一種重載鐵路橋梁監(jiān)測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于3G通信網絡的分布式重載鐵路橋梁健康監(jiān)測系統，屬于橋梁技術領域。
【背景技術】
[0002]橋梁健康監(jiān)測技術是指利用信息技術手段獲取橋梁振動狀態(tài)下的技術參數，并對技術參數進行綜合建模分析，從而對橋梁的健康狀態(tài)進行評估和預警的專門技術。我國既有鐵路橋涵建設年代跨度大，設計、建設標準不一，結構類型多樣，狀態(tài)差異大，對橋梁進行有效的健康監(jiān)測是保證鐵路運輸安全的重要措施。近年來，大型橋梁健康監(jiān)測裝置大多采用工業(yè)集散測控架構模型，所有監(jiān)測數據經簡單預處理后均交給上層數據中心進行處理，造成數據中心處理任務繁重，且具有可靠性差，信息協同能力弱等缺點，難以適應大型運輸線路的多對象健康監(jiān)測需求。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種重載鐵路橋梁監(jiān)測系統，以滿足大型運輸線路的監(jiān)測需要。
[0004]本實用新型所述問題是以下述技術方案實現的:
[0005]一種重載鐵路橋梁監(jiān)測系統，構成中包括中心計算機、中心控制器和多個信息采集單元，每個信息采集單元的輸入端接對應的橋梁監(jiān)測傳感器，所述中心控制器通過以太網獲取各個信息采集單元發(fā)送的監(jiān)測信息，并通過3G網絡和互聯網將監(jiān)測信息上傳至中心計算機。
[0006]上述重載鐵路橋梁監(jiān)測系統，所述信息采集單元包括主處理器、從處理器、單元以太網接口芯片、單元網絡變壓器、A/D轉換器、GPS模塊和多個信號調理電路，所述單元以太網接口芯片接于主處理器的通信接口上并通過單元網絡變壓器與網絡插座連接；所述從處理器通過SPORT接口和IIC接口與主處理器連接并通過SPI接口與A/D轉換器連接，所述GPS模塊的RXD和TXD端分別接從處理器的TXD和RXD端，每個信號調理電路的輸入端接對應的橋梁監(jiān)測傳感器，輸出端接A/D轉換器的信號輸入端。
[0007]上述重載鐵路橋梁監(jiān)測系統，所述中心控制器包括中心處理器、USB Host控制器、3G模塊、中心以太網接口芯片和中心網絡變壓器，所述3G模塊通過USB Host控制器與中心處理器連接，所述中心以太網接口芯片接于中心處理器的通信接口上并通過中心網絡變壓器與網絡插座連接。
[0008]上述重載鐵路橋梁監(jiān)測系統，所述信號調理電路包括抗混濾波器、差分驅動器和兩個精密儀表放大器，第一精密儀表放大器的輸入端接橋梁監(jiān)測傳感器，輸出端依次經電阻、抗混濾波器和第二精密儀表放大器接差分驅動器的VIN+端，所述差分驅動器的VIN-端接參考電壓，輸出端接A/D轉換器的差分信號輸入端。
[0009]上述重載鐵路橋梁監(jiān)測系統，所述信號調理電路還包括多路模擬開關，所述多路模擬開關的三個輸入端分別接參考電壓、電源負極和第一精密儀表放大器的輸出端，輸出端接抗混濾波器的輸入端，多路模擬開關的控制端接從處理器的控制信號輸出端。
[0010]上述重載鐵路橋梁監(jiān)測系統，所述中心控制器與各個信息采集單元之間也可以通過無線局域網通訊。
[0011]本實用新型的信息采集單元采用主從式雙DSP結構，可在采集數據的同時對數據進行處理，信息采集單元僅把數據上傳到中心計算機，這樣既緩解了中心計算機處理壓力，同時還解決了傳統橋梁監(jiān)測裝置的帶寬問題，能夠滿足大型運輸線路的監(jiān)測需要。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0013]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0014]圖2為中心控制器的電原理圖；
[0015]圖3為信息采集單元的電原理圖；
[0016]圖4為信號調理電路的電原理圖。
