本發(fā)明涉及一種振動監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼駝觽鞲衅魉淼涝诰€監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

地下隧道振動信號是最典型的劇變信號，地鐵運(yùn)營過程中，列車的運(yùn)行會產(chǎn)生巨大的振動和噪聲干擾。上海、杭州、廣州等城市屬于飽和軟粘土地區(qū)城市，即使軟土地基經(jīng)過長時間的結(jié)固，在不斷的接受列車運(yùn)行荷載之后，都有可能產(chǎn)生一定程度的沉降。長期的列車行車振動會使得軟黏土發(fā)生微觀結(jié)構(gòu)上的破壞，進(jìn)一步導(dǎo)致地鐵軸線變形、軌道地基沉降。列車運(yùn)行荷載涉及許多因素，包括行車速度、軌道結(jié)構(gòu)、列車軸重等。監(jiān)測隧道環(huán)境的振動狀況，可以有效的監(jiān)測地鐵列車經(jīng)過監(jiān)測區(qū)域時，隧道周圍土體的動力響應(yīng)狀況，并進(jìn)一步預(yù)測和分析。

隧道列車荷載對周圍地表建筑物的影響。傳統(tǒng)有線連接的機(jī)械振動監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，但是這類系統(tǒng)具有布線復(fù)雜、部署成本較高、可維護(hù)性和擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)，而且難于實(shí)現(xiàn)移動、旋轉(zhuǎn)部件的振動監(jiān)測。隨著無線通訊技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集設(shè)備和無線通信技術(shù)的結(jié)合，使得針對地下隧道無線監(jiān)測成為了可能，簡化布線工作，易于部署與維護(hù)，增強(qiáng)隧道安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼駝觽鞲衅魉淼涝诰€監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼駝觽鞲衅魉淼涝诰€監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用于密實(shí)混凝土隧道內(nèi)高頻振動信號檢測，包括監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)、至少四組無線振動傳感器、移動設(shè)備終端，所述的監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)分別與無線振動傳感器和移動設(shè)備終端相連接；所述的無線振動傳感器分別安裝到隧道墻壁和枕軌路基上，安裝在隧道墻壁上的無線振動傳感器實(shí)時測量隧道壁內(nèi)側(cè)水平方向的振動信號，安裝在枕軌路基上的無線振動傳感器實(shí)時測量豎直方向的振動信號，通過耦合兩方向上的振動信號得到隧道地質(zhì)現(xiàn)實(shí)振動情況；

所述的無線振動傳感器實(shí)時記錄著被測量物體的實(shí)際工況數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)存儲并顯示振動信號的實(shí)際工程數(shù)據(jù)，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)做出振動系統(tǒng)實(shí)時折線圖，所采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)可利用無線網(wǎng)絡(luò)通過移動設(shè)備終端遠(yuǎn)程訪問監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)讀取。

所述的無線振動傳感器分別實(shí)時測量豎直和隧道壁內(nèi)側(cè)水平方向的振動信號，根據(jù)香農(nóng)采樣定理設(shè)置采集模塊采集頻率，采集地鐵隧道內(nèi)200Hz以下振動數(shù)據(jù)。

所述的監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)包括網(wǎng)關(guān)和工控機(jī)，工控機(jī)內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，移動設(shè)備終端利用無線網(wǎng)絡(luò)訪問工控機(jī)，工控機(jī)輸入端通過數(shù)據(jù)線連接網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)輸入端無線連接無線振動傳感器。

所述的無線振動傳感器包括外殼和設(shè)置在外殼內(nèi)的底板，所述的底板上設(shè)置有主控模塊和與主控模塊連接的加速度傳感測量模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，無線通訊模塊，電源模塊，所述的無線通訊模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)相連。

所述系統(tǒng)電源模塊上加入穩(wěn)壓電容，消除因供電電流引起的高斯白噪聲干擾信號。

所述的主控模塊包括核心處理單元、以及分別與核心處理單元相連的網(wǎng)絡(luò)處理單元、內(nèi)存單元、電源管理單元、晶振及外圍連接單元，所述的電源管理單元與電源模塊連接。

所述的加速度傳感測量模塊使用電容式微機(jī)械加速度傳感器。

所述的無線通訊模塊包括一個WIFI模塊，所述的網(wǎng)絡(luò)處理單元與WIFI模塊連接，所述WIFI模塊可在核心處理單元即主控芯片上裸機(jī)驅(qū)動，通過SPI接口接入主控芯片。

