同的隧道環(huán)境參數(shù)值以適應(yīng)不同情況下的安全交通；數(shù)據(jù)查詢和打印報表可以選擇當前數(shù)據(jù)、每天數(shù)據(jù)、每周數(shù)據(jù)以及每月數(shù)據(jù)分別操作；當隧道環(huán)境參數(shù)值超出設(shè)定值，啟動故障報警和短信服務(wù)功能。本系統(tǒng)采用支持GPRS/GSM的WG-8010 GPRS DTU模塊，當需要進行正常的采集數(shù)據(jù)傳輸時通過GPRS/Internet傳輸至上位機，當檢測到異常情況時還必須通過GSM的SMS進行傳送，采用GPRS/ GSM混合通訊可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾耘c實時性同時節(jié)省通信成本、提高了監(jiān)控的效率和質(zhì)量。且上位機界面由基于LABVIEW的可視化界面構(gòu)成。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種隧道環(huán)境檢測裝置，包括信息采集和傳輸模塊、主控制模塊、監(jiān)控和信息發(fā)布模塊； 所述的信息采集和傳輸模塊包括設(shè)置于隧道內(nèi)采集環(huán)境數(shù)據(jù)的環(huán)境采集傳感器(1)，處理環(huán)境數(shù)據(jù)的MCU處理單元(2)，以及將環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送至主控制模塊的發(fā)送單元(3)； 所述的主控制模塊包括接收環(huán)境數(shù)據(jù)的接收單元(4)，處理總環(huán)境數(shù)據(jù)的主MCU單元(5)，與主MCU單元(5)連接的電源單元(9)、時鐘單元(8)、存儲單元(6)、顯示模塊和報警單元(7)，以及將環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控和信息發(fā)布模塊的GPRS模塊單元(10)， 所述的監(jiān)控和信息發(fā)布模塊包括移動移動通信網(wǎng)絡(luò)(11)，Internet網(wǎng)絡(luò)(12)和手機終端(14)以及監(jiān)控中心(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道環(huán)境檢測裝置，其特征在于所述的GPRS模塊單元(10)和監(jiān)控中心(13)在出現(xiàn)異常情況下自動將隧道環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送至手機終端(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的隧道環(huán)境檢測裝置，其特征在于所述的信息采集和傳輸模塊沿隧道設(shè)有多個，每個信息采集和傳輸模塊的環(huán)境采集傳感器(I)包括用于檢測溫度、濕度、CO濃度以及車流量的傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道環(huán)境檢測裝置，其特征在于所述的MCU處理單元(2)為單片機PIC16F883，發(fā)送單元(3)由基于2530的DRF1605H模塊以及傳感器和電源管理模塊組成；所述的主MCU單元(5)的處理器與GPRS模塊單元(10)采用串口 RS232實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，GPRS模塊單元(10)與上位機采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，所述的上位機界面由基于LABVIEW的可視化界面構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道環(huán)境檢測裝置，其特征在于所述的主控制模塊中的GPRS模塊單元(10)為由北京天同誠業(yè)科技有限公司提供的WG-8010 GPRS DTU芯片，主控制模塊中主MCU單元(5)包括單片機MSP430F149和GPRS — DTU模塊，且均設(shè)置有通信接口RS232，通信接口 RS232之間通過RS232串口線連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道環(huán)境檢測裝置，其特征在于所述的信息采集和傳輸模塊的電源管理模塊采用電池供電，所用電壓轉(zhuǎn)換芯片為MAX756。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道環(huán)境檢測裝置，其特征在于所述的存儲單元(6)為SDK卡存儲單元，所述的時鐘單元(8)為美國DALLAS公司的DS12887芯片。
專利摘要本實用新型揭示了一種基于物聯(lián)網(wǎng)和LABVIEW技術(shù)的隧道環(huán)境檢測裝置，包括信息采集和傳輸模塊、主控制模塊、監(jiān)控和信息發(fā)布模塊，所述信息采集和傳輸模塊包括多個無線傳感器節(jié)點，用于采集隧道內(nèi)部的溫度、濕度、CO濃度以及車流量等信息，主控制模塊將搜集到隧道信息傳送給監(jiān)控中心，在出現(xiàn)異常情況下通過已有的短信平臺，向管理用戶發(fā)送響應(yīng)的路況信息，達到智能交通的目的。本實用新型不但降低了傳統(tǒng)隧道環(huán)境檢測設(shè)備使用和維護成本，而且適用了工廠向工業(yè)化，規(guī)模化，智能化的方向發(fā)展。
文檔編號G01D21/02GK202856796SQ20122055672
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者馮友宏, 曹喜珠, 丁緒星 申請人:安徽師范大學(xué)