本實用新型涉及一種水庫壩體監(jiān)測裝置，具體地說是一種基于水庫壩體監(jiān)測的激光集中控制裝置。

背景技術(shù)：

混凝土壩和砌石壩建成蓄水運用后，在水、泥沙、浪、揚壓力、溫度以及地震等作用下，必然發(fā)生變形，嚴重導(dǎo)致塌陷，案例不勝枚舉。大壩安全監(jiān)測技術(shù)是國際關(guān)注問題。

大壩結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)涉及光學、傳感器、電子等多個學科領(lǐng)域，發(fā)展經(jīng)歷兩個階段：

1、觀測階段(1891～1964年)，也稱原型觀測。因為該階段的監(jiān)測水平較低，只是對放置在大壩結(jié)構(gòu)上的監(jiān)測儀器進行人工觀察和檢測，記錄大壩實時狀態(tài)。

2、安全觀測向安全監(jiān)測轉(zhuǎn)變和發(fā)展的階段(1965年至今)。國內(nèi)外監(jiān)測領(lǐng)域逐漸意識到儀器檢測的局限性，便對大壩采用人工巡查與儀器觀測相結(jié)合。其中日本、美國是最早進行巡視檢查的國家，隨后法國、意大利加拿大以及挪威等國家也都規(guī)定必須對大壩進行人工巡檢，從而有效的避免了只用觀測儀器對大壩進行安全監(jiān)測的缺陷。但由于人工巡查只能觀察大壩表面的變化，而對其內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)變化以及安全隱患難以辨別，因此必須實用新型一種能夠隨時、隨地、及時、高效的反映和檢測大壩安全問題的監(jiān)測技術(shù)。60年代后期，國外許多國家對自動監(jiān)測大壩安全的儀器設(shè)備進行研究和制造：日本首先實現(xiàn)了在拱壩上對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動采集；之后，意大利先后實現(xiàn)了垂線儀變形自動監(jiān)測和集中式采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)；1989年，加拿大將能夠進行數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、遠程以及分析等功能的自動化檢測系統(tǒng)安裝在大壩上。我國從80年代開始對壩體變形實行監(jiān)測，也研制了分布式智能檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線通信模塊以及維護大壩網(wǎng)絡(luò)安全信息的軟件系統(tǒng)。

目前國際上對壩體變形監(jiān)測采用兩種方式：

1、根據(jù)基點高程和位置，使用經(jīng)緯儀、水準儀、電子測距儀或激光準直儀、GPS、智能全站儀等來測量壩體表面標點、覘標處高程和位置變化?？蓪崿F(xiàn)測點的三維位移數(shù)據(jù)測量；

2、在壩體表面安裝或埋設(shè)一些監(jiān)測位移的儀器，通常只能測量測點的單項位移數(shù)據(jù)(水平位移或垂直位移)。常用的位移監(jiān)測儀器有位移計、測縫計、傾斜儀、沉降儀、垂線坐標儀、引張線儀、多點位移計和應(yīng)變計等。

就變形監(jiān)測設(shè)備而言，從精度、穩(wěn)定性、安裝工程量、維護、價格等幾方面說,能滿足各項要求的設(shè)備幾乎沒有。壩體內(nèi)部位移監(jiān)測還只能使用傳統(tǒng)的單項位移監(jiān)測設(shè)備，需要預(yù)先埋設(shè)或鉆孔安裝，施工不便，目前還沒有好的替代方法；壩體表面位移使用的三維數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備安裝方便、性能穩(wěn)定、精度高，但受地理環(huán)境影響大，安裝條件受到限制，且成本高。

由此，研發(fā)一種不受地理環(huán)境影響，響應(yīng)時間快，測量精度高，可實現(xiàn)自校準，便于實現(xiàn)智能數(shù)字化管理的壩體變形自動監(jiān)測系統(tǒng)意義重大。

