一種遠程測振採集器及爆破信號採集方法
2023-09-17 04:08:15 2
一種遠程測振採集器及爆破信號採集方法
【專利摘要】本發明公開了一種能夠遠程設置測振採集器配置參數及對爆破振動信號進行採集並將爆破振動信號自動上傳到伺服器的遠程測振採集器。本發明對現場採集的爆破振動信號實現實時上傳、從而實現在線計算和分析處理，克服人為因素的幹擾，提高了測振數據及分析結果的可信度，提高了測振分析報告在法律層面上的公信度。
【專利說明】一種遠程測振採集器及爆破信號採集方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及爆破振動信號採集【技術領域】，特別涉及一種遠程測振採集器及爆破信號採集方法。
【背景技術】
[0002]隨著國有經濟建設的迅猛發展，爆破技術越來越多的應用到礦山開採、鐵路與公路路塹成形、隧道開挖、水利水電設施建設和移山填海等巖土工程。爆破技術的應用極大地降低了人們的勞動強度，大大地提高了工作效率，促進了國家經濟建設的發展。然而，隨著爆破技術的廣泛應用，人們也越來越多關注爆破對周圍環境和建築物造成的影響。隨著爆破環境的複雜化和人們安全意識的日益增強，人們對測振給予了前所未有的關注與重視。
[0003]其中，如何實現測振採集器對現場採集的爆破振動信號實現實時上傳，克服人為因素的幹擾，對提高測振數據及分析結果的可信度，提高測振分析報告在法律層面上的公信度尤為重要。
[0004]而目前廣泛使用的測振採集器需要測振人員手工從測振採集器中獲取收集到的爆破振動信號。測振人員手工從測振採集器獲取爆破振動信號，容易破壞測振數據真實性，或者人為篡改爆破振動數據，影響測振分析結果。
[0005]當前行業採集器主要方式為設備採集，再通過軟體處理採集到的數據。廣泛的採集器軟體與採集設備分離，採集器僅負責採集並存儲數據，而安裝在PC端或其他設備上的軟體負責對數據的處理，轉發等。
【發明內容】
[0006]本發明的發明目的是針對現有爆破信號採集的技術不足，提供一種遠程測振採集器及爆破信號採集方法。
[0007]為實現上述發明目的，本發明採用的技術方案為:
一種遠程測振採集器，其包括基於Android嵌入式系統的採集控制晶片及與採集控制晶片連接的電源管理電路；所述的電源管理電路包含與外部電源調理電路連接的電源電量檢測晶片，該晶片負責檢測輸入電源鋰電池的健康狀態；採集控制晶片通過無線網絡與伺服器相連。
[0008]進一步優化地，所述採集控制晶片包括串口控制器、通用串行總線控制器、串行外設接口、顯示器接口與SD插槽。
[0009]進一步優化地，所述遠程測振採集器還包括存儲器、模數轉換器、傳感器、觸摸液晶屏、物理按鍵、存儲系統、SD卡控制器；所述採集控制晶片與存儲器及模數轉換器連接；所述觸摸液晶屏、物理按鍵、存儲系統、及SD卡控制器皆與採集控制晶片相連接；所述傳感器採集爆破振動模擬信號；且該傳感器採用3 口通用輸入/輸出通道再依次經過實現信號衰減的程控電路及模擬調理電路連接所述模數轉換器；所述模數轉換器負責模數轉換，將傳感器採集的爆破振動模擬信號轉換成數位訊號，並交由採集控制晶片處理成文件；所述模數轉換器的工作時鐘由採集控制晶片內部的脈衝寬度調製輸出提供，且所述脈衝寬度調製輸出達到20MHz以上的穩定脈衝速率；所述觸摸液晶屏與物理按鍵作為用戶交互接口 ；所述存儲系統包括系統隨機存取存儲器、快閃記憶體與外存儲器；其中，隨機存取存儲器及快閃記憶體為Android系統提供運行內存及程序空間，外存儲器則用於存儲從採集器獲取的文件。
[0010]進一步優選地，所述無線網絡包括無線上網卡或內置無線USB網卡。
[0011]本發明還提供一種採用上述遠程測振採集器的爆破信號採集方法，其包括如下步驟:
1)先從伺服器中申請任務，並將申請的任務密鑰添加到USB密鑰盤中；
2)設置所述採集器採集信號的參數以及採集信號時長；
3)接著，插入USB密鑰盤，所述採集器啟動後，自動匹配信息，匹配信息成功後，所述採集器對爆破振動信號進行採集，採集完畢後，採集器將採集的爆破振動信號及採集器的編號以文件的方式存在外存儲器中；
4)最後，採集器再通過無線網絡將文件上傳到伺服器。
