嵌入式工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工程安全動態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種嵌入式工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集儀。
【背景技術(shù)】
[0002]為了對水利工程邊坡、堤防進(jìn)行滲流、位移、變形等進(jìn)行動態(tài)檢測，目前水利檢測通常采用工程安全動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。常規(guī)的工程安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)多采用用戶自行攜帶的筆記本電腦在現(xiàn)場設(shè)置修改系統(tǒng)參數(shù)、添加端口、查看數(shù)據(jù)等，給監(jiān)測系統(tǒng)的安裝、調(diào)試帶來不便，特別在監(jiān)測過程中實(shí)時調(diào)整參數(shù)、拷貝數(shù)據(jù)、查看結(jié)果及后處理更不方便，缺乏相應(yīng)的設(shè)備支持。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，設(shè)計(jì)了嵌入式工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理儀，解決了已有監(jiān)測系統(tǒng)需要攜帶筆記本電腦至現(xiàn)場進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，中期參數(shù)修改、數(shù)據(jù)采集傳輸不便等問題。
[0004]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為一種嵌入式工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理儀，包括嵌入式CPU、外設(shè)接口、顯示屏、信息輸出端口、散熱風(fēng)扇和現(xiàn)場報警設(shè)備，嵌入式CPU與外設(shè)接口、顯示屏、信息輸出端口外設(shè)接口分別連接，外設(shè)接口包括RS232接口和RS485接口，RS485接口連接從傳感器采集數(shù)據(jù)的采集模塊，RS232接口連接遠(yuǎn)程的上位機(jī)，信息輸出端口分別連接散熱風(fēng)扇和現(xiàn)場報警設(shè)備。
[0005]而且，所述采集模塊集成設(shè)置在嵌入式工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理儀中。
[0006]而且，所述采集模塊設(shè)置在傳感器附近，嵌入式工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理儀和采集模塊遠(yuǎn)距離連接。
[0007]而且，所述采集模塊包括CPU、6路光電隔離器、通信接口、ADC、可編程儀表放大器、模擬電子開關(guān)、振弦信號或其他脈沖信號放大整形電路、振弦信號或其他脈沖信號選擇器、內(nèi)部激勵源、內(nèi)部激勵源選擇開關(guān)、內(nèi)外激勵選擇、傳感器輸入的多路通道和相應(yīng)的繼電器輸入多路開關(guān)；所述6路光電隔離器分別記為光電隔離器1、光電隔離器2、光電隔離器
3、光電隔離器4、光電隔離器5和光電隔離器6，CPU與6路光電隔離器、通信接口、繼電器輸入多路開關(guān)分別連接，繼電器輸入多路開關(guān)連接通道；
[0008]光電隔離器I經(jīng)ADC連接可編程儀表放大器的輸出端，光電隔離器2連接可編程儀表放大器的控制端，可編程儀表放大器的輸入端連接模擬電子開關(guān)的輸出端，光電隔離器3連接模擬電子開關(guān)的控制端，模擬電子開關(guān)的輸入端連接繼電器輸入多路開關(guān)；
[0009]光電隔離器5連接振弦信號或其他脈沖信號選擇器的控制端，振弦信號或其他脈沖信號選擇器的輸出端連接振弦信號或其他脈沖信號放大整形電路的輸入端，振弦信號或其他脈沖信號放大整形電路的輸出端連接光電隔離器4，振弦信號或其他脈沖信號選擇器的輸入端連接繼電器輸入多路開關(guān)；
[0010]內(nèi)部激勵源的輸出連接內(nèi)部激勵源選擇開關(guān)，光電隔離器6連接內(nèi)部激勵源選擇開關(guān)，內(nèi)部激勵源選擇開關(guān)連接內(nèi)外激勵選擇的一個觸點(diǎn)，外部激勵輸入連接內(nèi)外激勵選擇的另一個觸點(diǎn)，內(nèi)外激勵選擇連接繼電器輸入多路開關(guān)。
[0011]而且，所述多路通道包括五個通道，每個通道由四個接線端子組成，通過接線端子與傳感器連接。