實用新型專利《水庫壩體沉陷與水平位移基準點檢測裝置及檢測方法》[專利號ZL201410450657.8]和《水庫壩體沉陷與水平位移監(jiān)測系統(tǒng)》[專利號ZL201410450695.3]詳細闡述了基于激光原理監(jiān)測壩體變形的原理和方法。關(guān)鍵技術(shù)是利用激光光束通過觀測點的“十字架”折射產(chǎn)生清晰圖形獲取縱軸的特征值—弦長及截距來推算壩體變形程度。系統(tǒng)包括監(jiān)測控制器和集中管理器，集中管理器設(shè)置在壩體外堅固端，激光經(jīng)發(fā)射和直射到若干個等間距的監(jiān)測點，并在每個監(jiān)測點處分別設(shè)置一個基準點監(jiān)測器，如圖1所示。工作時上位機給基準點監(jiān)測器發(fā)生一系列控制命令，在得到各監(jiān)測器總允許情況下開啟激光發(fā)生器，同時給監(jiān)測器發(fā)射拍攝圖像指令。經(jīng)圖像處理完畢將特征值存入EEPROM，等待上位機有關(guān)命令。集中管理器與上位機可實現(xiàn)GPRS或RS485數(shù)據(jù)通訊，將壩體變形數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析即可實現(xiàn)數(shù)字化智能安全管理，防患于未然，避免壩體塌陷等事故發(fā)生。

但是，在上述兩實用新型專利中，集中控制器的激光通孔擋板通過激光通孔擋板水平控制機構(gòu)和激光通孔擋板垂直控制機構(gòu)來進行移動和固定，當擋板受到外界沖擊時(物體撞擊或者大風)，擋板很容易損壞，導(dǎo)致集中控制器箱體內(nèi)進水或者灰塵，影響集中控制器的運行致使無法準確監(jiān)測水庫壩體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述不足，本實用新型提供了一種基于水庫壩體監(jiān)測的激光集中控制裝置，其不僅能夠有效監(jiān)測水庫壩體情況，而且測量精度高。

本實用新型解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：一種基于水庫壩體監(jiān)測的激光集中控制裝置，其特征是，包括管理器殼體、管理控制器、激光發(fā)射器和激光通孔開關(guān)機構(gòu)，所述管理器殼體為一體成型殼體，在管理器殼體一側(cè)面設(shè)置有激光通孔，所述激光發(fā)射器設(shè)置在管理器殼體內(nèi)對應(yīng)激光通孔的位置，在檢管理器殼體激光通孔處的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有激光通孔開關(guān)機構(gòu)，所述管理控制器分別與激光發(fā)射器和激光通孔擋板機構(gòu)相連；所述激光通孔開關(guān)機構(gòu)包括固定在管理器殼體內(nèi)側(cè)壁上的支架板，在支架板一端設(shè)置有與激光通孔相應(yīng)大小的通光孔，支架板另一端設(shè)置有水平的軌道孔，軌道孔與通光孔聯(lián)通，在支架板靠近管理器殼體側(cè)壁一側(cè)設(shè)置有滑槽，在滑槽內(nèi)設(shè)置有左右移動的遮擋板，所述遮擋板背面設(shè)置有在軌道孔左右移動的齒條，所述齒條與設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪嚙合，所述旋轉(zhuǎn)軸的上端與固定在支架板上的步進電機的輸出軸連接，旋轉(zhuǎn)軸的下端設(shè)置在固定在支架板上的軸承座內(nèi)，在支架板左右兩端對應(yīng)齒條移動行程的位置分別設(shè)置有一個限位開關(guān)；所述支架板上還設(shè)置有拉式電磁鐵，當遮擋板遮擋通光孔和激光通孔時拉式電磁鐵的擋頭下落在齒條遠離通光孔的一端；所述限位開關(guān)的輸出端與管理控制器連接，所述步進電機的控制端與管理控制器連接，所述拉式電磁鐵的控制端與管理控制器連接；在步進電機的帶動下所述遮擋板緊靠在管理器殼體內(nèi)側(cè)壁上移動。

優(yōu)選地，所述遮擋板采用聚乙烯板。

優(yōu)選地，所述管理控制器包括STM32F107單片機以及分別與STM32F107單片機連接的電源模塊、GPRS模塊、RS485電路、時鐘電路、無線射頻芯片、存儲器、限位開關(guān)輸入隔離電路、步進電機驅(qū)動電路、電磁鐵控制電路和激光發(fā)射器電源控制電路；所述限位開關(guān)輸入隔離電路與限位開關(guān)的輸出端連接；所述步進電機驅(qū)動電路與步進電機的控制端連接，所述電磁鐵控制電路與拉式電磁鐵的控制端連接。

