一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，屬于水電設備安全監(jiān)測系統(tǒng)技術領域。該監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)測終端、協(xié)調(diào)器、路由器、ZigBee 無線網(wǎng)絡節(jié)點，每個ZigBee 無線網(wǎng)絡節(jié)點等距分布在拱壩上，均包括有ZigBee 模塊、變形監(jiān)測單元、控制單元和圖像采集單元，所述圖像采集單元包括圖像拍攝模塊、圖像傳輸模塊和圖像存儲模塊，所述圖像傳輸模塊包括焦距為f1第一凸透鏡，焦距為f2 的第二雙凹透鏡，焦距為f3 的第三凸透鏡，f1/f2 的比值為?0.2 到?1.45，f1/f3 的比值為0.5 到1.3，第一凸透鏡和第二雙凹透鏡之間的距離d1 為2?7.5mm。本發(fā)明利用ZigBee 無線方式監(jiān)測拱壩的形變，功耗低，使用方便，擴展性高，具有良好的應用前景。
【專利說明】
一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，屬于水電設備安全監(jiān)測系統(tǒng)技術領域。
【背景技術】
[0002]人類修建拱壩具有悠久的歷史。早在一、二千年以前，人們就已意識到拱結構有較強的攔蓄水流的能力。近幾十年來，中國修建了許多拱壩，約占全世界已建拱壩總數(shù)的1/4強，2010年8月建成的中國云南小灣水電站，已經(jīng)成為世界上最高的拱壩。隨著壩高的不斷增加，壩體的安全性能就顯得尤為重要。
[0003]申請?zhí)枮?01320121690.7，申請日為2013年3月17日的實用新型提供一種大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，包括:埋設于大壩內(nèi)部的并隨大壩內(nèi)部變形而變形的監(jiān)測管道、一行走于該監(jiān)測管道內(nèi)并用于監(jiān)測大壩內(nèi)部變形的測量機器人以及一外部監(jiān)控系統(tǒng)，測量機器人與外部監(jiān)控系統(tǒng)之間配置有信息傳輸通道，其中，所述監(jiān)測管道包括:一內(nèi)部水平傾斜測量專用軌道，其外端與大壩基準點固定并作為垂直沉降位移的測量基準點；以及若干個設置于所述監(jiān)測管道外部的水平位移測點裝置;所述測量機器人搭載有多種測量裝置并受控制地在所述監(jiān)測管道內(nèi)行走和實時檢測所述大壩內(nèi)部變形情況。該實用新型的監(jiān)測系統(tǒng)提供一種直接測量方式，保證監(jiān)測的準確性、實時性，克服間接測量帶來的誤差。
[0004]申請?zhí)枮?01310443377.X，申請日為2013年9月23日的發(fā)明專利申請屬于位移測量技術領域，涉及的是一種拱壩變形三維位移自動化監(jiān)測方法，其是將拱壩分成η段，測得第I段端點處的三維位移值，且監(jiān)測每段端點相對于上一端點的三維變化量，根據(jù)傳遞原理即可求所有分段端點處的三維位移值。該發(fā)明簡單、可行、便于工程實施且符合實際工程監(jiān)測需要，為拱壩的三維位移自動化監(jiān)測提供了一種有效的手段，解決了原有測量方法只能監(jiān)測一維或二維的缺陷。另外，該方法結合實際壩體的變形情況，在保證測量有效性和測量精度的前提下，取消了測點平臺部位的轉角參數(shù)監(jiān)測，優(yōu)化了測量程序，簡化了測量裝置，提高了測量可靠性且降低了測量成本。
[0005]申請?zhí)枮?01410070397.1，申請日為2014年2月28日的發(fā)明專利申請公開了一種拱壩全變形監(jiān)測方法，其特征在于在拱壩某一斷面的不同高程的廊道或觀測間內(nèi)設置監(jiān)測儀器，所述的監(jiān)測儀器包括垂線監(jiān)測儀和傾斜監(jiān)測儀，并且一一對應設置;通過傾斜監(jiān)測儀器的監(jiān)測成果，計算監(jiān)測點位置上部壩體在垂線尚未安裝期間所對應的變形，以此對拱壩分段的垂線監(jiān)測成果進行修正，從而得到拱壩實際全變形。該發(fā)明成功解決了拱壩實際全變形無法監(jiān)測的問題，且已成功應用于水電工程，取得了良好的效果，實用性強。本發(fā)明改變了我國拱壩安全監(jiān)測設計和監(jiān)測方法，在拱壩中具有廣泛的市場前景和推廣價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出了一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，運用ZigBee無線通訊網(wǎng)絡，對拱壩實現(xiàn)24小時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)變形隱患，且降低了監(jiān)控成本。
[0007]本發(fā)明為解決其技術問題采用如下技術方案: 一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)測終端、協(xié)調(diào)器、路由器、ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點，每個路由器連接有η個ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點，m個路由器通過協(xié)調(diào)器與監(jiān)測終端相連接，η和m為大于I的自然數(shù)；每個ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點等距分布在拱壩上，均包括有ZigBee模塊，所述ZigBee模塊的輸出端通過天線收發(fā)器與天線相連接，所述天線與所處的路由器進行無線通訊；
