本發(fā)明涉及數(shù)據通信技術領域，具體而言，涉及一種信息采集系統(tǒng)。

背景技術：

目前，我國在建的包含隧道在內的地下空間構造物，按照工程延米計算，應有數(shù)萬千米。各種地下礦藏在開采過程中所挖掘的開采隧道也深入地下。因隧道施工、礦藏開采安全的特殊性和存在的不確定性隱患，例如隧道最前端的巖石坍塌、挖掘中出現(xiàn)有毒有害氣體，例如硫化氫、一氧化碳等，或者挖掘中出現(xiàn)易燃易爆氣體，例如瓦斯等。這些安全隱患時刻都可能危及施工人員的安全，因此及時對這些安全隱患進行檢測，及時幫助施工人員規(guī)避威脅顯得尤為重要。

目前針對隧道內的各種信息的采集一般是在隧道或者地下礦藏開挖的位置或者附近安裝傳感器，通過傳感器獲取對各種氣體和工程結構參數(shù)的感應信號，并將該感應信號通過線纜傳輸至隧道外的上位機。但是在實際的施工中，隧道環(huán)境惡劣，各種施工過程、大型設備移動和炸藥爆破都可能會對線纜造成破壞，而這種情況一旦出現(xiàn)，那么傳感器的感應信號便無法通過線纜傳輸至隧道外的上位機，在這種情況下，一旦隧道或者礦藏內部出現(xiàn)危險，隧道內的施工人員無法安全的撤離。因此一種信息傳遞更加可靠的信息采集系統(tǒng)成為目前亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種信息采集系統(tǒng)，能夠通過無線連接將傳感器的感應信號傳遞至上位機，保證了信息傳遞的可靠性。

本發(fā)明實施例提供了一種信息采集系統(tǒng)，包括：傳感器、信號發(fā)射裝置、信號接收轉發(fā)裝置；

其中所述傳感器與所述信號發(fā)射裝置電連接；

所述信號發(fā)射裝置與所述信號接收轉發(fā)裝置無線連接；

所述傳感器用于根據外界環(huán)境生成相應的感應電信號；

所述信號發(fā)射裝置用于將所述感應電信號轉化為發(fā)射電信號并無線發(fā)送至所述信號接收轉發(fā)裝置；

所述信號接收轉發(fā)裝置用于接收所述發(fā)射電信號并無線轉發(fā)給上位機。

結合上述實施例，本發(fā)明實施例提供了第一種可能的實施方式，所述傳感器至少有一個；

每個所述傳感器均連接有一個所述信號發(fā)射裝置；

所有所述信號發(fā)射裝置與同一個所述信號接收轉發(fā)裝置無線連接。

結合上述實施例，本發(fā)明實施例提供了第二種可能的實施方式，所述傳感器包括：激光位移計、應變計、裂縫計、瓦斯探測儀、硫化氫探測儀、一氧化碳探測儀、二氧化碳探測儀等中至少一種；

