一种基于LTECat-1的无线静力水准仪系统的制作方法

一种基于ltecat
‑
1的无线静力水准仪系统
技术领域
1.本实用新型涉及水准仪技术领域，具体涉及一种基于lte cat
‑
1的无线静力水准仪系统。


背景技术：

2.随着我国现代化进程的加快、人口数量的不断增多，对城市住房和各种建筑的需求越来越大，无论哪种建筑在建设时都需要特别注意安全问题，其中不均匀沉降问题就是必须要面对的安全问题之一。不均匀沉降是指相邻两个结构体中基础沉降量的差值，当沉降差值过大时会导致上部结构产生额外应力，产生裂缝、倾斜、倒塌等现象，是工程监测中不可忽视的一环。
3.而静力水准仪又是进行沉降测试常使用到的通用仪器，现有的嵌入式有线静力水准仪检测覆盖的范围小且准确度低，此外现有的有线静力水准仪无法将现场数据直接传输给质检中心、容易造成数据不真实等问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术问题，本实用新型通过提供一种基于lte cat
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1的无线静力水准仪系统，包括数据采集终端、数据基站以及客户端；
5.所述数据采集终端包括多个数据采集节点，一个所述数据采集节点包括压强传感器、zigbee终端以及第一微控制器，所述压强传感器的信号输出端均与信号采集器的信号输入端电连接，所述信号采集器的信号输出端与所述第一微控制器电连接，所述第一微控制器与所述zigbee终端电连接；
6.所述数据基站包括zigbee协调器、第二微控制器、wifi模块以及lte cat
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1 通讯模块，所述zigbee协调器与所述zigbee终端连接，所述zigbee协调器的输出端与所述第二微控制器的信号输入端电连接；
7.所述客户端包括现场监控端和远程监控终端；
8.所述第二微控制器的第一输出端通过所述wifi模块与所述现场监控端电连接；
9.所述第二微控制器的第二输出端通过所述lte cat
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1通讯模块与远端服务器相连，所述远端服务器与所述远程监控终端相连。
10.进一步的方案是，所述zigbee终端包括zigbee芯片、差分匹配电路、集成功放电路和平面天线；所述zigbee芯片、差分匹配电路、集成功放电路和平面天线设置在所述zigbee终端的电路基板上并依次相连；
11.所述zigbee芯片芯片用于进行zigbee模式差分信号的收发；
12.所述差分匹配电路用于将所述zigbee芯片产生的差分信号转换为单路射频信号，并将所述集成功放电路接收的单路射频信号转换为差分信号；
13.所述集成功放电路用于将所述差分匹配电路产生的单路射频信号进行功率放大后发送至所述平面天线发射，并将所述平面天线接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送
至所述差分匹配电路。
14.进一步的方案是，多个所述数据采集节点对应同一个所述zigbee协调器。
15.进一步的方案是，所述信号采集器包括采集模块和模数转换器，所述采集模块与所述模数转换器电连接。
16.进一步的方案是，多个所述zigbee终端均与锂电池电连接，所述zigbee终端设置有使所述zigbee终端与所述锂电池电导通或电断开的电源管理模块，所述电源管理模块的信号输入端与所述第一微控制器的输出端电连接。
17.相较于现有技术，本实用新型具有的有益效果：
18.本实用新型通过设置多个压强传感器和多个zigbee终端，利用zigbee组网技术并通过多个压强传感器形成大规模的检测节点，扩大水准仪的检测范围，同时通过多个检测节点同时进行检测，可提升检测的准确度；
19.本实用新型使得现场采集的数据通过lte cat
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1通讯模块传输至远程终端的服务器中，方便位于远端的质检中心人员或从事市政工程行业的人员通过远程监控端获取服务器中的数据，方便查看现场实时检测结果；同时通过设置wifi模块使得采集的数据被位于采集现场的人员通过现场监控端进行查看，实现检测数据的现场和远程同时查看及监测；
20.本实用新型采用的lte cat.1通讯模块可无缝接入现有lte网络当中，无需针对基站进行软硬件的升级，使得网络覆盖的成本降低；同时采用的lte cat.1 通讯模块在传输速度、时延和移动性方面具有较大优势，保证检测数据在传输时具有良好的稳定性；
21.本实用新型采用的zigbee终端通过在其电路基板上设置平面天线，继而无需额外为zigbee终端外接外置天线，即可实现zigbee信号的收发，降低了整个检测系统的成本。
附图说明
22.图1为本实施例一种基于lte cat
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1的无线静力水准仪系统的结构示意图；
23.图2为本实施例中zigbee终端的结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
25.如图1
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2所示，本实用新型的一个实施例公开了一种基于lte cat
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1的无线静力水准仪系统，包括数据采集终端、数据基站以及客户端；
26.数据采集终端包括多个数据采集节点，一个数据采集节点包括压强传感器、 zigbee终端以及第一微控制器，压强传感器的信号输出端均与信号采集器的信号输入端电连接，信号采集器的信号输出端与第一微控制器电连接，第一微控制器与zigbee终端电连接；
27.数据基站包括zigbee协调器、第二微控制器、wifi模块以及lte cat
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1通讯模块，zigbee协调器与zigbee终端连接，zigbee协调器的输出端与第二微控制器的信号输入端电连接；
28.客户端包括现场监控端和远程监控终端；
29.第二微控制器的第一输出端通过wifi模块与现场监控端电连接；
