一种多通道振弦传感器采集控制装置的制作方法

1.本实用新型属于数据监测技术领域，尤其涉及一种多通道振弦传感器采集控制装置。


背景技术：

2.近年来，随着我国经济的持续快速发展，城市建筑、地铁交通、大坝桥梁等行业保持了强劲的发展势头。这些行业的不断发展，推动着我国的土木工程建设不断进行，同时也让土木建设面临着越来越大的安全压力。
3.桥梁、地铁、隧道、大坝等大型土木工程需要对力、位移、裂缝等进行监测来确保工程安全。天气、地质或人为因素可能影响施工安全，还有自然灾害也是重要的安全因素。由于仅靠人的感官无法判断土木设施的安全程度，如深入地下的地基、大坝深处的墙体、埋入地下的隧道和强辐射的核电站等是无法仅靠拼凑人力对其进行监测的。因此为满足工程上对诸如压力、应力、沉降等指标的监测需求，需要传感器来代替人工测量，并用传感器设计相关的监测系统，对数据进行采集。
4.振弦式传感器是用于测量应力、压力、液位、沉降等数据量的一种非电量电测的传感器。相比于传统电阻式传感器，振弦式传感器具有结构简单、坚固耐用、传输稳定以及抗干扰能力强等优点正在被广泛的使用。它被直接埋入地下混凝土或者焊接在被测试物体上，并将钢弦自振频率信号直接输出，通过导线可以远距离地将钢弦自振频率信号传输至振弦采集设备。
5.工程中常见的振弦采集设备为仪表类振弦采集设备，如手持式振弦采集设备方便实用且易于携带，但是一般需要在振弦传感器安装现场进行测量，且多为单通道测量，随着监测点的增加，振弦采集设备数量也在增加，这导致现场调试周期增加，效率低下，造成硬件资源的大量浪费。此外在某些边岩和危岩等振弦传感器的安装现场，无法开展现场测量，因此限制了仪表类振弦采集设备在这些安装现场的使用，可见现有的仪表类振弦采集设备的使用灵活度较低。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的一项或多项不足，提供一种多通道振弦传感器采集控制装置。
7.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
8.一种多通道振弦传感器采集控制装置，所述采集控制装置用于与外部的上位机和振弦传感器连接；所述采集控制装置包括多通道数据选择模块、主控模块、电源管理模块、连接有防雷保护模块的rs485收发模块以及用于与多个振弦传感器连接的多通道采集模块；
9.所述rs485收发模块与所述主控模块连接，所述rs485收发模块还用于与外部的上位机连接；
10.所述电源管理模块分别与所述多通道采集模块、多通道数据选择模块、主控模块和rs485收发模块连接；
11.所述主控模块与所述多通道数据选择模块连接；
12.所述多通道采集模块与所述多通道数据选择模块连接；
13.所述多通道采集模块包括多个采集子模块，所述采集子模块包括存储单元和用于与所述振弦传感器连接的接口单元，所述接口单元包括带有丝印标识的连接器，所述丝印标识用于识别与该连接器连接的振弦传感器。
14.进一步改进地，所述多通道数据选择模块包括多个继电器和驱动所述多个继电器的达林顿管；所述达林顿管的输入端与所述主控模块的第一端连接，所述达林顿管的输出端与所述继电器的控制端连接，所述继电器的常开触点的第一端与所述主控模块的第二端连接，继电器的常开触点的第二端与所述采集子模块的数据输出端连接。
15.进一步改进地，所述rs485收发模块包括rs485收发控制器，所述rs485收发控制器与所述主控模块连接，所述rs485收发控制器还用于经rs485总线与外部的上位机连接，所述rs485收发控制器用于与外部的上位机连接的端口连接有所述防雷保护模块。
16.进一步改进地，所述防雷保护模块包括多个防雷二极管。
17.进一步改进地，所述采集子模块还包括振弦频率采集单元、温度采集单元和与所述存储单元连接的采集控制单元；所述振弦频率采集单元分别与所述采集控制单元和所述接口单元连接；所述温度采集单元分别与所述采集控制单元和所述接口单元连接；所述采集控制单元与所述多通道数据选择模块连接。
18.本实用新型的有益效果是：
19.（1）、通过设置多通道采集模块，并通过多通道数据选择模块对多通道采集模块与主控模块之间的连接或断开进行控制，上位机可以按轮次对振弦传感器采集数据进行单点或多点的接收，可根据监测需要选择需要监测的一个或多个振弦传感器，实现了多通道的振弦传感器数据采集，减少了通过单点振弦采集设备进行采集时带来的硬件资源的浪费，并同步提高了监测效率。