每一種傳感器均至少有一個。

結合上述實施例，本發(fā)明實施例提供了第三種可能的實施方式，所述信號發(fā)射裝置包括：

控制器以及信號發(fā)射電路；

其中，所述控制器用于將所述感應電信號轉化為發(fā)射電信號；

所述信號發(fā)射電路用于將所述發(fā)射信號發(fā)送至所述信號接收轉發(fā)裝置。

結合上述實施例，本發(fā)明實施例提供了第四種可能的實施方式，

所述信號發(fā)射裝置還包括：編碼裝置；

所述編碼裝置與所述控制器連接；

所述編碼裝置用于對與所述控制器連接的傳感器進行編碼，并向所述控制器發(fā)送編碼信息；

所述控制器還用于根據所述感應電信號以及所述編碼信息，生成發(fā)射電信號。

結合上述實施例，本發(fā)明實施例還提供第五種可能的實施方式，所述信號采集電路還包括：隔離電路；

所述隔離電路設置于所述控制器以及所述傳感器之間。

結合上述實施例，本發(fā)明實施例提供了第六種可能的實施方式，所述信號發(fā)射電路包括：2.4G無線發(fā)送單元；

所述2.4G無線信號發(fā)送單元還連接有信號發(fā)送天線。

結合上述實施例，本發(fā)明實施例提供了第七種可能的實施方式，所述信號接收轉發(fā)裝置包括：

信號接收電路、信號轉換電路以及第二信號發(fā)射電路；

所述信號接收電路用于接收所述發(fā)射電信號；

所述信號轉換電路用于將所述發(fā)射電信號的格式轉化為第二信號發(fā)射電路能夠識別的格式；

所述第二信號發(fā)射電路用于將發(fā)射電信號發(fā)送至上位機。

結合上述實施例，本發(fā)明實施例提供了第八種可能的實施方式，還包括：降壓穩(wěn)壓電路；

所述降壓穩(wěn)壓電路用于輸出至少一個電壓值；

所述降壓穩(wěn)壓電路分別與所述傳感器、所述信號發(fā)射裝置以及所述信號接收轉發(fā)裝置電連接。

結合上述實施例，發(fā)明實施例提供了第九種可能的實施方式，還包括：警報裝置；

所述警報裝置用于接收所述上位機根據所述發(fā)射電信號所生成的警報信號，發(fā)出警報。

本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)，通過傳感器根據外界的環(huán)境生成相應的感應電信號之后，傳遞給與之電連接的信號發(fā)射裝置。而信號發(fā)射裝置與信號接收轉發(fā)裝置之間無線連接，信號接收轉發(fā)裝置和上位機之間也無線連接，不會出現(xiàn)隧道或者地下礦藏的大型設備和炸藥爆破影響傳感器信號的傳遞，從而提高了信息傳遞的可靠性，提高施工人員的安全性。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實施例所提供的一種信息采集系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)中，信號發(fā)射裝置的結構示意圖；

圖3示出了本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)中，控制器的電路圖；

圖4示出了本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)中，編碼裝置的電路圖；

圖5示出了本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)中，隔離電路的電路圖；

圖6示出了本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)中，信號接收轉發(fā)裝置的結構示意圖；

圖7示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種信息采集系統(tǒng)的結構示意圖；

圖8示出了本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)中，降壓穩(wěn)壓電路的電路圖；

圖9示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種信息采集系統(tǒng)的結構示意圖；

圖示標記說明：

傳感器10；

信號發(fā)射裝置20、控制器201、信號發(fā)射電路202、編碼裝置203、隔離電路204；

信號接收轉發(fā)裝置30、信號接收電路301、信號轉換電路302、第二信號發(fā)射電路303；

降壓穩(wěn)壓電路40；

警報裝置50；

上位機60。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

目前在對在建的隧道，挖掘的礦藏進行各種環(huán)境信息，例如硫化氫、一氧化碳、瓦斯等具體情況的信息采集的時候，所使用的采集裝置一般都會通過在隧道或者地下礦藏開挖的位置安裝線纜，使用線纜實現(xiàn)信息的傳遞。但是由于在隧道挖掘或者礦藏開采的過程中，隧道和礦藏內環(huán)境惡劣，各種大型設備和炸藥爆破都可能會對線纜造成破壞，導致信息在傳遞過程中的是不夠可靠的，在線纜被破壞而無法傳輸數(shù)據的時候，一旦在隧道或者礦藏內出現(xiàn)有毒有害氣體或者易燃易爆氣體的時候，隧道內的施工人員無法及時被通知而無法及時撤離，從而導致隧道施工人員安全無法得到保證，基于此，本申請?zhí)峁┑囊环N信息采集系統(tǒng)，可以通過無線網絡傳輸數(shù)據，提高信息傳遞的可靠性。

需要注意的是，在本發(fā)明的描述中，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

另外，在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

參見圖1所示，本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)，包括：傳感器10、信號發(fā)射裝置20、信號接收轉發(fā)裝置30；

