灌漿記錄儀傳感器信號數位化傳輸裝置的製作方法
2023-05-31 09:59:41
專利名稱：灌漿記錄儀傳感器信號數位化傳輸裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種傳感器信號數位化傳輸裝置。主要用於灌漿記錄儀的傳感器，屬信號傳輸類(F04B)。
背景技術：
灌漿工程是隱蔽工程，一般用在電站水壩施工中。灌漿是指向電站水壩的提案、地基等灌入水泥、沙漿等物質，以加強牢固性。因此，灌漿質量將決定電站水壩的整體質量。壓水是對灌漿後的提案、地基進行檢測性試驗。目前，灌漿自動記錄儀行業傳感器信號傳輸方式主要採用模擬傳送，具體工作流程是壓力、密度、流量、抬動及相關傳感器檢測施工現場的灌漿參數，同時將這些參數轉換成模擬信號如電流信號、電壓信號、頻率信號等，通過信號線纜將信號傳送給記錄儀，而記錄儀則對這些監測數據數位化、顯示以及存儲列印。灌漿自動記錄儀用於工程計量和質量監控，它能對灌漿施工過程中的灌漿或壓水流量、壓力、密度等進行記錄，並將記錄的數據列印成灌漿施工記錄表供業主直接觀看，使業主了解和掌握灌漿施工質量。但是目前，採用模擬方式傳送傳感器數據有以下問題1)傳感器輸出的信號是模擬電流信號，容易受到人為的線路幹擾，如針對電流信號並聯分流電阻、電位器， 針對電壓信號串聯分壓電阻、電位器，對頻率信號進行分頻、倍頻等改變頻率的裝置。2)記錄儀的傳感器接口也都是標準的電流輸入口，容易進行數據作假，如採用能夠提供傳感器信號的各種模擬器代替實際傳感器信號，達到弄虛作假的目的。由於施工方提供不真實參數數據，不僅使業主利益受損，更嚴重的是使工程質量出問題造成重大安全事故。
(三)實用新型內容本實用新型提供的灌漿記錄儀傳感器信號數位化傳輸裝置，就是解決現有灌漿傳感器信號以摸擬信號傳輸至記錄儀存在作弊機會，使傳輸數據不真實，影響灌漿工程質量及安全等問題。其技術方案如下灌漿記錄儀傳感器信號數位化傳輸裝置，其特徵是1)在各傳感器輸出端分別增設信號埠順次連接的按模擬電信號類型選取的取樣電路、模數轉換電路、從機微處理器和傳輸通道C1 ；由此形成附在傳感器上的在當地的從機& ；2)在遠端的灌漿記錄儀輸入端增設與傳輸通道C2連接的主機微處理器；由此形成附在灌漿記錄儀上的主機A1 ；3)所述主機微處理器和從機微處理器內設有用於相互傳輸數據，自動進行傳感器真偽詢問應答的加密軟體和詢問應答軟體。上述裝置中還可以採用在主、從機內微處理機外均增設加密晶片，均選用現場可編程邏輯陣列FPGA或專用集成電路ASIC。上述傳輸通道可選為有線方式的485、232、乙太網、光纖通信方式，或者無線方式的wifi、無線電、GPRS、藍牙、紅外、3G、zigbee通信方式。 選擇有線方式的485通信方式，包括RS485收發器和485總線。其中RS485收發器設有與微處理器信號埠順次連接的光耦隔離、上電抑制、RS485晶片、電路保護電路。上述所有的主機微處理器和從機微處理器均選用單片機。本實用新型有益效果[0008]1)在灌漿傳感器輸出埠增設從機，將模擬電信號轉換為加密數位訊號傳輸，可完全杜絕模擬電信號傳輸受到上述人為的線路幹擾問題，實現數據傳輸的防作弊和傳輸數據的真實性。2)通過增設主機、從機微處理器的加密軟體和詢問應答軟體，即通過對應的主機、從機微處理器間直接詢問應答程序判定傳感器埠連接的傳感器真偽後，方可進行傳輸，進一步保證傳輸數據的真實性。