基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，包含與監(jiān)測站相信號連接的ZigBee子節(jié)點采集單元、GPRS節(jié)點傳輸模塊，電源模塊，ZigBee子節(jié)點采集單元包含殼體及ZigBee模塊、GPS模塊、溫濕度傳感器模塊、滲流電阻，GPS模塊與ZigBee模塊相通訊連接，滲流電阻和溫濕度傳感器模塊相連接，溫濕度傳感器模塊與ZigBee模塊相通訊連接，GPS模塊和ZigBee模塊分別與GPRS節(jié)點傳輸模塊相連接。本發(fā)明設計新穎、合理，可靈活地移動安裝在渠道交叉建筑物上或者插入渠道坡面的土壤里，能在整體上監(jiān)控高填方渠段的滲流狀態(tài)，并能實現(xiàn)南水北調(diào)高填方渠道坡面的滲漏點，方便工作人員的作業(yè)。
【專利說明】基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渠道滲漏檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]南水北調(diào)中線工程是解決華北地區(qū)水資源緊缺的關(guān)鍵性跨流域調(diào)水工程，自丹江口水庫陶岔樞紐取水，中途穿越黃河，送水至華北平原。南水北調(diào)中線工程總渠道長約1430km，沿途地理環(huán)境復雜，工程建設和運行中將涉及到眾多的前沿性工程的技術(shù)問題。其中，高填方渠段滲流監(jiān)測技術(shù)是其工程技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。南水北調(diào)工程中高填方渠段分布范圍廣、工程地質(zhì)條件復雜、填方高度大，施工原因、基礎整體或局部沉降以及邊坡滑坡、溫度變化、凍脹、冰壓力等均會造成襯砌面板開裂，防滲體被拉斷造成滲(漏)水。其特點為雖然滲漏的作用水頭較小，但由于渠線較長，滲漏量依然會較大。為保證通水后渠道的安全運行，確保人民生命財產(chǎn)安全，需要對高填方渠段進行專項滲流監(jiān)測設計。
[0003]目前，尚無針對高填方段的專項安全監(jiān)測設計方案。在工程施工中，一般安裝了以測壓管和小量程滲壓計為基礎的滲流監(jiān)測設備，可對渠底揚壓力、監(jiān)測斷面上的滲透壓力分布以及對浸潤線、滲流量、地下水位和防滲墻防滲效果進行監(jiān)測。南水北調(diào)中線工程中，一般按每500m設一個滲流監(jiān)測斷面進行控制，滲流監(jiān)測斷面優(yōu)先布置在在相鄰標段的接頭處、有防滲墻與無防滲墻渠段接頭處和渠道填筑時預留的缺口部位，每個斷面設滲壓計13支，測壓管10個，監(jiān)測室設在渠頂右側(cè)道路外側(cè)。然而，在已安裝的滲流監(jiān)測設備中，大都是振弦式滲壓計和測壓管，但振弦式滲壓計和測壓管存在綜合誤差大的缺陷，一般不適合于南水北調(diào)高填方段總水頭和總水頭變化均較小的滲流監(jiān)測；并且現(xiàn)有的滲流監(jiān)測設備一般分布在渠底或者渠道斷面上，采用埋入式或半埋入式安裝，不能靈活地實現(xiàn)可移動測量；監(jiān)測斷面間隔距離大，只能實現(xiàn)監(jiān)測渠底或者渠道斷面的滲流情況，不能實現(xiàn)監(jiān)測高填方渠道坡面的滲流，更不能實現(xiàn)南水北調(diào)高填方渠道坡面滲漏點的具體位置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，滿足南水北調(diào)中線工程高填方渠段滲流監(jiān)測的高可靠性、簡單易行、便攜測量的需求，同時又保持不用開挖破壞北調(diào)中線高填方渠段工程的設計原則，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將溫濕度傳感器、GPS以及滲漏的電流檢測電路通過ZigBee進行無線射頻識別，并通過GPRS無線傳輸至監(jiān)測站，硬件部分尺寸較小，移動安裝方便。
[0005]按照本發(fā)明所提供的設計方案，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，包含與監(jiān)測站相信號連接的ZigBee子節(jié)點采集單元、GPRS節(jié)點傳輸模塊，電源模塊，所述ZigBee子節(jié)點采集單元包含殼體及設于殼體內(nèi)且與電源模塊相連接的ZigBee模塊、GPS模塊、溫濕度傳感器模塊、滲流電阻，GPS模塊與ZigBee模塊相通訊連接，滲流電阻和溫濕度傳感器模塊相連接，溫濕度傳感器模塊與ZigBee模塊相通訊連接，GPS模塊和ZigBee模塊分別與GPRS節(jié)點傳輸模塊相連接。
[0006]上述的，GPRS節(jié)點傳輸模塊包含處理ZigBee子節(jié)點采集單元數(shù)據(jù)的單片機及用于發(fā)送數(shù)據(jù)至監(jiān)測站的GPRS天線。
[0007]上述的，GPRS節(jié)點傳輸模塊還包含有ZigBee模塊、GPS模塊、溫濕度傳感器模塊、滲流電阻，GPS模塊、ZigBee模塊分別與單片機相連接，滲流電阻和溫濕度傳感器模塊相連接，溫濕度傳感器模塊與ZigBee模塊相通訊連接。