其中所述傳感器10與所述信號發(fā)射裝置20電連接；

所述信號發(fā)射裝置20與所述信號接收轉發(fā)裝置30無線連接；

所述傳感器10用于根據外界環(huán)境生成相應的感應電信號；

所述信號發(fā)射裝置20用于將所述感應電信號轉化為發(fā)射電信號并無線發(fā)送至所述信號接收轉發(fā)裝置30；

所述信號接收轉發(fā)裝置30用于無線接收所述發(fā)射電信號并無線轉發(fā)給上位機60。

在具體實現(xiàn)的時候，傳感器10可以有多種，例如可以是激光位移計、應變計、裂縫計、瓦斯探測儀、硫化氫探測儀、一氧化碳探測儀、二氧化碳探測儀中的至少一種，傳感器10在工作的時候，一般會產生一個頻率電信號，該頻率電信號在正常狀態(tài)(即空氣中沒有含有相應的氣體，或者所包含的相應氣體的含量在某一閾值以下)下會一直處于一個額定的值，而當空氣中傳感器10所能夠感應到氣體的含量增加的時候，該頻率電信號的頻率會相應增加，這個頻率電信號即為感應電信號。傳感器10將該頻率電信號傳遞給信號發(fā)射裝置20，信號發(fā)射裝置20將該感應電信號轉化為發(fā)射電信號，并將該發(fā)射電信號發(fā)送至信號接收轉發(fā)裝置30，在這個過程中，由于信號發(fā)射裝置20要與信號接收轉發(fā)裝置30之間進行無線通信，發(fā)射電信號實則是兩者之間進行無線通信時所使用的數(shù)據格式。

上述信息采集系統(tǒng)共具有兩級無線傳輸網絡，其中一級為信號發(fā)射裝置與信號接收轉發(fā)裝置之間的無線傳輸網絡，另一級為信號接收轉發(fā)裝置與上位機之間的無線傳輸網絡。

信號發(fā)射裝置與信息接收轉發(fā)裝置可以有多種無線連接方式，例如信號發(fā)射裝置與信號接收轉發(fā)裝置通過WIFI、藍牙、ZigBee、Infrared等2.4G無線傳輸方式進行信號的交互。而信號接收轉發(fā)裝置30之間則一般通過以太網連接，這樣，能夠保證信號發(fā)射裝置和信號接收轉發(fā)裝置之間的信息的近距離可靠傳輸，又保證了信號接收轉發(fā)裝置和上位機之間遠距離信息的可靠傳輸。同時又保證了兩者之間不會相互干擾。

另外，為了保證信息采集的準確性以及及時性，在本發(fā)明實施例所一共的信息采集系統(tǒng)中，傳感器10至少有一個。每一個傳感器10都連接有一個信號發(fā)射裝置20。多個所述信號發(fā)射裝置20與一個所述信號接收轉發(fā)裝置30無線連接。

在具體實現(xiàn)的時候，在本發(fā)明所提供的信息采集系統(tǒng)中，包括至少一個傳感器10，當傳感器10只有一個的時候，可以將其安裝在開挖位置附近；但是，由于在真實的在建隧道或者開挖的地下礦藏中，開挖條件一般都是比較復雜的，有毒有害氣體、易燃易爆氣體的泄露位置都是不確定的，而氣體的擴散需要一定的時間。如果傳感器10距離其氣體泄漏的位置過遠，當氣體擴散到傳感器10所在的位置，并被傳感器10所感應的時候，往往已經錯過了向施工人員發(fā)出警報的最佳時機，因此，為了能夠在氣體泄露之時就能夠及時的向施工人員發(fā)出警報，一般情況下可以設置多個傳感器10，將多個傳感器10分別安裝在不同的位置，只要其中的一個傳感器10感應到異常的情況，就向施工人員發(fā)出警報，這樣能夠讓施工人員更加及時的撤離現(xiàn)場，提高安全性。

其中，需要注意的是，由于傳感器10可以是多種，而每一種傳感器10都至少包括一個。另外，還可以根據實際的需要設置傳感器的類型和數(shù)量。

本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)，通過傳感器根據外界的環(huán)境生成相應的感應電信號之后，傳遞給與之電連接的信號發(fā)射裝置。而信號發(fā)射裝置與信號接收轉發(fā)裝置之間無線連接，信號接收轉發(fā)裝置和上位機之間也無線連接，不會出現(xiàn)隧道或者地下礦藏的大型設備和炸藥爆破影響傳感器信號的傳遞，從而提高了信息傳遞的可靠性，提高施工人員的安全性。

另外，參見圖2所示，在本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)中，所述信號發(fā)射裝置20包括：

控制器201以及信號發(fā)射電路202；

其中，所述控制器201用于將所述感應電信號轉化為發(fā)射電信號；

所述信號發(fā)射電路202用于將所述發(fā)射信號發(fā)送至所述信號接收轉發(fā)裝置。

在具體實現(xiàn)的時候，控制器201一般為單片機或者CPU?？刂破?01在接收到傳感器10所發(fā)出的頻率電信號之后，傳感器10內部的計數(shù)器對對該頻率電信號進行計算，即在一定時間內，高低頻跳變的次數(shù)是多少。該次數(shù)信息即為其所采集到的傳感器10所發(fā)送的感應電信號的具體數(shù)據?？刂破?01將該感應電信號轉化為信號發(fā)射電路能夠識別的發(fā)射電信號，然后將該發(fā)射電信號傳遞給信號發(fā)射電路202，該信號發(fā)射電路202將該發(fā)射電信號通過與信號接收轉發(fā)裝置30之間的無線連接發(fā)送給所述信號接收轉發(fā)裝置30。