優(yōu)選地，所述存儲器采用AT24C02存儲芯片。

優(yōu)選地，所述GPRS模塊包括SIM800C模塊、SIM卡和MIC29302芯片，所述SIM800C模塊分別與STM32F107單片機和電源模塊連接，所述SIM卡設(shè)置在SIM800C模塊的卡槽內(nèi)，所述MIC29302芯片的控制端與STM32F107單片機連接。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型通過設(shè)置激光通孔開關(guān)機構(gòu)實現(xiàn)了管理器殼體的激光通孔自動開啟和關(guān)閉，激光通孔開關(guān)機構(gòu)中遮擋板采用聚乙烯板加工制成，成本較低，耐用抗腐蝕，且不變型，管理控制器采用功能豐富、強大的ARM 32位單片機STM32F107構(gòu)成，滿足整個系統(tǒng)的現(xiàn)場要求。

當進行水庫壩體檢測時，本實用新型控制激光通孔開關(guān)機構(gòu)自動將管理器殼體的激光通孔打開，使激光穿過通光孔和激光通孔；當檢測完成時，控制激光通孔開關(guān)機構(gòu)自動關(guān)閉通光孔和激光通孔，防止灰塵、雨水等進入殼體內(nèi)，不僅減少了人工參與，節(jié)約了成本，而且做到了隨時檢測的目的。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)水庫壩體監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型所述管理器殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型所述管理器殼體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型所述通孔開關(guān)機構(gòu)(支架板背離殼體側(cè)壁一側(cè))的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型所述通孔開關(guān)機構(gòu)(支架板靠近殼體側(cè)壁一側(cè))的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實用新型所述管理控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本實用新型所述GPRS模塊的電路原理圖；

圖中，1為管理器殼體，2為激光通孔，3為激光發(fā)射器，4為管理控制器，5為激光通孔開關(guān)機構(gòu)；501為支架板、502為通光孔、503為軌道孔、504為滑槽、505為遮擋板、506為齒條、507為旋轉(zhuǎn)軸、508為齒輪、509為步進電機、510為軸承座、511和512為限位開關(guān)、513為拉式電磁鐵。

具體實施方式

為能清楚說明本方案的技術(shù)特點，下面通過具體實施方式并結(jié)合其附圖對本實用新型進行詳細闡述。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本實用新型的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本實用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。此外，本實用新型可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本實用新型省略了對公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本實用新型。

如圖2至圖5所示，本實用新型的一種基于水庫壩體監(jiān)測的激光集中控制裝置，它包括管理器殼體1、激光發(fā)射器3、管理控制器4和激光通孔開關(guān)機構(gòu)5，所述管理器殼體1為一體成型殼體，在管理器殼體1一側(cè)面設(shè)置有激光通孔2，所述激光發(fā)射器3設(shè)置在管理器殼體內(nèi)對應(yīng)激光通孔2的位置，在檢管理器殼體激光通孔處的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有激光通孔開關(guān)機構(gòu)5，所述管理控制器5分別與激光發(fā)射器3和激光通孔擋板機構(gòu)5相連；所述激光通孔開關(guān)機構(gòu)5包括固定在管理器殼體內(nèi)側(cè)壁上的支架板501，在支架板501一端設(shè)置有與激光通孔相應(yīng)大小的通光孔502，支架板另一端設(shè)置有水平的軌道孔503，軌道孔503與通光孔502聯(lián)通，在支架板501靠近管理器殼體側(cè)壁一側(cè)設(shè)置有滑槽504，在滑槽504內(nèi)設(shè)置有左右移動的遮擋板505，所述遮擋板505背面設(shè)置有在軌道孔左右移動的齒條506，所述齒條506與設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸507上的齒輪508嚙合，所述旋轉(zhuǎn)軸507的上端與固定在支架板上的步進電機509的輸出軸連接，旋轉(zhuǎn)軸507的下端設(shè)置在固定在支架板上的軸承座510內(nèi)，在支架板左右兩端對應(yīng)齒條移動行程的位置分別設(shè)置有一個限位開關(guān)511和512；所述支架板501上還設(shè)置有拉式電磁鐵513，當遮擋板遮擋通光孔和激光通孔時拉式電磁鐵513的擋頭下落在齒條506遠離通光孔的一端；所述限位開關(guān)511和512的輸出端與管理控制器4連接，所述步進電機509的控制端與管理控制器4連接，所述拉式電磁鐵513的控制端與管理控制器4連接；在步進電機的帶動下所述遮擋板505緊靠在管理器殼體1的內(nèi)側(cè)壁上移動，增加了管理器殼體的密封性和防水性。