幻加密晶片FPGA和ASIC採用了一種安全性、可靠性較高的加密算法，具體的實現還需結合FPGA片上相關資源。採用加密晶片FPGA和ASIC後， 使所有對應的詢問應答程序、加密數據更不易被破解，更安全可靠。4)上述光耦隔離電路可抗幹擾；上電抑制電路是網絡空閒狀態設置，可保證確定狀態；電路保護防過電壓衝擊，綜合功能是保證數據穩定可靠地傳輸。6)採用單片機功耗低、集成高，體積小。
圖1本實用新型實施例1電路方塊圖；圖2本實用新型實施例2電路方塊圖；圖3 RS485收發器電路方塊圖；圖4實施例1加密軟體和詢問應答軟體對應的主、從機間傳感器真偽詢問應答程控流程圖；圖5實施例2有機外加密晶片後，加密軟體和詢問應答軟體對應的主、從機間傳感器真偽詢問應答程控流程圖；圖6各種灌漿傳感器至記錄儀採用本實用新型數位化傳輸系統示意圖。實施例1 見圖1、圖3、圖4和圖6本實施例1灌漿記錄儀傳感器信號數位化傳輸裝置如下見圖6，灌漿工程現場的各種傳感器1包括有壓力計、流量計a、流量計b、密度
計......等。其輸出模擬電信號有電流、電壓和頻率等。大部分為4-20mA的電流模擬信
號。主機和從機微處理器分別選用為從機單片機4和主機單片機9。如流量計a的傳感器1輸出4_20mA的電流模擬信號，則應在傳感器輸出端聯接一個取樣電阻2作為取樣電路2，使之變為電壓摸擬信號送入含模數(AD)轉換電路3的從機單片機4內。若某傳感器輸出端提供的原本就是電壓模擬信號，則可不必設置取樣電路2。 取樣後的電壓摸擬信號經含AD轉換的從機單片機4轉換為數位化加密AD數據。見圖1，在流量計a傳感器1輸出端增設信號埠順次連接的取樣電阻2、含數模轉換電路3的從機單片機4、包括RS485收發器和485總線的傳輸通道C1 ；由此形成附在傳感器上的在當地的從機& ；在遠端的灌漿記錄儀11輸入端增設與485總線信號埠順次連接的主機RS485收發器6、主機單片機9，主機RS485收發器6和485總線為由此傳輸通道 C2，形成附在灌漿記錄儀上的主機A1 ；所述主機單片機9和從機單片機4內設有用於相互傳輸數據，自動進行傳感器真偽詢問應答的加密軟體和詢問應答軟體(見圖4)。見圖4，圖1，上述加密軟體和詢問應答軟體對應的主機、從機單片機間用程控方法進行的傳感器真偽詢問應答程序，包括如下步驟1)主機向從機發送一串詢問隨機碼；
2)從機收到詢問隨機碼後，根據應答規則向主機發送包括詢問應答碼和加密數據的密文；
3)主機收到密文後，提取詢問應答碼；4)主機結合步驟1)發出的詢問隨機碼，並通過主機單片機內的加密程序生成主機詢問應答碼力)主機比較生成的主機詢問應答碼和從機詢問應答碼；6)結果是否一致結果一致進行步驟7)；結果不一致進行步驟8) ；7)解密數據 主機將加密數據解密，並經主機單片機9發出明文傳至記錄儀；8)丟棄數據。記錄儀11通過串口 RS232訪問主機的數據。見圖3，RS485收發器內設有與主機單片機或從機單片機信號埠順次連接光耦隔離電路、上電抑制電路、RS485晶片、電路保護電路，最後與485總線連接。485總線採用 485纜線。實施例2 見圖2、圖3、圖5、圖6。本實施例2除以下方法和裝置與實施例1不同，其於全部相同。