需要注意的是，信號發(fā)射電路202與信號接收轉發(fā)裝置30之間采用何種通信協(xié)議進行通信，那么控制器201便將該感應電信號轉化成何種發(fā)射電信號。

另外，由于米一個信號接收轉發(fā)裝置30至少連接一個信號發(fā)射裝置20，而信號發(fā)射裝置每一個均要連接一個傳感器10。不同的傳感器10的安裝位置不同，而不同種類的傳感器10的工作原理都是類似的，因此，為了區(qū)分不同的傳感器，也為了能夠通過傳感器10的安裝位置了判斷出現(xiàn)有毒有害氣體或者易燃易爆氣體的位置，在信號發(fā)射裝置20上還包括：編碼裝置203；

所述編碼裝置203與所述控制器201連接；

所述編碼裝置203用于對與所述控制器連接201的傳感器10進行編碼，并向所述控制器201發(fā)送編碼信息；

所述控制器201還用于根據所述感應電信號以及所述編碼信息，生成發(fā)射電信號。

在具體實現(xiàn)的時候，編碼裝置203是一個手動或者能夠自動控制的包括了高位和低位的編碼裝置，高位和低位均能夠輸出至少一位編碼信息。該編碼信息直接輸出給控制器201，事實上，每一個控制器201都連接了一個傳感器10，輸出給控制器201的編碼信息實則就是對于控制器201所連接的傳感器10的編碼?？刂破?01在生成發(fā)射電信號的過程中，會在生成的發(fā)射電信號中攜帶該編碼信息。當上位接收到發(fā)射電信號之后，能夠從發(fā)射電信號中將編碼信息解析出來，從而獲知究竟是哪一個傳感器10所發(fā)送的信息。

另外，信號發(fā)射裝置還包括：隔離電路204。所述隔離電路204設置于所述控制器201以及所述傳感器10之間。該隔離電路的作用是對控制器201進行過電保護，一旦在傳感器10突然出現(xiàn)了較大的干擾電信號或者傳感器10忽然出現(xiàn)了較大的感應電信號，避免這些過大的電信號對控制器201造成沖擊。

參見圖3、圖4、圖5所示，本發(fā)明實施例還提供一種具體控制器201的電路圖，參見圖3，控制器包括：型號為STM8S003F3P6的單片機，在單片機的第五、第六管腳，第七、第八管腳，第十一、第十二管腳連接單片機旁路電路。如第五、第六管腳所連接的單片機旁路電路中包括：電阻R24，電容C22和電容C21以及晶振Y1。在第七、第八管腳所連接的單片機旁路電路中包括：電容C9。在第十一、第十二管腳所連接的單片機旁路電路中包括：電阻R4、R22、R23、R2，電容C12，開關S1，光敏二極管D4。

參見圖4，編碼裝置包括：高位撥碼開關U8和低位撥碼開關U9，其中，高位撥碼開關U8包括兩路電壓輸入，分別和兩個管腳C連接，第1管腳、第4管腳、第2管腳和第8管腳分別連接電阻R11、R13、R14、R12后接地，且第1管腳和單片機的第1管腳連接，第4管腳和單片機的第16管腳連接，第2管腳和單片機的第15管腳連接，第8管腳和單片機的第12管腳連接。低位撥碼開關U9同樣包括兩路輸入電壓，分別和兩個管腳C連接。第1管腳、第4管腳、第2管腳和第8管腳分別連接電阻R15、R17、R18、R16后接地。且第1管腳和單片機的第19管腳連接，第4管腳和單片機的第20管腳連接，第2管腳和單片機的第16管腳連接，第8管腳和單片機的第17管腳連接。

參見圖5，隔離電路204一般包括：光電耦合器U5以及分別與光電耦合器U5的信號輸入端和信號輸出端連接的電阻R20、R21、R3、R19。需要注意的是，該隔離電路204分別通過電阻R3和電阻R19輸出兩路電壓，兩路電壓分別為5V和3.3V。在該電路中電阻的阻值可以根據實際的需要進行改變，同時，該隔離電路204所輸出的電壓還可以是一路、三路、四路等更多，具體可以根據實際的需要進行具體的設置。