[0012]本實(shí)用新型提供一種便捷、穩(wěn)定、可靠的適用于工程安全實(shí)時動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理儀，為監(jiān)測系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和便捷操作提供設(shè)備支撐，具有高效節(jié)能與高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，組態(tài)靈活，使用方便；接口豐富，滿足多功能需求，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸功能。通過集成或遠(yuǎn)距離連接采集模塊，支持采集模塊同一端口接不同傳感器，支持用戶根據(jù)需要調(diào)整傳感器接入通道；支持用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(就地)信息配置。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的采集模塊結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0016]本實(shí)用新型提供的嵌入式工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理儀用于支持進(jìn)行現(xiàn)場控制，采集處理儀主要包括嵌入式CPU、外設(shè)接口和顯示屏，嵌入式CPU采用ARM CPU，外設(shè)接口可包括一個RS232接口和一個RS485接口，RS232接口用于連接電腦或其他近距離設(shè)備或外接GPRS模塊，通過外接GPRS模塊可方便地與上位機(jī)例如遠(yuǎn)程服務(wù)器通信；RS485接口用于連接采集模塊，可支持遠(yuǎn)距離通訊。具體實(shí)施時還可以擴(kuò)展設(shè)置其他接口，例如一個用于連接局域網(wǎng)的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口、一個USB接口(H0ST2.0主從通訊，主接口)。參見圖1，實(shí)施例中，以嵌入式CPU為中心設(shè)置了觸摸式按鍵、液晶屏、SD存儲卡、RS232和RS485接口，并且通過信息輸出端口擴(kuò)展設(shè)置了散熱風(fēng)扇和現(xiàn)場報警設(shè)備(例如報警器)，可以支持設(shè)備散熱和報警提示。通常還需要提供相應(yīng)電源模塊DC/DC，以便將24V外接電源轉(zhuǎn)換為工作電源。信息輸出端口具體實(shí)施時也可采用RS485接口提供。
[0017]具體實(shí)施時，嵌入式CPU可采用低功耗ARM CORTEX A8 600MHZ，功能齊全，采樣速度快、運(yùn)行效率高；存貯可采用大容量固態(tài)電子硬盤，防塵防震動，存貯速度快，穩(wěn)定性可靠性高。
[0018]采集處理儀可以連接多個采集模塊，因?yàn)楹托畔⑤敵龆丝谝部刹捎肦S485接口，一般不超過98個，如圖1中實(shí)施例的采集處理儀連接了 98個采集模塊。所述采集模塊從現(xiàn)場設(shè)置的傳感器采集數(shù)據(jù)。
[0019]針對監(jiān)測傳感器布置較為集中、監(jiān)測斷面距離較近的工況，所有采集模塊可以集成在采集處理儀中，一起置于監(jiān)測基站；針對監(jiān)測傳感器布置較為分散或監(jiān)測斷面距離較遠(yuǎn)(例如多4 Om)的工況，將各個采集模塊就近布置于監(jiān)測傳感器附近，采集處理儀設(shè)于監(jiān)測基站處，各個采集模塊通過RS485數(shù)據(jù)線與監(jiān)測基站處采集處理儀相連接。
[0020]基于本實(shí)用新型提供的嵌入式工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理儀裝置，通過采集處理儀和采集模塊、GPRS傳輸模塊的通信連接，可支持實(shí)現(xiàn)傳感器參數(shù)的配置、數(shù)據(jù)自動化采集、定點(diǎn)持續(xù)采樣、數(shù)據(jù)備份存貯、遠(yuǎn)程無線傳輸、傳感器模擬信號的解析、數(shù)據(jù)后處理、現(xiàn)場報警設(shè)備啟動等功能，主要是通過集成或遠(yuǎn)距離連接采集模塊，支持采集模塊同一端口接不同傳感器，支持用戶根據(jù)需要調(diào)整傳感器接入通道；支持用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(就地)信息配置，例如采樣周期、數(shù)據(jù)存貯、傳感器的參數(shù)配置等。具體實(shí)施時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利用Linux操作系統(tǒng)，自行設(shè)定嵌入式數(shù)據(jù)采集處理儀的用戶操作界面。本實(shí)用新型只提供硬件設(shè)計(jì)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以自行根據(jù)需要使用采集處理儀裝置，設(shè)定其工作方式和內(nèi)容，例如:
[0021]設(shè)定支持多模式工作方式:支持時間觸發(fā)、事件觸發(fā)及休眠模式等三種工作模式。其中，I)事件觸發(fā)模式。當(dāng)采集處理儀收到遠(yuǎn)程的中央控制服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請求指令后，立即啟動數(shù)據(jù)采集、傳輸程序，完成操作后轉(zhuǎn)入休眠模式；2)時間觸發(fā)模式:根據(jù)設(shè)置好的工作時間，啟動數(shù)據(jù)采集、傳輸程序，完成操作后轉(zhuǎn)入休眠模式；3)休眠模式:無工作任務(wù)時進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低能量損耗。
[0022]嵌入式工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理儀的工作任務(wù)可為:
[0023]I)嵌入式CPU定時對采集模塊發(fā)出命令，讀取其所測數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，存儲于SD卡中，以便查詢歷史數(shù)據(jù)和備份數(shù)據(jù)。
[0024]2)嵌入式CPU響應(yīng)操作人員的觸控按鍵操作或者遠(yuǎn)程服務(wù)器的命令，并將指令通過RS485總線下發(fā)給相應(yīng)的采集模塊或散熱風(fēng)扇、現(xiàn)場報警設(shè)備。
[0025]3)嵌入式CPU通過RS232通訊端口，將采集到的采集模塊的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS模塊，GPRS模塊通過公用通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程的上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)的上傳任務(wù)。
[0026]常規(guī)的監(jiān)測系統(tǒng)是通過上位機(jī)(計(jì)算機(jī)、服務(wù)器)直接設(shè)置和控制監(jiān)測系統(tǒng)，本系統(tǒng)的嵌入式安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理儀可以代替上位機(jī)，支持用戶直接在監(jiān)測系統(tǒng)的顯示屏幕上設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，按設(shè)置實(shí)現(xiàn)控制和數(shù)據(jù)采集、存儲和處理功能，設(shè)置完成后，可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)保存到上位機(jī)，上位機(jī)通過讀入采集儀配置數(shù)據(jù)；也可通過上位機(jī)配置系統(tǒng)數(shù)據(jù)后，下載入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀，完成系統(tǒng)配置。由于水利工程的監(jiān)控目標(biāo)通常涉及地域范圍大，可以分區(qū)域布設(shè)作為監(jiān)控單元的現(xiàn)場基站，本領(lǐng)域通常稱為“自動測量單元”，各基站處分別設(shè)置采集處理儀，一個區(qū)域內(nèi)有多個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)有相應(yīng)數(shù)據(jù)采集模塊，某區(qū)域的所有測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集模塊上傳傳感器數(shù)據(jù)到該區(qū)域的采集處理儀，所有采集處理儀將各自從相連的數(shù)據(jù)采集模塊獲取的數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程上位機(jī)集中管理。
[0027]便于實(shí)施參考起見，提供實(shí)施例的采集模塊結(jié)構(gòu)說明如下:
[0028]參見圖2，所述采集模塊包括CPU、6路光電隔離器、通信接口、ADC、可編程儀表放大器、模擬電子開關(guān)、振弦信號或其他脈沖信號放大整形電路、振弦信號或其他脈沖信號選擇器、內(nèi)部激勵源、內(nèi)部激勵源選擇開關(guān)、內(nèi)外激勵選擇、傳感器輸入的多路通道和相應(yīng)的繼電器輸入多路開關(guān)；所述6路光電隔離器分別記為光電隔離器1、光電隔離器2、光電隔離器3、光電隔離器4、光電隔離器5和光電隔離器6，CPU與6路光電隔離器、通信接口、繼電器輸入多路開關(guān)分別連接，繼電器輸入多路開關(guān)連接通道；
[0029]光電隔離器I經(jīng)ADC連接可編程儀表放大器的輸出端，