所述遮擋板505采用聚乙烯板。

如圖6所示，所述管理控制器包括STM32F107單片機以及分別與STM32F107單片機連接的電源模塊、GPRS模塊、RS485電路、時鐘電路、無線射頻芯片、存儲器、限位開關(guān)輸入隔離電路、步進電機驅(qū)動電路、電磁鐵控制電路和激光發(fā)射器電源控制電路；所述限位開關(guān)輸入隔離電路與限位開關(guān)的輸出端連接；所述步進電機驅(qū)動電路與步進電機的控制端連接，所述電磁鐵控制電路與拉式電磁鐵的控制端連接。所述存儲器采用AT24C02存儲芯片。

如圖7所示，所述GPRS模塊包括SIM800C模塊、SIM卡和MIC29302芯片，所述SIM800C模塊分別與STM32F107單片機和電源模塊連接，所述SIM卡設(shè)置在SIM800C模塊的卡槽內(nèi)，所述MIC29302芯片的控制端與STM32F107單片機連接。

激光通孔開關(guān)機構(gòu)的工作原理如下：步進電機的輸出軸與旋轉(zhuǎn)軸固定在一起，旋轉(zhuǎn)軸跟齒輪固定一起，齒輪與齒條咬合一起，當電機工作時，旋轉(zhuǎn)軸和齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動齒條移動，齒條和遮擋板固定在一起上，從而帶動遮擋板移動打開或關(guān)閉通光孔和激光通孔。當齒條移動到指定位置時會碰觸限位開關(guān)，限位開關(guān)會給STM32F107單片機一個信號，STM32F107單片機停止驅(qū)動步進電機工作。當齒條移動碰觸到開進通光孔處的限位開關(guān)7時，遮擋板將通光孔關(guān)閉，此時給拉式電磁鐵斷電，拉式電磁鐵的擋頭會落下，擋住齒條，使齒條不能向遠通光孔方向移動，防止外力將遮擋板打開，增強安全性。下次開啟時，首先給拉式電磁鐵上電，使擋頭抬起。激光通孔開關(guān)機構(gòu)通過STM32F407單片機的控制，驅(qū)動步進電機自動打開和關(guān)閉通光孔和激光通孔。當進行水庫壩體檢測時，本實用新型控制激光通孔開關(guān)機構(gòu)自動將管理器殼體的激光通孔打開，使激光穿過通光孔和激光通孔；當檢測完成時，控制激光通孔開關(guān)機構(gòu)自動關(guān)閉通光孔和激光通孔，防止灰塵、雨水等進入殼體內(nèi)，不僅減少了人工參與，節(jié)約了成本，而且做到了隨時檢測的目的。

在本實用新型檢測系統(tǒng)中，管理控制器采用32位ARM Cortex-M3架構(gòu)的STM32F107單片機，其運行頻率達到72MHz，能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)通信，滿足現(xiàn)場實際需求。無線射頻模塊和GPRS模塊各通過串口與單片機相連，接收來自上位機發(fā)送的指令，以及發(fā)送檢測數(shù)據(jù)到單片機。RX8025時鐘芯片通過IIC接口與單片機相連，可以實現(xiàn)定時自動檢測的功能。單片機驅(qū)動激光通孔開關(guān)機構(gòu)的步進電機正反轉(zhuǎn)，使通光自動開關(guān)控制機構(gòu)打開或關(guān)閉激光通孔。限位開關(guān)與單片機相連，當機構(gòu)打開或關(guān)閉到預(yù)定位置時，碰觸限位開關(guān)，限位開關(guān)給單片機一個低電平信號，單片機停止控制步進電機。當機構(gòu)打開后，單片機控制繼電器動作，打開激光發(fā)射器的電源，使激光發(fā)射器工作。整個過程能夠自動開啟、關(guān)閉機構(gòu)，自動數(shù)據(jù)傳輸，不需要人工參與，極大的方便了工作，節(jié)省了成本。

本實用新型的工作過程為：控制器的無線模塊接收到上位機的指令后給單片機，單片機接收到開啟檢測命令后，開始執(zhí)行開啟動作，首先控制電磁鐵上電，使擋頭抬起，然后控制步進電機轉(zhuǎn)動，帶動遮擋板移動。在這個過程中，檢查限位開關(guān)是否有信號輸入，如果有信號輸入，說明已經(jīng)開啟到指定位置，則停止步進電機工作，此時激光通光孔打開。控制激光發(fā)生器電源打開，激光發(fā)生器投射出平行激光，開始工作。

此外，本實用新型的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本實用新型的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本實用新型描述的對應(yīng)實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本實用新型可以對它們進行應(yīng)用。因此，本實用新型所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護范圍內(nèi)。