另外，信號發(fā)射電路202包括：2.4G無線發(fā)送單元；

所述2.4G無線信號發(fā)送單元還連接有信號發(fā)送天線。

在具體實現(xiàn)的時候，2.4G無線發(fā)送單元可以和信號發(fā)射裝置20的其他電路均集成在一起，也可以通過一個轉接開關和信號發(fā)射裝置20的其他電路連接。

參見圖6所示，本發(fā)明實施例還提供一種信號接收轉發(fā)裝置的具體實施方式，所述信號接收轉發(fā)裝置30包括：

信號接收電路301、信號轉換電路302以及第二信號發(fā)射電路303；

所述信號接收電路301用于接收所述發(fā)射電信號；

所述信號轉換電路302用于將所述發(fā)射電信號的格式轉化為第二信號發(fā)射電路能夠識別的格式；

所述第二信號發(fā)射電路303用于將發(fā)射電信號發(fā)送至上位機。在具體實現(xiàn)的時候，信號接收轉發(fā)裝置接收發(fā)射電信號的時候，通過信號接收電路301接收。信號接收電路301能夠與信號發(fā)射電路202進行無線通信。而由于信號發(fā)射裝置20和信號接收轉發(fā)裝置30之間的通信方式不同于信號接收轉發(fā)裝置30和上位機之間的通信方式，因而需要通過信號轉換電路302將發(fā)射電信號轉化為第二信號發(fā)射電路303能夠識別的信號。而第二信號發(fā)射電路303用于將發(fā)射電信號發(fā)送給上位機。

另外，參見圖7所示，在本發(fā)明的各個實施例中，還包括降壓穩(wěn)壓電路40。所述降壓穩(wěn)壓電路40用于輸出至少一個電壓值；

所述降壓穩(wěn)壓電路40分別與所述傳感器10、所述信號發(fā)射裝置20以及所述信號接收轉發(fā)裝置30電連接。

在具體實現(xiàn)的時候，由于傳感器10和信號發(fā)射裝置20電連接，而信號發(fā)射裝置20與信號接收轉發(fā)裝置30無線連接，因此降壓穩(wěn)壓電路40一般至少有兩個，每一個信號發(fā)射裝置20和與其連接的傳感器10連接有一個降壓穩(wěn)壓電路。而信號接收轉發(fā)裝置30單獨連接有一個降壓穩(wěn)壓電路40。

參見圖8所示，本發(fā)明實施例還提供一種降壓穩(wěn)壓裝置的具體電路圖，包括：型號為XL1509-5E1的開關芯片U2，型號為B0505LS的電源模塊，型號為LM1117的低壓差電壓調節(jié)器U1，包括其他旁路電路。該電路通過開關JP1輸入高電壓。在通過上述三個芯片對高電壓分別降壓、穩(wěn)壓后，對外輸出兩路5V以及3.3V的電壓。

需要注意的是，上述幾個電路中(包括圖3-圖5、圖8)，僅僅是本發(fā)明所提供的信息采集系統(tǒng)中電路的例子，其并不對本發(fā)明所提供的信息采集系統(tǒng)做出任何限定。在上述幾個電路中，電路的具體結構可以根據實際的應用做出調整，電器元件的值也可以根據實際需要進行調節(jié)。所輸出的3.3V和5V僅僅是兩個實例，還可以通過調整電路輸出其他電壓。

另外，參見圖9所示，本發(fā)明實施例所提供的信息采集系統(tǒng)，還包括：警報裝置50；

所述警報裝置50用于接收所述上位機60根據所述發(fā)射電信號所生成的警報信號，發(fā)出警報。

在具體實現(xiàn)的時候，警報裝置50直接與上位機60進行無線通信。警報裝置50直接安裝在在建的隧道內或者地下礦藏內，當上位機60根據發(fā)射電信號判斷傳感器10感應到有毒有害氣體或者易燃易爆氣體，會直接生成警報信號向警報裝置50發(fā)送。警報裝置50根據該警報信號發(fā)出警報。

一般地，該警報信號可以分為多級，多級警報信號可以對施工人眼進行不同的提示。例如，在感應到有易燃易爆氣體泄露時，發(fā)出的警報會提示施工人員關閉一切機器的電源并及時撤離施工現(xiàn)場。而感應到有毒有害氣體的時候，發(fā)出的警報會提示施工人員戴上防毒設備后撤離施工現(xiàn)場等。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。