專利名稱：振沖器無線自動記錄系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振沖器無線自動記錄系統(tǒng)，適用于電控和液壓振 沖器，能夠?qū)崟r(shí)獲取傳感器信號，通過無線將數(shù)據(jù)發(fā)送至振沖器自動 記錄儀，顯示并記錄振沖施工過程中的關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，并打印施工報(bào) 表和曲線，方便工程管理人員進(jìn)行施工管理和決策。
背景技術(shù)：
振沖器根據(jù)驅(qū)動方式不同分為電控振沖器和液壓振沖器。其施工 過程中質(zhì)量控制關(guān)鍵指標(biāo)包括深度、填料量、水壓、電流或者油壓、 流量等。目前，施工過程中對上述指標(biāo)的記錄方式有兩種 一種是依 靠人工讀取傳感器儀表進(jìn)行記錄，準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性差，人力成本高， 而且容易發(fā)生漏記、錯記；另一種則采用串口通信方式，將傳感器的 信號采集后通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，進(jìn)行顯示和處理。這種 方式避免了人工觀測和記錄的缺點(diǎn)，但由于施工現(xiàn)場各傳感器之間布 局分散、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，使得布線困難，移動不便。發(fā)明內(nèi)容鑒于上述原因，本發(fā)明目的是提供一種振沖器無線自動記錄系 統(tǒng)，該系統(tǒng)采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，將傳感器信號經(jīng)過處理后，通過 無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至振沖器無線自動記錄儀，由自動記錄儀進(jìn)行顯示和記 錄，為施工人員完成操作提供依據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案振沖器無線自動 記錄系統(tǒng)由傳感器無線采集裝置、振沖器無線自動記錄儀組成，其特 征在于采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，構(gòu)成以振沖器無線自動記錄儀為中心、 傳感器無線采集裝置為終端的無線星形網(wǎng)絡(luò)；
傳感器無線采集裝置由傳感器、信號調(diào)理電路、無線模塊和電源 組成，為電控振沖器和液壓振沖器通用，能夠采集電流、流量、油壓、 水壓傳感器和增量式光電編碼器信號；它們之間的連接關(guān)系是電源 為傳感器、信號調(diào)理電路和無線模塊供電，傳感器信號經(jīng)信號調(diào)理電 路處理后，由無線模塊進(jìn)行采樣和處理，并通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞給 自動記錄儀，電源為外接電源或電池組；振沖器無線自動記錄儀由嵌入式計(jì)算機(jī)、顯示屏、觸摸屏、無線 模塊、天線、USB接口和電源組成；它們之間的連接關(guān)系是電源 為其它各部分供電；無線模塊接收傳感器無線采集裝置信號，通過串 口發(fā)送至嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和處理，將處理后得到的深度、電流、 水壓、工作時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和記錄；觸摸屏和顯示屏用來人機(jī)交 互，完成輸入和顯示；USB接口用來拷貝自動記錄儀中保存的數(shù)據(jù) 文件；傳感器無線采集裝置信號調(diào)理電路包括增量式編碼器信號無線 采集和倍頻電路模塊，電流互感器信號無線采集和調(diào)理電路模塊，油 壓、水壓或流量傳感器信號無線采集與調(diào)理電路模塊，它們之間的連 接關(guān)系是①增量式編碼器信號無線采集和倍頻電路模塊由電阻、電容、光電耦合器、非門、與非門、D觸發(fā)器和無線模塊組成，它們之間的 連接關(guān)系是:增量式光電編碼器信號A和B分別接U2的引腳1和3， U2的2腳、4腳和光電編碼器GND引腳接+5V地，編碼器VCC引 腳和U2的6腳和8腳接+5V， U2的5腳和7腳分別通過R3和R4 接+5V地，同時(shí)也接到U3的第3腳和第5腳，U3的4腳和1腳相 連，6腳和9腳相連，U3的6腳與U4的2腳相連，U3的8腳與U4 的10腳相連，R5和R6的一端接+5V地，另一端分別與U4的15腳 和7腳相連，同時(shí)也與C1和C2相連，Cl和C2的另一端則分別與 U4的6腳和14腳相連，U4的1腳和9腳接+5V地，U4的5腳和 13腳分別接U5的2腳和4腳，U3的2腳接U5的1腳和5腳，U5 的3腳和6腳分別接無線模塊Ul的21腳和27腳；其中R1 R6的電 阻值為550Q 5kQ， Cl和C2的電容值為22 100pF;② 電流互感器信號無線采集和調(diào)理電路模塊由電阻、電容、運(yùn)算放大器、電位計(jì)和二極管組成，它們之間的連接關(guān)系是電流互感器信號經(jīng)過R12和R13分別與U6的3腳和U7的3腳相連，U6的3 腳同時(shí)還接Dl正極和R15的一端，R15的另一端接D2負(fù)極、D4負(fù) 極、R17和R18， Dl負(fù)極和D2的正極接到U6的6腳，U6的2腳 通過R14接+5V地，U7的2腳接R16、 R17和D3正極，R16的另一 端接+5V地，D3負(fù)極和D4正極接U7的第6腳，R18另一端接R19、 R23和U8的第2腳，R19另一端接VR1第2腳，VR1的第1腳和第 3腳分別通過R21禾口 R22接+12V禾口-12V， R23的另一端接U8的第6 腳和R24， U8的第3腳通過R20接+5V地，R24的另一端接C3、 R26 和VR2第1腳，C3另一端接地，R26另一端接U9的2腳和C4， C4 