所述ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點還包括有變形監(jiān)測單元、控制單元和圖像采集單元，所述變形監(jiān)測單元、控制單元和圖像采集單元分別與ZigBee模塊連接，所述變形監(jiān)測單元用于監(jiān)測節(jié)點處拱壩是否出現(xiàn)形變，所述控制單元用于接收變形監(jiān)測單元的信息并向圖像采集單元發(fā)出指令，所述圖像采集單元用于收到控制單元的指令后拍攝、傳輸、保存節(jié)點處拱壩形變圖像；
所述圖像采集單元包括圖像拍攝模塊、圖像傳輸模塊和圖像存儲模塊，所述圖像傳輸模塊包括焦距為fl第一凸透鏡，焦距為f2的第二雙凹透鏡，焦距為f3的第三凸透鏡，Π/f2的比值為-0.2到-1.45，fl/f3的比值為0.5到1.3，第一凸透鏡和第二雙凹透鏡之間的距離dl為2_7.5mm。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述第一凸透鏡的表面弧度大于所述第三凸透鏡的表面弧度。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述協(xié)調(diào)器與監(jiān)測終端通過RS232串口相連接。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述ZigBee模塊為CC2530模塊。
[0011]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述協(xié)調(diào)器采用TI公司的CC2530芯片。
[0012]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述控制單元采用嵌入式ARM7芯片。
[0013]本發(fā)明所述的一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
1、本發(fā)明可利用ZigBee無線通訊網(wǎng)絡監(jiān)測拱壩形變，對拱壩實現(xiàn)24小時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)變形位置，從而及時維護拱壩，避免不必要的安全事故的發(fā)生。
[0014]2、本發(fā)明的圖像傳輸模塊包括焦距為fl第一凸透鏡，焦距為f2的第二雙凹透鏡，焦距為f3的第三凸透鏡，fl/f2的比值為-0.2到-1.45，fl/f3的比值為0.5到1.3，第一凸透鏡和第二雙凹透鏡之間的距離dl為2-7.5mm，可以消除系統(tǒng)像差，提高圖像的分辨率。
[0015]3、本發(fā)明采用的圖像傳輸模塊為三透鏡光學系統(tǒng)，與二透鏡光學系統(tǒng)相比其消除像差能力顯者提尚。
[0016]4、本系統(tǒng)功耗低、使用方便、擴展性高，且提高了監(jiān)測的準確性。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。
[0018]一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)測終端、協(xié)調(diào)器、路由器、ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點，每個路由器連接有η個ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點，m個路由器通過協(xié)調(diào)器與監(jiān)測終端相連接，η和m為大于I的自然數(shù);每個ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點等距分布在拱壩上，均包括有ZigBee模塊，所述ZigBee模塊的輸出端通過天線收發(fā)器與天線相連接，所述天線與所處的路由器進行無線通訊；
所述ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點還包括有變形監(jiān)測單元、控制單元和圖像采集單元，所述變形監(jiān)測單元、控制單元和圖像采集單元分別與ZigBee模塊連接，所述變形監(jiān)測單元用于監(jiān)測節(jié)點處拱壩是否出現(xiàn)形變，所述控制單元用于接收變形監(jiān)測單元的信息并向圖像采集單元發(fā)出指令，所述圖像采集單元用于收到控制單元的指令后拍攝、傳輸、保存節(jié)點處拱壩形變圖像；
所述圖像采集單元包括圖像拍攝模塊、圖像傳輸模塊和圖像存儲模塊，所述圖像傳輸模塊包括焦距為fl第一凸透鏡，焦距為f2的第二雙凹透鏡，焦距為f3的第三凸透鏡，Π/f2的比值為-0.2到-1.45，fl/f3的比值為0.5到1.3，第一凸透鏡和第二雙凹透鏡之間的距離dl為2_7.5mm。
[0019]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述第一凸透鏡的表面弧度大于所述第三凸透鏡的表面弧度。
[0020]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述協(xié)調(diào)器與監(jiān)測終端通過RS232串口相連接。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述ZigBee模塊為CC2530模塊。