30.第二微控制器的第二输出端通过lte cat
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1通讯模块与远端服务器相连，远端服务器与远程监控终端相连。
31.本实施例中的第一微控制器和第二微控制器均为cortex
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m3微控制器。
32.本实施例中的现场监控终端为笔记本电脑、台式电脑、手机中的一种或多种。
33.本实施中的远程监控终端为上位机或工控机。
34.本实施例进行沉降测试的原理是通过多个压强传感器测量不同测量点及测量基准点的压强，再通过光纤光栅传感器测出相应的位移变化，通过压强传递的原理实现了各测量点的沉降测试；本实施例具体的实施过程为通过由多个压强传感器测量压强数据，并通过信号采集器采集和处理后得到压强数据信号，第一微控制器从信号采集器处获取压强数据信号并由串口通信发送给zigbee终端，最后由zigbee终端发送给zigbee协调器。zigbee协调器负责接收采集zigbee终端发送的数据并发送给第二微控制器。第二微控制器接收的数据通过lte cat
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1 通讯模块传输至远程监控终端的服务器中，方便位于远端的质检中心人员或从事市政工程行业的人员通过远程监控端获取服务器中的数据，方便查看现场实时检测结果；同时第二微控制器接收的数据也可通过wifi模块传输至位于测量现场的监控终端设备上使得位于测量现场的人员可查看数据，继而实现测量数据的现场和远程同时查看及监测。
35.本实施例中通过设置多个压强传感器和多个zigbee终端，利用zigbee组网技术并通过多个压强传感器形成大规模的检测节点，扩大水准仪的检测范围，同时通过多个检测节点同时进行检测，可提升检测的准确度。
36.在本实施例中，zigbee终端包括zigbee芯片、差分匹配电路、集成功放电路和平面天线；zigbee芯片、差分匹配电路、集成功放电路和平面天线设置在 zigbee终端的电路基板上并依次相连；zigbee芯片芯片用于进行zigbee模式差分信号的收发；差分匹配电路用于将zigbee芯片产生的差分信号转换为单路射频信号，并将集成功放电路接收的单路射频信号转换为差分信号；集成功放电路用于将差分匹配电路产生的单路射频信号进行功率放大后发送至平面天线发射，并将平面天线接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至差分匹配电路。
37.本实施例中的zigbee终端的zigbee芯片根据所需使用的zigbee制式，可以选择不同的芯片。由于zigbee芯片一般均为差分收发，即输入和输出的均为差分信号，因此需要为zigbee芯片设置差分匹配电路。差分匹配电路用于将 zigbee芯片产生的差分信号转换为单路射频信号，并将集成功放电路接收的单路射频信号转换为差分信号。差分匹配电路的形式可以根据实际需求设置。
38.本实施例中的集成功放电路与差分匹配电路通过连接线连接，集成功放电路为集成了多种电路功能的电路，为射频电路的收发电路，可以实现射频信号的收发双工。集成功放电路可以包括发射子电路和接收子电路，其中发射子电路用于将差分匹配电路产生的单路射频信号进行功率放大后发送至平面天线发射，接收子电路用于将平面天线接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至差分匹配电路。同时为了使集成功放电路实现双工，使集成功放电路中的发射子电路和接收子电路之间的隔离度达到预设阈值，集成功放电路中还包括双工器，双工器用于将平面天线接收的zigbee信号输入接收子电路并将发射子电路发送的射频信号发送至平面天线，从而实现集成功放电路的双工。集成功放电路可以由
一个集成的集成功放芯片实现。为了实现发射子电路和接收子电路的功能，发射子电路可以包括功率放大器，接收子电路可以包括低噪声放大器。需要说明的是本实施例中的差分匹配电路、发射子电路、接收子电路均为现有的常见电路，在此，申请人不详细赘述。
39.为了解决传统的zigbee终端需要外接外置天线的问题，本实施例提供的 zigbee终端在电路基板上设置有平面天线。平面天线可以是设置于电路基板上的微带天线或带状天线。平面天线的形状不作限制，平面天线的工作频率位于 zigbee芯片的工作频段即可。由于本实施例提供的zigbee终端已在电路基板上设置了平面天线，因此无需额外为zigbee终端外接外置天线，zigbee终端即可实现zigbee终端信号的收发。
40.本实施例中的zigbee终端所使用的电路基板为一般为印制电路板，因此平面天线可以为设置于电路基板上的单极pcb天线。当平面天线为单极pcb天线时，平面天线的长度可以为zigbee芯片工作频段对应波长的四分之一。为了节约zigbee终端的体积，平面天线的等效长度为zigbee芯片工作频段对应波长的四分之一即可。
41.在本实施例中，多个数据采集节点对应同一个zigbee协调器。利用zigbee 组网技术并使多个数据采集节点自组网络，使得多个采集节点采集的数据通过该网络进行数据传输。扩大检测范围，同时通过多个检测节点同时进行检测，可提升检测的准确度。
42.本实用新型使得现场采集的数据通过lte cat
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1通讯模块传
43.在本实施例中，信号采集器包括采集模块和模数转换器，采集模块与模数转换器电连接。本实施例通过信号采集器中的采集模块采集压强传感器检测的数据并传输至模数转换器中进行模数的转换，即转换成数字信号后方便后续的数据传输。
44.在本实施例中，多个zigbee终端均与锂电池电连接，zigbee终端设置有使 zigbee终端与锂电池电导通或电断开的电源管理模块，电源管理模块的信号输入端与第一微控制器的输出端电连接。本实施例通过锂电池对多个zigbee终端进行供电，同时设置电源管理模块并使其与第一微控制连接，通过第一微控制器将zigbee终端在不工作期间关断其电源，使设备低功耗运行，延长锂电池的使用寿命。
45.最后说明的是，以上仅对本实用新型具体实施例进行详细描述说明。但本实用新型并不限制于以上描述具体实施例。本领域的技术人员对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本实用新型范围内。