見圖2，在從機單片機4機外增設相互連接的一硬體從機加密晶片5 ；在主機單片機9機外增設相互連接的一硬體主機加密晶片10 ；兩個加密晶片均選用現場可編程邏輯陣歹Ij FPGA。見圖5，有機外加密晶片後，加密軟體和詢問應答軟體對應的主、從機間傳感器真偽詢問應答程序，步驟如下①主機向從機發送一串詢問隨機碼；②從機收到詢問隨機碼後，將詢問隨機碼和 AD數據經信號埠送入從機加密晶片5，從機加密晶片根據應答規通過從機單片機向主機發送包括詢問應答碼和加密數據的密文；③主機收到密文後，提取從機詢問應答碼、加密數據，同時將詢問隨機碼一併經信號埠送入主機加密晶片10，④主機加密晶片根據送入的詢問隨機碼生成主機詢問應答碼；⑤比較主機詢問應答碼和從機詢問應答碼；⑥結果是否一致結果一致進行步驟⑦；結果不一致進行步驟⑧；⑦主機加密晶片解密數據，並經主機單片機送入記錄儀，⑧丟棄數據。
權利要求1.灌漿記錄儀傳感器信號數位化傳輸裝置，其特徵是1)在各傳感器輸出端分別增設信號埠順次連接的按模擬電信號類型選取的取樣電路O)、模數轉換電路(3)、從機微處理器(4)和傳輸通道Cl ；由此形成附在傳感器上的在當地的從機Bl ；2)在遠端的灌漿記錄儀輸入端增設與傳輸通道C2連接的主機微處理器(9)；由此形成附在灌漿記錄儀上的主機Al；3)所述主機微處理器和從機微處理器內設有用於相互傳輸數據，自動進行傳感器真偽詢問應答的加密軟體和詢問應答軟體。
2.按權利要求1所述數位化傳輸裝置，其特徵是在從機內設置在從機微處理器外且相互連接的從機加密晶片(5)，在主機內設置在主機微處理器外且相互連接的主機加密晶片(10)。
3.按權利要求1或2所述數位化傳輸裝置，其特徵是所述從機加密晶片和主機加密晶片均選用現場可編程邏輯陣列FPGA或專用集成電路ASIC。
4.按權利要求1所述數位化傳輸裝置，其特徵是傳輸通道選為有線方式的485、232、 乙太網、光纖通信方式，或者無線方式的wifi、無線電、GPRS、藍牙、紅外、3G、zigbee通信方式。
5.按權利要求1或4所述數位化傳輸裝置，其特徵是所述傳輸通道選用有線方式的 485通信方式，包括RS485收發器和485總線，其中RS485收發器設有與微處理器信號埠順次連接的光耦隔離、上電抑制、RS485晶片、電路保護電路。
6.按權利要求1或2所述數位化傳輸裝置，其特徵是所述主機微處理器和從機微處理器均選用單片機。
專利摘要灌漿記錄儀傳感器信號數位化傳輸裝置。在各傳感器輸出端增設口順次連接的按模擬電信號類型選取的取樣電路、模數轉換電路、從機微處理器和傳輸通道；形成附在傳感器上的從機B1；在遠端的記錄儀輸入端增設與傳輸通道連接的主機微處理器；形成附在記錄儀上的主機。主機、從機微處理器內設有用於相互傳輸數據，自動進行傳感器真偽詢問應答的加密軟體和詢問應答軟體。可杜絕模擬電信號傳輸受人為線路幹擾和用模擬器替代傳感器等作弊發生，保證傳輸數據的真實性。也可增設機外加密晶片FPGA等使詢答程序、加密數據等更加安全可靠。主要用於水電站灌漿工程中傳感器的壓力、密度、流量、抬動等信號的傳輸。
文檔編號H04L9/32GK202183777SQ20112030471
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者李果, 蔣小春 申請人:成都中大華瑞科技有限公司