[0012]進一步地，步驟I)中，每個採集器包含一個唯一的設備密鑰，設備密鑰上設有唯一的編號，該信息都會在採集器生產時註冊到檔案館的伺服器；且每個採集器使用之前都需要到伺服器進行任務申請，並將申請的任務密鑰下載到USB密鑰盤，所述檔案館是管理測振信息的門戶系統，所述任務密鑰是檔案館自動生成的爆破任務加密信息，所述設備密鑰是記錄設備信息的加密信息，所述USB密鑰盤是在接入通用串行口的快閃記憶體盤。
[0013]進一步地，步驟2)中，測振人員通過用戶交互接口在採集器上對爆破採集參數進行設置。
[0014]進一步地，步驟3 )中，所述設備密鑰和所述任務密鑰匹配成功後，然後啟動傳感器進行採集；採集器利用模數轉換器將傳感器採集到的爆破振動模擬信號高速地轉化為數位訊號，然後將數位訊號寫入文件中並存在採集器。
[0015]進一步地，所述模數轉換器通過通用輸入/輸出通道來實現串行外設通信協議以達到將傳感器採集的爆破振動模擬信號高速轉為數位訊號；所述數位訊號寫入文件的方式採用C語言編寫，編寫在Android系統的JNI層，跳過JVM虛擬機，加速對內存的操作，大大減緩寫入文件的時間。
[0016]進一步地，步驟4)中，伺服器根據採集器編號和任務密鑰識別匹配採集器。
[0017]採用上述技術方案的採集器運行安卓系統，且所述採集器通過無線網絡與伺服器相連，並能通過人機互動界面查看採集器的信息，特別是能實時顯示電源電量信息。
[0018]本發明相對於現有技術，具有以下有益效果:
1、本發明通過對現場採集爆破振動信號進行採集，實現了上傳、在線計算和分析處理流程的全自動化，克服了人為因素的幹擾，提高了測振數據的可靠性，提高了測振分析報告在法律層面上的公信度。
[0019]2、本發明為每一個遠程測振採集器都配置了唯一的編號；工作人員在撰寫測振分析報告的時候，通過這個編號查找到對應的遠程測振採集器，進一步在伺服器中獲取遠程測振採集器的對應文件中的所有參數；並且這個編號能夠為後期檢查數位訊號的合法性提供了依據。
[0020]3、本發明通過電源電量檢測晶片實時監控輸入鋰電池的健康狀態，工作人員能夠在人機互動界面查看鋰電池電量信息，及時更換配套的鋰電池，更好的為遠程測振採集器健康工作狀態提供了保障。
[0021]4、本發明為每一個遠程測振採集器配置了唯一的設備密鑰，保證了設備密鑰從產生到傳輸再到使用以及採集完畢後的銷毀整個生命周期的安全性，且每個遠程測振採集器使用之前，工作人員都要到伺服器申請任務密鑰，保證了任務密鑰受到嚴格的權限控制；只有設備密鑰和任務密鑰匹配信息成功後，該採集器才對爆破振動信號進行採集，提高了測振分析報告的高可靠性和高安全性。
[0022]5、本發明利用GPIO通道模擬實現SPI協議，通過模數轉換器將傳感器採集的爆破振動模擬信號轉換為數位訊號；由於Android嵌入式系統在ARM上的SPI接口驅動無法滿足模數轉換器所需要的傳輸速率；因此，本發明通過GPIO通道來模擬實現SPI協議以達到將傳感器採集的爆破振動信號高速轉為數位訊號的效果。
[0023]6、本發明利用Android嵌入式系統中的JNI層來實現對內存申請及讀寫操作，從而跳過Android應用層通過JVM虛擬機對內存的操作，使用該技術來實現對高速模數轉換結果的保存，大大提高了採集器的工作速度。
[0024]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的採集方法流程簡圖。
[0026]圖2為實施例的採集器硬體原理圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和具體實施例對本發明的發明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發明的實施方式並不因此限定於以下實施例。除非特別說明，本發明採用的材料和加工方法為本【技術領域】常規材料和加工方法。
[0028]本發明的工作流程如圖1所示。此發明提供一種能夠遠程設置測振採集器配置參數及對爆破振動信號進行採集並將爆破振動信號自動上傳到伺服器的遠程測振採集器，該遠程測振採集器通過無線網絡與伺服器2相連。
[0029]基於上述採集電路的爆破信號採集方法，包括如下步驟:
1)先設置採集器採集信號的參數以及採集信號時長；
2)接著，該採集器對爆破振動信號進行採集，採集完畢後，採集器將採集的爆破振動信號及採集器的編號以文件的方式通過無線網絡將文件上傳到伺服器。
