一種鋼支撐應力採集模塊的製作方法

2023-06-28 19:42:26 1

本實用新型涉及一種鋼支撐應力採集模塊，應用於深基坑鋼支撐軸力監測。

背景技術：

隨著城市建設的發展，城市的空間資源日趨昂貴，許多工程通過向地下深層發展的方式以節約城市的空間資源。地鐵工程通常採用了明挖基坑的方法施工。

內撐式基坑圍護結構，具有結構簡單，受力明確，施工可操作性強，進度快，鋼支撐系統可循環利用等優點，得到了廣泛的應用。多數地鐵車站處於複雜地質條件和高風險的周圍環境中，施工中往往需要嚴格控制基坑的穩定與變形。保證內支撐起到預加壓的力學作用才能有效實現這一目標。因此，鋼支撐內力監測成為實現這一目的的關鍵因素。

目前應用於基坑支撐軸力測量的傳感器是軸力計，軸力計是一種振弦式傳感器，振弦傳感器具有靈敏度高，穩定性好，不受外界幹擾等優點，在基坑監測領域有著廣泛的應用。軸力計的採集裝置為振弦採集儀，目前市場上的振弦採集儀一般為單通道振弦採集儀或者多通道振弦採集儀，而多通道振弦採集儀市場上常見的為8通道和16通道振弦採集儀。對於現場鋼支撐監測使用的三弦軸力計，現在市場上沒有合適的採集儀可以適應，無論使用單通道或多通道振弦採集儀都會造成成本的讓費。而且現在使用的振弦採集儀均為有線傳輸方式，對於基坑開挖環境部署不適用，現場部署電纜極易被破壞。

技術實現要素：

本實用新型針對上述的問題，目的在於提供了一種鋼支撐應力採集模塊，該採集裝置採用zigbee無線傳輸方式和鋰電池供電方式，解決現場部署問題，採集裝置的振弦通道數量適用於三弦軸力計，降低成本。

本實用新型為了實現上述目的，採用如下技術方案：

一種鋼支撐應力採集模塊，它包括單片機、zigbee模塊、存儲模塊、RTC時鐘電路、電源管理電路、振弦採集模塊、鋰電池和外置太陽能充電板；

ZigBee模塊通過串口與單片機連接，振弦採集模塊與單片機連接，外置太陽能充電板通過航插電纜線與電源管理電路和鋰電池連接，電源管理電路控制對鋰電池的充電電流。

進一步的，鋼支撐應力採集模塊的振弦採集通道數為3個。

進一步的，所述的振弦採集模塊由放大電路，信號處理電路和ADC轉換電路組成。

進一步的，所述的ADC轉換電路使用單片機系統的內部模數轉換器。

本實用新型實現原理：一種鋼支撐應力採集模塊，主要由單片機系統、zigbee模塊、存儲模塊、RTC時鐘電路、電源管理電路、振弦採集模塊和外置太陽能充電板組成。其中，單片機系統是使用MSP430單片機，MSP430單片機體積小，功耗低，工作在低功耗的情況下，工作電流只有1uA左右，單片機的使用溫度範圍在-40℃到85℃，可以滿足現場使用要求。鋼支撐應力採集模塊採用鋰電池提供電源，電源管理電路為鋼支撐應力採集模塊的各個內部模塊提供工作電源，並且通過外置太陽能充電板，控制對鋰電池充電，使系統長期不斷電，可長期在野外工作。RTC時鐘電路，為鋼支撐應力採集模塊工作提供時間，並且可以在採集裝置低功耗狀態下通過鬧鐘喚醒採集模塊，使採集模塊在規定的時間工作。內置存儲模塊，用於存儲採集的數據，避免無線數據傳輸造成數據丟失，導致採集數據不連續，影響測試結果。內置振弦採集模塊，使鋼支撐應力採集模塊可以直接採集振弦傳感器。鋼支撐應力採集模塊有3個通道振弦採集通道，可以直接連接三弦軸力計。鋼支撐應力採集模塊採用ZigBee無線傳輸方案，採集模塊內置一個ZigBee模塊，ZigBee模塊通過串口與單片機連接。ZigBee網絡由網關設備上電後自動創建，分布式採集節點偵測ZigBee網絡創建後，自動加入網絡，從而實現數據傳輸。

本實用新型的有益效果：

本實用新型解決了鋼支撐應力監測中三弦軸力計監測問題，提出的鋼支撐應力採集模塊採用無線傳輸和鋰電池供電方式，解決了現場採集模塊布線的困難，鋼支撐應力採集模塊採用三個振弦採集通道，節約了監測成本。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖1對本實用新型進行詳細描述：

一種鋼支撐應力採集模塊，包含幾個主要部分：單片機系統1、zigbee模塊6、存儲模塊3、RTC時鐘電路4、電源管理電路7、振弦採集模塊2、鋰電池5和外置太陽能充電板8組成。其中，振弦採集模塊2與單片機系統1IO埠連接，振弦採集模塊工作時，單片機系統1控制發送激勵信號，然後採集振弦傳感器頻率值。RTC時鐘電路4通過I2C總線與單片機系統1連接，單片機系統1工作時設置RTC時鐘電路時間和鬧鐘，當單片機系統1進入低功耗模式後，RTC時鐘電路4獨立工作，當鬧鐘啟動後，發送脈衝信號將單片機系統1喚醒開始採集工作。外置太陽能充電板8通過航插與電源管理電路7和鋰電池5連接，電源管理電路7與鋰電池5連接，電源管理電路7控制鋰電池的充電電流。ZigBee模塊6直接與單片機系統1連接，單片機系統1採集完成後，打開ZigBee模塊6，將數據通過ZigBee網絡發送至網關。

現場部署時，ZigBee模塊6使用的天線應儘量遠離大面積的金屬平面及地面，安裝設備時，要使天線距離金屬管或者金屬平面至少 10cm，安裝位置至少離地面 1 米以上，並儘量減少天線之間的障礙物。然後打開分布式採集節點與網關後，可以在網關查看ZigBee的信號強度值，此時可以通過調節ZigBee模塊6的天線部署位置，使ZigBee信號強度達到最優。天線部署完成後，應調節太陽能板朝向，使其可以有效的吸收光能，以保證鋰電池一天內的有效充電時間。