所述的移動設(shè)備包括安卓端手機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明采用MEMS技術(shù)、低能耗的模擬和數(shù)字電路技術(shù)、低功耗的無線電射頻技術(shù)以及傳感器技術(shù)的發(fā)展使得開發(fā)小體積、低成本、低功耗的無線傳感器成為可能；

2)通過耦合兩個不同方向的振動信號，能夠更加準(zhǔn)確地反映隧道內(nèi)的振動情況；

3)能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測定固定頻率段的振動信號，排除干擾；

4)本發(fā)明在以往的有線振動系統(tǒng)中加入WIFI模塊，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程下發(fā)指令，數(shù)據(jù)實(shí)時上傳，方便監(jiān)控。

5)本發(fā)明通過手機(jī)實(shí)時查看振動傳感器數(shù)據(jù)，使用方便，處理迅速。

6)系統(tǒng)資源占用率低；穩(wěn)定性好；響應(yīng)時間快。

附圖說明

圖1為本發(fā)明監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明無線振動傳感器的硬件框圖；

圖3為本發(fā)明無線振動傳感器主程序流程圖；

圖4為本發(fā)明模擬量采集子程序圖；

圖5為本發(fā)明無線振動傳感器的節(jié)點(diǎn)示意圖；

圖6為本發(fā)明PC端軟件系統(tǒng)界面圖；

圖7為本發(fā)明PC端軟件系統(tǒng)設(shè)置流程圖；

圖8為本發(fā)明手機(jī)端系統(tǒng)界面圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

如圖1所示，一種基于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼駝觽鞲衅魉淼涝诰€監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)控中心上位系統(tǒng)：包括網(wǎng)關(guān)5，工控機(jī)6；無線振動傳感器；PC端接受軟件7，手機(jī)端接收軟件8。無線振動傳感器包括第一傳感器1，第二傳感器2，第三傳感器3，第四傳感器4。所述的無線振動傳感器按空間順序依次放置到隧道上，所述的無線振動傳感器通過WIFI直接與網(wǎng)關(guān)5相連接，網(wǎng)關(guān)5通過數(shù)據(jù)線連接至現(xiàn)場工控機(jī)系統(tǒng)6，其中網(wǎng)關(guān)5與工控機(jī)6共同構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。所述的無線振動傳感器實(shí)時記錄隧道不同位置的實(shí)時振動數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)5，由網(wǎng)關(guān)5傳輸至現(xiàn)場工控機(jī)6中，工控機(jī)6存儲并顯示隧道的實(shí)際振動數(shù)據(jù)，軟件可以設(shè)置采集振動時長，最高支持時長10分鐘200HZ監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)保存至本地工控機(jī)內(nèi)。PC端與手機(jī)端可以通過Internet遠(yuǎn)程訪問監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)，讀取所采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)采用MEMS工藝，其加工制造過程實(shí)際上是工藝方法、結(jié)構(gòu)尺寸、組裝、器件性能等的一個在線集成和實(shí)現(xiàn)過程。

如圖2所示，無線振動傳感器包括外殼和設(shè)置在外殼內(nèi)的底板，所述的底板上設(shè)置有主控模塊，電源模塊，振動采集模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和無線通訊模塊。無線通訊模塊包括WIFI模塊，所述的主控模塊分別連接電源模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與WIFI模塊，所述的WIFI模塊通過WIFI網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)5相連接。所述外殼上有電源模塊接口。

主控模塊包括核心處理單元STM32和晶振外圍電路，主控模塊式運(yùn)行設(shè)備的核心硬件架構(gòu)，用于接受并處理振動數(shù)據(jù)、傳輸WIFI數(shù)據(jù)。核心處理單元為STM32VET6芯片模塊。

電源模塊包括用于交換式電源5V至3.3V線性穩(wěn)壓器芯片AMS1117及后續(xù)7個0.1uF濾波穩(wěn)壓電容，為主控芯片提供3.3V的電壓。

振動采集模塊包括MMA7361三軸加速度傳感器和ADS1115模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。加速度傳感測量模塊使用MMA7361低功耗、小型電容式微機(jī)械加速度傳感器，MMA7361包括兩種精度模式1.5g和6g兩種，從工程需要的角度選擇1.5g模式，其精度為800mV/g，將g-Select引腳置為低電平，此振動采集模塊采集被測物體的0-200Hz的振動信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1115是具有16位分辨率，最高可以按860SPS，滿足監(jiān)測物體振動頻率在200Hz以下的檢測要求，同時可以滿足香農(nóng)采樣定律，ADS1115為超小型，低功耗芯片組。MMA7361加速度傳感器傳輸振動信號至模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1115，再通過I2C總線連接主控芯片STM32。