[0030]具體地，首先，為每個採集器上分配唯一的設備密鑰，密鑰中包含唯一的設備編號。通過這個編號可以查找到對應的採集器。
[0031]採集器硬體原理如圖2所示。採集器採用了基於Android嵌入式系統的ARM處理器。其中，由於ARMll晶片提供眾多I/O硬體資源，例如通用串口、USB接口、SPI串行通信接口、LCD接口等，能為採集器提供方便實用的硬體資源。因此，該採集器採用S3C6410ARMll作為控制晶片；控制晶片設有串口控制器、USB控制器、SPI串行外設接口與IXD顯示器接口。採集器還包括存儲器、模數轉換器、傳感器、網絡晶片與專用電源測量晶片。模數轉換器採用ADS1274晶片，網絡晶片採用DM9000晶片，專用電源測量晶片採用MAX17044晶片。控制晶片與存儲器、ADS1274晶片連接，存儲器與ADS1274晶片也相連接。控制晶片與DM9000晶片相連接，該採集器採用網絡晶片與伺服器連接。控制晶片還與MAX17044晶片相連接，該採集器採用專用電源測量晶片與外部電源調理電路連接。該採集器採用傳感器採集爆破振動模擬信號。ADS1274晶片通過3 口 GPIO通道連接控制晶片，該採集器採用ADS1274晶片負責模數轉換，將傳感器採集的爆破振動模擬信號轉換成數位訊號交由控制晶片處理。其中，3 口 GPIO通道的其中一口通道負責模擬SPI時序，一口通道負責讀取SPI數據，另一 口通道負責判斷完成轉換的時刻。ADS1274的工作時鐘由控制晶片內部的脈衝寬度調製輸出提供。
[0032]ADS1274晶片負責實現模數轉換功能，先將傳感器的模擬信號轉換成相應的數位訊號後，再交給ARM進行後續處理。ADS1274晶片轉換速率高，SPI讀取轉換後的速率必須高於ADS1274晶片的轉換速率。由於Android嵌入式系統在ARM上的自帶的SPI接口驅動無法滿足ADS1274所需要的高傳輸速率，故本發明採用通用GPIO 口來模擬實現SPI協議。本發明中使用3埠通用的GPIO通道連接到ADS1274，其中一個埠負責模擬SPI時序，一個埠負責讀取SPI數據，另一埠負責判斷完成轉換的時刻。採集過程中，嚴格控制採集SPI時鐘，使其達到矩形波，避免在驅動中的讀數循環操作。ADS1274的工作時鐘由S3C6410內部PWM輸出負責提供，該PWM能夠輸出達到20MHz以上的穩定脈衝速率。
[0033]由於完成該高速採集操作需要對CPU嚴格搶佔，所以在進入採集數據前，先關閉內核搶佔和所有中斷，開始採集數據，結束採集後，還原所有中斷及內核搶佔。採集器傳輸文件到伺服器是通過DM9000晶片實現的。
[0034]其中，採集器是基於Android嵌入式系統的ARM設備，實現以下功能:設置採集信號的參數，例如採集時長，採樣速率等，然後啟動傳感器進行採集。傳感器採集的過程中，採集器用ADS1274晶片將傳感器採集到的爆破振動模擬信號轉化為數位訊號，並將這些數位訊號寫入文件。
[0035]採集器通過控制ADS1274晶片將傳感器採集的爆破振動信號高速地轉化為數位訊號。由於Android嵌入式系統在ARM上的SPI接口驅動無法滿足ADS1274所需要的傳輸速率。因此，本發明通過GPIO通道來實現SPI協議以達到將傳感器採集的爆破振動信號高速轉為數位訊號。
[0036]該採集器採用SD-WIFI用於實現無線網絡的連接，從而與伺服器連接。觸摸液晶屏與4個物理按鍵作為用戶交互接口。存儲系統包括RAM、Flash與SD存儲器；其中，RAM及Flash為Android系統提供運行內存及程序空間，SD存儲器則用於存儲採集獲取的數據。
[0037]該採集器通過控制MAX17044晶片讀取電池的容量，並能通過人機互動界面實時顯示電源電量信息。由於外部電源的電壓不滿足該採集器的工作電壓，故本發明通過外部電源調理電路轉化為採集器的工作電壓狀態。MAX17044晶片負責實現讀取電池的容量功能，先將外部電源調理電路轉化後的電壓值後，通過I2C接口讀取對應的電壓值，再交給ARM進行後續處理。
[0038]測振人員在採集器上通過用戶交互接口對爆破採集參數進行設置。採集器進行採集並將數位訊號寫入文件中。採集器將該文件和採集器的編號通過SD-WIFI上傳到伺服器2上。伺服器2根據採集器編號即可識別出數位訊號是由哪個採集器採集的。