[0017]圖中各標號為:U1、中心處理器，U2、USB Host控制器，U3、3G模塊，U4、中心以太網接口芯片，U5、中心網絡變壓器，U6、主處理器，U7、單元以太網接口芯片，U8、單元網絡變壓器，U9、從處理器，U10、A/D轉換器，UlUGPS模塊，U12、抗混濾波器，U13、差分驅動器，U14、多路模擬開關，TLl?TL4、第一信號調理電路?第四信號調理電路，F1、第一精密儀表放大器，F2、第二精密儀表放大器，R、電阻。
【具體實施方式】
[0018]本實用新型提供了一種使用3G網絡的重載鐵路橋梁監(jiān)測系統，解決了現有系統中采用工業(yè)集散測控架構，可靠性低，信息協同能力弱，極度依賴控制中心的問題，實現了系統的移植性、可重組性、遠程和分散化。
[0019]重載鐵路橋梁健康監(jiān)測系統采用三層分布式結構，信息采集單元負責數據的采集與本地處理，中心控制器負責現場數據的上傳和控制命令的下傳，中心計算機負責接收數據并實時顯示狀態(tài)曲線。分布式橋梁監(jiān)測系統的結構框圖如圖1所示。
[0020]中心控制器和信息采集單元之間通過IEEE802.llb/g連接，而中心控制器和中心計算機之間通過3G網絡連接。
[0021]信息采集單元是監(jiān)測系統的核心，負責現場數據的處理和上傳，并能夠接收后臺服務器發(fā)送過來的控制指令。信息采集單元采用主從式雙DSP結構，主控系統處理器稱之為主處理器，A/D系統的處理器稱之為從處理器。主處理器U6負責數據及命令的收發(fā)、數據存儲、系統自診斷等工作，從處理器U9負責A/D采集、GPS同步、應變調理板控制等工作。二者通過高速同步串行外設接口(Synchronous Serial Peripheral Port，SPORT)和通用輸入輸出接口(General-purpose Input/Output，GP10)進行數據交換。在物理結構上，信息采集單元采用雙電路板結構，二者在電氣上采用變壓器隔離方式，避免主控系統與A/D系統的互相干擾。
[0022]主從式雙DSP設計
[0023]主處理器U6和從處理器U9均采用BF536處理器，主從處理器之間的數據交換包括兩部分:采集數據和控制命令。二者之間的通訊包括兩個信道:使用SPORT接口實現A/D到主控的數據傳輸和使用IIC接口實現主控到A/D的控制命令傳輸。二者之間的通訊接口如圖3所示?？刂泼畎▽/D采集通道的參數設置，比如采樣頻率、濾波參數、處理方式等。主控系統通過GP10_INT通知從處理器，從處理器一旦收到GP10_INT中斷后即進入IIC通訊模式，主處理器通過2個GP1管腳模擬IIC的時序，把命令發(fā)送給從處理器。從處理器每次把Is的數據發(fā)送給主處理器，同樣在每次發(fā)送數據前，從處理器通過GP10_INT2中斷主處理器，收到中斷后主處理器進入接收模式，使能DMA中斷，啟動DMA傳輸。DMA傳輸完成后觸發(fā)DMA中斷，通知主處理器讀取緩沖區(qū)中的數據，然后禁止DMA。
[0024]主控系統設計
[0025]主控系統是基于ADI公司Blackfin處理器的嵌入式系統，由處理器最小系統和外圍接口組成。主控系統的硬件配置如下:
[0026]I CPU:ADI BF536 DSP，主頻 400MHz ;
[0027]I 存儲器:4MB Flash，32MB SDRAM (圖中未畫出)；
[0028]I串口:2個UART，I個用于系統調試，I個用于GPRS或者擴展RS485設備；
[0029]I以太網:10/100M自適應以太網；
[0030]I無線網絡；
[0031]η ΙΕΕΕ802.11 b/g 無線局域網；
[0032]n CDMA2000 EVDO 3G 網絡；
[0033]I 存儲:2G CF 卡；
[0034]I D1:1路磁鋼信號輸入；
[0035]I電壓監(jiān)測:主電壓小于8.2伏報警(圖中未畫出)；
[0036]以太網通訊接口
[0037]信息采集單元的以太網接口電路由主處理器U6、單元以太網接口芯片U7和單元網絡變壓器U8以及網絡插座組成。中心控制器的以太網接口電路由中心處理器U1、中心以太網接口芯片U4和中心網絡變壓器U5組成。
[0038]X網絡接口
[0039]3G通訊接口電路由中心處理器UUUSB Host控制器U