[0008]優(yōu)選的，所述單片機采用51單片機STC12c5a60s2芯片。
[0009]上述的，所述殼體為一端呈錐形尖部的金屬保護殼。
[0010]上述的，ZigBee子節(jié)點采集單元分別分布設在檢測區(qū)域的多個檢測點。
[0011]本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)的有益效果:
本發(fā)明設計新穎、合理，首先在相鄰標段的接頭處、渠道交叉建筑物或者渠道填筑時預留的缺口部位為測量間隔，在渠道坡面上用ZigBee子節(jié)點采集單元實現(xiàn)溫濕度、GPS以及滲漏電流信息數(shù)據(jù)的檢測，并通過ZigBee發(fā)射天線無線傳輸?shù)紾PRS節(jié)點傳輸模塊，并由單片機進行數(shù)據(jù)處理，通過GPRS天線將處理的結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測中心，ZigBee子節(jié)點采集單元可靈活地移動安裝在渠道交叉建筑物上或者插入渠道坡面的土壤里，基本上無需破壞渠道工程，克服現(xiàn)有滲漏檢測技術(shù)中的不足之處，可靠性高，設備簡單、便攜、可移動安裝等，能在整體上監(jiān)控高填方渠段的滲流狀態(tài)，并能實現(xiàn)南水北調(diào)高填方渠道坡面的滲漏點，方便工作人員的作業(yè)。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)的安裝示意圖；
圖2為本發(fā)明的ZigBee子節(jié)點采集單元結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的GPRS節(jié)點傳輸模塊示意圖；
圖4為本發(fā)明的電源模塊電路圖；
圖5為本發(fā)明的ZigBee子節(jié)點采集單元電路圖；
圖6為本發(fā)明的GPRS節(jié)點傳輸模塊電路圖。
[0013]【具體實施方式】:
圖中標號I代表殼體，標號2代表電源模塊,標號3代表GPS模塊,標號4代表ZigBee模塊，標號5代表溫濕度傳感器模塊,標號6代表滲流電阻,標號7代表錐形尖部,標號8代表GPRS模塊，標號9、10、12、13、14分別代表ZigBee子節(jié)點采集單元，標號11代表GPRS節(jié)點傳輸模塊，標號15代表監(jiān)測站。
[0014]下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案對本發(fā)明作進一步詳細的說明，并通過優(yōu)選的實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。
[0015]實施例一，參見圖1飛所示，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，包含與監(jiān)測站相信號連接的ZigBee子節(jié)點采集單元、GPRS節(jié)點傳輸模塊，電源模塊，所述ZigBee子節(jié)點采集單元包含殼體及設于殼體內(nèi)且與電源模塊相連接的ZigBee模塊、GPS模塊、溫濕度傳感器模塊、滲流電阻，GPS模塊與ZigBee模塊相通訊連接，滲流電阻和溫濕度傳感器模塊相連接，溫濕度傳感器模塊與ZigBee模塊相通訊連接，GPS模塊和ZigBee模塊分別與GPRS節(jié)點傳輸模塊相連接。
[0016]上述的，GPRS節(jié)點傳輸模塊包含處理ZigBee子節(jié)點采集單元數(shù)據(jù)的單片機及用于發(fā)送數(shù)據(jù)至監(jiān)測站的GPRS天線。
[0017]上述的，GPRS節(jié)點傳輸模塊還包含有ZigBee模塊、GPS模塊、溫濕度傳感器模塊、滲流電阻，GPS模塊、ZigBee模塊分別與單片機相連接，滲流電阻和溫濕度傳感器模塊相連接，溫濕度傳感器模塊與ZigBee模塊相通訊連接。GPRS節(jié)點傳輸模塊完成溫濕度信息、GPS信息和滲流信息的檢測和傳輸，通過單片機進行數(shù)據(jù)處理后，進行無線傳輸至監(jiān)測站。
[0018]優(yōu)選的，所述單片機采用51單片機STC12c5a60s2芯片。
[0019]上述的，所述殼體為一端呈錐形尖部的金屬保護殼。金屬保護殼錐形尖部可以很方便地插入到渠道坡面土壤里面或者安裝在渠道交叉建筑物上，實現(xiàn)了便攜、可移動、無損檢測的功能。
[0020]上述的，ZigBee子節(jié)點采集單元分別分布設在檢測區(qū)域的多個檢測點。
[0021]檢測原理:首先，通過ZigBee子節(jié)點采集單元得到高填方渠道坡面的溫度場和濕度場的梯度分布、GPS位移變形、滲流電流場；然后，將得到的溫濕度變化值、GPS位移變化值和滲流電流變化值使用數(shù)據(jù)融合的方法得到最終的高填方渠道的滲流場分布情況。