[0039]上述實施例僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本
【發明內容】
所作的均等變化與修飾，都為本發明權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
【權利要求】
1.一種遠程測振採集器，其特徵在於包括基於Android嵌入式系統的採集控制晶片及與採集控制晶片連接的電源管理電路；所述的電源管理電路包含與外部電源調理電路連接的電源電量檢測晶片，該晶片負責檢測輸入電源鋰電池的健康狀態；採集控制晶片通過無線網絡與伺服器相連。
2.根據權利要求1所述的遠程測振採集器，其特徵在於:所述採集控制晶片包括串口控制器、通用串行總線控制器、串行外設接口、顯示器接口與SD插槽。
3.根據權利要求1所述的遠程測振採集器，其特徵在於:所述遠程測振採集器還包括存儲器、模數轉換器、傳感器、觸摸液晶屏、物理按鍵、存儲系統、SD卡控制器；所述採集控制晶片與存儲器及模數轉換器連接；所述觸摸液晶屏、物理按鍵、存儲系統、及SD卡控制器皆與採集控制晶片相連接；所述傳感器採集爆破振動模擬信號；且該傳感器採用3 口通用輸入/輸出通道再依次經過實現信號衰減的程控電路及模擬調理電路連接所述模數轉換器；所述模數轉換器負責模數轉換，將傳感器採集的爆破振動模擬信號轉換成數位訊號，並交由採集控制晶片處理成文件；所述模數轉換器的工作時鐘由採集控制晶片內部的脈衝寬度調製輸出提供，且所述脈衝寬度調製輸出達到20MHz以上的穩定脈衝速率；所述觸摸液晶屏與物理按鍵作為用戶交互接口 ；所述存儲系統包括系統隨機存取存儲器、快閃記憶體與外存儲器；其中，隨機存取存儲器及快閃記憶體為Android系統提供運行內存及程序空間，外存儲器則用於存儲從採集器獲取的文件。
4.根據權利要求1所述的遠程測振採集器，其特徵在於:所述無線網絡包括無線上網卡或內置無線USB網卡。
5.一種採用權利要求1-4任一項所述遠程測振採集器的爆破信號採集方法，其特徵在於包括如下步驟: 1)先從伺服器中申請任務，並將申請的任務密鑰添加到USB密鑰盤中； 2)設置所述採集器採集信號的參數以及採集信號時長； 3)接著，插入USB密鑰盤，所述採集器啟動後，自動匹配信息，匹配信息成功後，所述採集器對爆破振動信號進行採集，採集完畢後，採集器將採集的爆破振動信號及採集器的編號以文件的方式存在外存儲器中； 4)最後，採集器再通過無線網絡將文件上傳到伺服器。
6.根據權利要求5所述的爆破信號採集方法，其特徵在於:步驟I)中，每個採集器包含一個唯一的設備密鑰，設備密鑰上設有唯一的編號，該信息都會在採集器生產時註冊到檔案館的伺服器；且每個採集器使用之前都需要到伺服器進行任務申請，並將申請的任務密鑰下載到USB密鑰盤，所述檔案館是管理測振信息的門戶系統，所述任務密鑰是檔案館自動生成的爆破任務加密信息，所述設備密鑰是記錄設備信息的加密信息，所述USB密鑰盤是在接入通用串行口的快閃記憶體盤。
7.根據權利要求5所述的爆破信號採集方法，其特徵在於:步驟2)中，測振人員通過用戶交互接口在採集器上對爆破採集參數進行設置。
8.根據權利要求5所述的爆破信號採集方法，其特徵在於:步驟3)中，所述設備密鑰和所述任務密鑰匹配成功後，然後啟動傳感器進行採集；採集器利用模數轉換器將傳感器採集到的爆破振動模擬信號高速地轉化為數位訊號，然後將數位訊號寫入文件中並存在採集器。
9.根據權利要求8所述的爆破信號採集方法，其特徵在於:所述模數轉換器通過通用輸入/輸出通道來實現串行外設通信協議以達到將傳感器採集的爆破振動模擬信號高速轉為數位訊號；所述數位訊號寫入文件的方式採用C語言編寫，編寫在Android系統的JNI層,跳過JVM虛擬機。
10.根據權利要求5所述的爆破信號採集方法，其特徵在於:步驟4)中，伺服器根據採集器編號和任務密鑰識 別匹配採集器。
【文檔編號】G01R31/36GK103942936SQ201310469321
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2013年10月10日
【發明者】高英, 張海華, 李善明, 邢輝星 申請人:華南理工大學