所述的無線通訊模塊包括一個WM-G-MR-09型號WIFI模塊?？稍赟TM32上裸機(jī)驅(qū)動，通過SPI接口接入STM32。無線通訊模塊亦即WIFI模塊采用WM-G-MR-09，基于88w8686，支持11b/g、SDIO/SPI接口，支持開放網(wǎng)絡(luò)連接，可以ping通，有簡單web顯示，支持STM32平臺技術(shù)支持。通過SPI接口連接主控模塊,主控模塊通過WIFI網(wǎng)關(guān)5傳輸振動數(shù)據(jù)量。

如圖3所示，本發(fā)明振動傳感器系統(tǒng)的主程序流程圖如圖所示，主程序的啟動有兩種方式：第一，定時啟動，每4個小時啟動采集數(shù)據(jù)；第二，主程序就并未運(yùn)行，用戶點(diǎn)擊啟動，用戶可執(zhí)行打開程序運(yùn)行。此處兩種啟動方式，通過系統(tǒng)配置文件確定，主程序啟動的第一步要初始化芯片外圍設(shè)備，使得各模塊正常運(yùn)行。

本主程序有如下優(yōu)點(diǎn)：1，系統(tǒng)資源占用率低；2，穩(wěn)定性好；3，響應(yīng)時間快。

如圖4所示，振動信號模擬量由MMA7361模塊監(jiān)測，同時通過ADS1115轉(zhuǎn)換為數(shù)字量以200Hz速率傳遞給STM32芯片，并由監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)保存數(shù)據(jù)。

如圖5所示，為無線振動傳感器硬件系統(tǒng)配置圖，WM-G-MR-09芯片自帶簡單web界面編寫程序，可由Dreamweaver軟件編寫每個傳感器的固定IP與節(jié)點(diǎn)工作方式，最多可支持10個無線振動傳感器的并行工作。

如圖6-圖7所示，此為監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件系統(tǒng)界面圖及設(shè)置流程圖，圖6為監(jiān)控系統(tǒng)界面，其軟件界面主要包括節(jié)點(diǎn)屬性設(shè)置，節(jié)點(diǎn)個數(shù)及檢測時長，數(shù)據(jù)存儲位置三部分。其中節(jié)點(diǎn)屬性設(shè)置可最多可設(shè)置10個節(jié)點(diǎn)的屬性，其屬性包括(1)模式選擇：選擇傳感器三個監(jiān)測方向軸之一；(2)數(shù)據(jù)接收區(qū)：顯示接收過來振動數(shù)值；(3)清空與保存：清除界面內(nèi)的數(shù)據(jù)顯示。節(jié)點(diǎn)個數(shù)與監(jiān)測時長其內(nèi)容是指選擇每次開啟傳感器的個數(shù)多少及每次監(jiān)測隧道振動數(shù)據(jù)時間長度。存儲數(shù)據(jù)位置是指：數(shù)據(jù)可以由此設(shè)置選擇保存本地工工控機(jī)的存儲位置。

圖7為設(shè)置軟件流程圖，每次系統(tǒng)運(yùn)行時需按此進(jìn)行設(shè)置，其中依次包括(1)選擇需要使用的檢測傳感器節(jié)點(diǎn)；(2)選擇此傳感器需檢測方向；(3)選擇傳感器需要檢測的時間長度；(4)定時采樣：軟件可定時觸發(fā)傳感器工作與時長；(5)保存數(shù)據(jù)：可手動或定時自動觸發(fā)軟件保存軟件界面內(nèi)數(shù)據(jù)至本地主機(jī)。

如圖8所示，為遠(yuǎn)程手機(jī)端監(jiān)測軟件，基于C語言編寫可應(yīng)用于安卓端軟件，可以通過手機(jī)端遠(yuǎn)程監(jiān)測被測量物體的振動信號，做到實(shí)時監(jiān)控的效果。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。