[0022]圖4中，12V蓄電池經(jīng)過開關(guān)按鍵Kl控制，再經(jīng)過濾波電容C5、C6后和電壓轉(zhuǎn)換模塊U3連接，U3輸出電壓約9V，然后再經(jīng)過電感L1、電容C7、C9以及電阻R3、R4和輸入電壓轉(zhuǎn)換模塊U4連接，U4經(jīng)過電容C8、ClO后輸出5V電壓，為單片機的AD提供基準電壓；LED燈和R5連接，為電源指示燈；另外，U4轉(zhuǎn)換的5V電壓通過電壓轉(zhuǎn)換模塊Ul得到約4.2V電壓，其為GPRS模塊供電；同時，U4轉(zhuǎn)換的5V電壓通過電壓轉(zhuǎn)換模塊U2轉(zhuǎn)換為3.3V電壓，為ZigBee模塊供電。電容Cl、C2為3.3V的濾波電容；電容C3、C4和電阻Rl、R2為3.3V的濾波電路；J1_J5為相應的電源插口，供整個系統(tǒng)使用。
[0023]圖5中，實現(xiàn)了溫濕度、GPS、以及滲漏的電流等信息的檢測，并通過ZigBee發(fā)射天線無線傳輸?shù)紾PRS節(jié)點。Ul為濕溫度傳感器，U2為ZigBee模塊，U3為GPS模塊，Jl為功能擴展接口，主要做調(diào)試電路用，El為ZigBee模塊U2的發(fā)射天線，E2為GPS模塊U2的天線。Ul的DATA管腳和U2的P12相連，Ul的SCK管腳和U2的P13相連，Rl和5V電源相連，為Ul的DATA管腳提供電源。U2的P02和P03管腳和U3的RXDO和TXDO管腳相連。U2的POO管腳的B點通過R2和地相連，A點和12V電源相連。A點的另一端和南水北調(diào)中線工程的渠道里面的水體相連。
[0024]圖6中，實現(xiàn)了無線接收ZigBee子節(jié)點電路采集的信息，同時也進行了溫濕度、GPS、以及滲漏的電流信息的檢測，并由單片機進行數(shù)據(jù)處理，最后通過GPRS天線將處理的結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測中心，圖中，Ul為增強型的51單片機STC12c5a60s2，U2為濕溫度傳感器，U3為與單片機串口 I相連的GPRS模塊，U4為與單片機串口 2相連的ZigBee模塊，Jl為功能擴展接口，主要做調(diào)試電路用；E1為GPRS模塊U3的發(fā)射天線，E2為ZigBee模塊U4的天線；U1的Ρ2.5管腳和U2的DATA管腳相連，Ul的P2.6管腳和U2的SCK管腳相連，R2和5V電源相連，為U2的DATA管腳提供電源。Ul的P3.0和P3.1管腳和U3的RXDO和TXDO管腳相連。Ul的P3.0和P3.1管腳和U3的RXDO和TXDO管腳相連；U1的P4.2和P4.3管腳和U4的RXDl和TXDl管腳相連；U4的7管腳的B點通過R3和地相連；A點和12V電源相連；A點的另一端和南水北調(diào)中線工程的渠道里面的水體相連。
[0025]本發(fā)明并不局限于上述【具體實施方式】，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或者類似的變化都應涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，其特征在于:包含與監(jiān)測站相信號連接的21^66子節(jié)點采集單元、節(jié)點傳輸模塊，電源模塊，所述21^66子節(jié)點采集單元包含殼體及設于殼體內(nèi)且與電源模塊相連接的21^66模塊、6？8模塊、溫濕度傳感器模塊、滲流電阻，⑶3模塊與21曲66模塊相通訊連接，滲流電阻和溫濕度傳感器模塊相連接，溫濕度傳感器模塊與21曲66模塊相通訊連接，6？8模塊和21曲66模塊分別與節(jié)點傳輸模塊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，其特征在于七?…節(jié)點傳輸模塊包含處理21^66子節(jié)點采集單元數(shù)據(jù)的單片機及用于發(fā)送數(shù)據(jù)至監(jiān)測站的天線。
3.根據(jù)權(quán)利要去2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的南北水調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，其特征在于節(jié)點傳輸模塊還包含有21曲66模塊、即3模塊、溫濕度傳感器模塊、滲流電阻，6？8模塊、21^66模塊分別與單片機相連接，滲流電阻和溫濕度傳感器模塊相連接，溫濕度傳感器模塊與21^66模塊相通訊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3任一項所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機采用51單片機31^12^5216082芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述殼體為一端呈錐形尖部的金屬保護殼。
6.根據(jù)權(quán)利要去1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的南水北調(diào)高填方段滲漏檢測系統(tǒng)，其特征在于:21^66子節(jié)點采集單元分別分布設在檢測區(qū)域的多個檢測點。
【文檔編號】G01N15/08GK104458526SQ201410547601
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】劉明堂, 田壯壯, 皇甫中民, 楊陽蕊, 張貞貞, 鄭輝, 司孝平, 劉雪梅, 王世志, 宋東東, 陳夢 申請人:華北水利水電大學