20.（2）、通过rs485收发模块，以及相应的rs485总线的铺设，实现了振弦传感器采集数据的远距离传输，实现了本方案在边岩和危岩等振弦传感器安装现场的适用性。
21.（3）、通过防雷保护模块，保证了非电源线引发的瞬间过流疏通。
22.（4）、通过采集子模块内存储单元的设置，在多通道数据选择模块内的一个或多个继电器处于断开状态时，通过存储单元临时存储振弦传感器的采集数据，实现在电源管理模块上电开机状态下的振弦传感器多过程数据采集，有利于上位机对振弦传感器采集数据的分析。
23.（5）、接入各个接口单元的振弦传感器通常包括多种不同型号，与之匹配的，采集控制单元内部参数设置不同。在将振弦传感器进行安装和调试时，通常需要多次拔插与振弦传感器连接的连接器，通过接口单元内带丝印标识的连接器的设置，保证不同型号的振弦传感器都能正确的接入与之匹配的接口单元，实现防呆，增加了本方案的安装便捷性，同步地使得安装调试效率得到提高。
附图说明
24.图1为多通道振弦传感器采集控制装置的一种逻辑框图（虚线框内）；
25.图2为采集子模块的一种逻辑框图；
26.图3为多通道数据选择模块的第一部分原理图；
27.图4为多通道数据选择模块的第二部分原理图；
28.图5为rs485收发模块和防雷保护模块的一种原理图。
具体实施方式
29.下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.如图1所示，本实施例提供了一种多通道振弦传感器采集控制装置，本采集控制装置用于与外部的上位机和振弦传感器连接。采集控制装置包括多通道数据选择模块、主控模块、电源管理模块、连接有防雷保护模块的rs485收发模块以及用于与多个振弦传感器连接的多通道采集模块。 rs485收发模块与主控模块连接，且还用于经rs485总线与外部的上位机连接。电源管理模块分别与多通道采集模块、多通道数据选择模块、主控模块和rs485收发模块连接。多通道数据选择模块与主控模块连接，用于接通或断开主控模块与多通道采集模块之间的连接。如图2所示，多通道采集模块包括用于与所述多个振弦传感器一一对应连接的多个采集子模块。采集子模块包括存储单元、与存储单元连接的采集控制单元、用于与振弦传感器连接的接口单元、振弦频率采集单元以及温度采集单元。采集控制单元与多通道数据选择模块连接，振弦频率采集单元分别与采集控制单元和接口单元连接，温度采集单元分别与采集控制单元和接口单元连接。一般的，采集子模块还包括对与其接口单元连接的振弦传感器进行激励的激励单元，通过激励单元使得振弦传感器起振并最终达到共振状态。接口单元包括带有丝印标识的连接器。丝印标识用于识别与该连接器连接的振弦传感器，比如将丝印标识内容设定为振弦传感器的型号。
31.具体地，多通道数据选择模块包括多个继电器和驱动所述多个继电器的达林顿管。达林顿管的输入端与主控模块的第一端连接，达林顿管的输出端与继电器的控制端连接，继电器的常开触点的第一端与主控模块的第二端连接，继电器的常开触点的第二端与采集子模块的数据输出端连接。如图3和图4所示，本实施例中，与本采集控制装置连接的振弦传感器的数量为七个。相应的，多通道采集模块包括七个采集子模块。继电器的数量为七个，分别为继电器g1、继电器g2、继电器g3、继电器g4、继电器g5、继电器g6和继电器g7。达林顿管u1采用的型号为uln2003lv。达林顿管u1的in1端至in7端与主控模块的七个不同的i/o端一一对应连接，达林顿管u1的out1至out7端与继电器g1的控制端、继电器g2的控制端、继电器g3的控制端、继电器g4的控制端、继电器g5的控制端、继电器g6的控制端和继电器g7的控制端一一对应连接，达林顿管u1的gnd端连接至数字地，达林顿管u1的vcc端连接至电源管理模块的 5v输出端。继电器g1的常开触点的第一端、继电器g2的常开触点的第一端、继电器g3的常开触点的第一端、继电器g4的常开触点的第一端、继电器g5的常开触点的第一端、继电器g6的常开触点的第一端和继电器g7的常开触点的第一端与主控模块的七个不同