[0022]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述協(xié)調(diào)器采用TI公司的CC2530芯片。
[0023]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述控制單元采用嵌入式ARM7芯片。
[0024]本發(fā)明的圖像傳輸模塊包括焦距為fl第一凸透鏡，焦距為f2的第二雙凹透鏡，焦距為f3的第三凸透鏡，fl/f2的比值為-0.2到-1.45，fl/f3的比值為0.5到1.3，第一凸透鏡和第二雙凹透鏡之間的距離dl為2-7.5mm，可以消除系統(tǒng)像差，提高圖像的分辨率。
[0025]本發(fā)明采用的圖像傳輸模塊為三透鏡光學系統(tǒng)，與二透鏡光學系統(tǒng)相比其消除像差能力顯著提高，實踐表面具有本發(fā)明上述結構成像質(zhì)量較高。
[0026]本發(fā)明運用ZigBee無線通訊網(wǎng)絡，對拱壩實現(xiàn)24小時監(jiān)控.ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。ZigBee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡平臺，在整個網(wǎng)絡范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡節(jié)點間的距離可以從標準的75m無限擴展。
[0027]ZigBee的特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規(guī)定。ZigBee網(wǎng)絡主要特點是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點、支持多種網(wǎng)絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡中的設備可分為協(xié)調(diào)器(Coordinator )、匯聚節(jié)點(Router )、傳感器節(jié)點(EndDevice)等三種角色。
[0028]本發(fā)明可利用ZigBee無線通訊網(wǎng)絡監(jiān)測拱壩形變，對拱壩實現(xiàn)24小時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)變形位置，從而及時維護拱壩，避免不必要的安全事故的發(fā)生。
[0029]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)測終端、協(xié)調(diào)器、路由器、ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點，每個路由器連接有η個ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點，m個路由器通過協(xié)調(diào)器與監(jiān)測終端相連接，η和m為大于I的自然數(shù);每個ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點等距分布在拱壩上，均包括有ZigBee模塊，所述ZigBee模塊的輸出端通過天線收發(fā)器與天線相連接，所述天線與所處的路由器進行無線通訊； 所述ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點還包括有變形監(jiān)測單元、控制單元和圖像采集單元，所述變形監(jiān)測單元、控制單元和圖像采集單元分別與ZigBee模塊連接，所述變形監(jiān)測單元用于監(jiān)測節(jié)點處拱壩是否出現(xiàn)形變，所述控制單元用于接收變形監(jiān)測單元的信息并向圖像采集單元發(fā)出指令，所述圖像采集單元用于收到控制單元的指令后拍攝、傳輸、保存節(jié)點處拱壩形變圖像； 其特征在于，所述圖像采集單元包括圖像拍攝模塊、圖像傳輸模塊和圖像存儲模塊，所述圖像傳輸模塊包括焦距為fl第一凸透鏡，焦距為f2的第二雙凹透鏡，焦距為f3的第三凸透鏡，fl/f2的比值為-0.2到-1.45，fl/f3的比值為0.5到1.3，第一凸透鏡和第二雙凹透鏡之間的距離dl為2-7.5mm。2.根據(jù)權利要求1所述的一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器與監(jiān)測終端通過RS232串口相連接。3.根據(jù)權利要求1所述的一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述ZigBee模塊為CC2530豐旲塊。4.根據(jù)權利要求1所述的一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器采用TI公司的CC2530 芯片。5.根據(jù)權利要求1所述的一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元采用嵌入式ARM7芯片。6.根據(jù)權利要求1所述的一種拱壩監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述第一凸透鏡的表面弧度大于所述第三凸透鏡的表面弧度。
【文檔編號】G08C17/02GK105865362SQ201610212020
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】張瑜, 陳黛文, 李進榮
【申請人】蘇州玄禾物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司