的i/o端（与达林顿管u1的in1端至in7端连接的七个主控模块的i/o端不同）一一对应连接，继电器g1的常开触点的第二端、继电器g2的常开触点的第二端、继电器g3的常开触点的第二端、继电器g4的常开触点的第二端、继电器g5的常开触点的第二端、继电器g6的常开触点的第二端和继电器g7的常开触点的第二端与第一个采集子模块的数据输出端cj-1、第二个采集子模块的数据输出端cj-2、第三个采集子模块的数据输出端cj-3、第四个采集子模块的数据输出端cj-4、第五个采集子模块的数据输出端cj-5、第六个采集子模块的数据输出端cj-6和第七个采集子模块的数据输出端cj-7一一对应连接。继电器g1的控制端还与第一二极管d1的正极连接，第一二极管d1的负极与继电器g1的电源端连接，继电器g1的电源端连接至电源管理模块的 5v输出端，继电器g2的控制端还与第二二极管d2的正极连接，第二二极管d2的负极与继电器g2的电源端连接，继电器g2的电源端连接至电源管理模块的 5v输出端，继电器g3的控制端还与第三二极管d3的正极连接，第三二极管d3的负极与继电器g3的电源端连接，继电器g3的电源端连接至电源管理模块的 5v输出端，继电器g4的控制端还与第四二极管d4的正极连接，第四二极管d4的负极与继电器g4的电源端连接，继电器g4的电源端连接至电源管理模块的 5v输出端，继电器g5的控制端还与第五二极管d5的正极连接，第五二极管d5的负极与继电器g5的电源端连接，继电器g5的电源端连接至电源管理模块的 5v输出端，继电器g6的控制端还与第六二极管d6的正极连接，第六二极管d6的负极与继电器g6的电源端连接，继电器g6的电源端连接至电源管理模块的 5v输出端，继电器g7的控制端还与第七二极管d7的正极连接，第七二极管d7的负极与继电器g7的电源端连接，继电器g7的电源端连接至电源管理模块的 5v输出端。
32.优选地，rs485收发模块包括rs485收发控制器u2， rs485收发控制器u2与主控模块连接，且还用于经rs485总线与外部的上位机连接， rs485收发控制器用于与上位机连接的端口连接有防雷保护模块。防雷保护模块包括多个防雷二极管。如图5所示，rs485收发控制器u2采用的型号为max13487ee，防雷二极管包括第一tvs管d8和第二tvs管d9。rs485收发控制器u2的第一端经第一电阻r13与主控模块的第三端连接，用于将上位机传入的控制信号传输至主控模块，rs485收发控制器u2的第一端还与第二电阻r9的第一端连接，第二电阻r9的第二端分别连接至电源管理模块的 5v输出端和第一电容c16的第一端，第一电容c16的第二端接至数字地，并且第二电阻r9的第二端还与rs485收发控制器u2的第八端连接，rs485收发控制器u2的第二端经第三电阻r14连接至电源管理模块的 5v输出端，第三电阻r14为0欧姆电阻，rs485收发控制器u2的第三端与rs485收发控制器u2的第二端连接，rs485收发控制器u2的第四端与主控模块的第四端连接，主控模块的第四端将振弦传感器采集的数据发送至上位机，rs485收发控制器u2的第五端连接至数字地，rs485收发控制器u2的第六端分别与第四电阻r17的第一端和第五电阻r16的第一端连接，第四电阻r17的第二端连接至电源管理模块的 5v输出端，第五电阻r16的第二端用于与rs485总线的第一差分数据端连接，第五电阻r16的第一端还与第二tvs管d9的负极连接，第二tvs管d9的正极连接至数字地，rs485收发控制器u2的第七端分别与第六电阻r11的第一端和第七电阻r10的第一端连接，第六电阻r11的第二端连接至第一电容c16的第二端，第七电阻r10的第二端用于与rs485总线的第二差分数据端连接，第七电阻r10的第一端还与第一tvs管d8的负极连接，第一tvs管d8的正极连接至数字地，在rs485收发控制器u2的第七端和rs485收发控制器u2的第六端之间还串接有第八电阻r15。
33.本实用新型的工作原理为：
34.接通电源管理模块的电源，开机上电；振弦传感器在采集子模块的激励作用下起振，采集子模块内的振弦频率采集单元采集振弦传感器的振弦频率数据，采集子模块内的温度采集单元采集振弦传感器的温度数据，采集子模块内的存储单元对上述数据进行缓存；在需要对振弦传感器进行监测时，主控模块进行uart和定时器的初始化，并分配多通道的振弦传感器数据缓存区，为一轮多通道振弦传感器数据的采集做准备；当接收到上位机发出的振弦数据采集指令时，接通需要进行振弦频率数据和温度数据采集的通道内的继电器，开始本轮次的振弦频率数据和温度数据的采集；采集子模块内的采集控制单元先向主控模块推其存储单元缓存的振弦传感器采集到的历史数据，然后继续进行振弦频率数据和温度数据的采集，采集时间由主控模块预先设置；采集完成后，由主控模块进行数据整合并发送至rs485收发控制器u2，通过rs485收发控制器u2发送至上位机，本轮次的振弦频率数据和温度数据采集完成。
35.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。