的另一端接U9第6腳、VR2第2腳、第3腳和無線模塊Ul的第39 腳；其中R12 R26的電阻值為5kQ 100kQ， C3和C4的電容值為 0.01~1|JF，電位計(jì)VR1和VR2電阻值為20 kQ 100kQ;③ 水壓、油壓或流量傳感器信號調(diào)理電路模塊由電阻、電容、 電位計(jì)和運(yùn)算放大器組成，它們之間的連接關(guān)系是當(dāng)傳感器信號為 4-20mA電流信號時(shí)，將傳感器信號接到R27和R28， R27另一端接 +5￥地，當(dāng)傳感器信號為0-10V電壓信號時(shí)，將傳感器信號接到R28， R28另一端接R29、 R33和U10的第2腳，R29另一端接VR3到第2 腳，VR3的第1腳和第3腳分別通過R31和R32接+12V和-12V， R33的另一端接U10第6腳和R34， U10的第3腳通過R30接+5V 地，R34的另一端接C5、 R36和VR4第1腳，C5另一端接+5V地， R36另一端接Ull的2腳和C6， C6的另一端接Ull第6腳、VR4 第2腳、第3腳和無線模塊U1的第1腳、第40腳或第41腳。其中 R27的電阻值為250Q, R28 R36的電阻值為5kQ 100kQ， C5和C6 的電容值為0.01~1|JF，電位計(jì)VR3和VR4電阻值為20 kQ 100kQ。振沖器無線自動記錄儀的主要工作流程如下第一步，記錄前準(zhǔn)備，首先安裝傳感器無線采集裝置，接通電源，
然后將振沖器自動記錄儀上電；第二步，參數(shù)設(shè)置，包括設(shè)置施工樁號、設(shè)定深度、加密電流、留振時(shí)間等；第三步，將振沖器移動到待施工樁位，將深度歸零，開始工作， 記錄工作時(shí)間；第四步，接收來自傳感器無線采集裝置發(fā)送來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過嵌入 式計(jì)算機(jī)處理后，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲；同時(shí)掃描鍵盤，判斷是否有 加密、造孔、清孔或加密指令按下；第五步，當(dāng)前樁號施工完畢，停止工作，統(tǒng)計(jì)施工時(shí)間、填料量;如需繼續(xù)進(jìn)行下一個樁位施工，則重復(fù)上述步驟。本發(fā)明的有益效果是傳感器無線采集系統(tǒng)采集振沖施工過程中 的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸振沖器自動記錄儀，通信距離不 小于500米，數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，避免了現(xiàn)場布線困難和設(shè)備 移動不方便的缺陷，提高了工作效率和工程質(zhì)量。


圖l振沖器無線自動記錄系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成圖；圖2增量式光電編碼器信號無線采集與倍頻電路圖；圖3電流互感器信號無線采集與調(diào)理電路圖；圖4油壓、流量或水壓傳感器信號無線采集與調(diào)理電路圖；圖5振沖器無線自動記錄儀組成及連接關(guān)系圖；圖6振沖器無線自動記錄儀工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。 振沖器無線自動記錄系統(tǒng)由傳感器無線采集裝置、振沖器無線自動記錄儀組成，采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，構(gòu)成以自動記錄儀為中心、傳感器無線采集裝置為終端的無線星形網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳感器無線采集裝置由傳感器、信號調(diào)理電路、無線模塊和電源
組成，可適用于電控和液壓振沖器，可實(shí)現(xiàn)對深度、電流、流量、油 壓、水壓等信號的采集，其中對液壓振沖器需要采集深度、油壓、流 量和水壓傳感器信號，對電控振沖器需要采集深度、電流和水壓傳感 器信號。傳感器無線采集裝置各部分之間的連接關(guān)系是電源為傳感 器、信號調(diào)理電路和無線模塊供電，傳感器信號經(jīng)信號調(diào)理電路處理 后，由無線模塊進(jìn)行采樣和處理，并通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞給自動記 錄儀，電源為外接電源或電池組；本發(fā)明設(shè)計(jì)的傳感器采集裝置信號調(diào)理電路可分為增量式編碼 器信號無線采集和倍頻電路模塊、電流互感器信號無線采集和調(diào)理電 路模塊、油壓、水壓或流量傳感器信號無線采集與調(diào)理電路模塊組成， 它們之間的連接關(guān)系是① 增量式編碼器信號無線采集和倍頻電路模塊由電阻、電容、 光電耦合器、非門、與非門、D觸發(fā)器和無線模塊組成，它們之間的 連接關(guān)系是:增量式光電編碼器信號A和B分別接U2的引腳1和3，U2的2腳、4腳和光電編碼器GND引腳接+5V地，編碼器VCC引 腳和U2的6腳和S腳接+5V， U2的5腳和7腳分別通過R3和R4 接+5V地，同時(shí)也接到U3的第3腳和第5腳，U3的4腳和1腳相 連，6腳和9腳相連，U3的6腳與U4的2腳相連，U3的8腳與U4 的10腳相連，R5和R6的一端接+5V地，另一端分別與U4的15腳 和7腳相連，同時(shí)也與C1和C2相連，C1和C2的另一端則分別與 U4的6腳和14腳相連，U4的1腳和9腳接+5V地，U4的5腳和 13腳分別接U5的2腳和4腳，U3的2腳接U5的1腳和5腳，U5 的3腳和6腳分別接無線模塊Ul的21腳和27腳；其中R1 R6的電 阻值為550Q 5kQ， Cl和C2的電容值為22~100pF;② 電流互感器信號無線采集和調(diào)理電路模塊由電阻、電容、運(yùn) 算放大器、電位計(jì)和二極管組成，它們之間的連接關(guān)系是電流互感 器信號經(jīng)過R12和R13分別與U6的3腳和U7的3腳相連，U6的3 腳同時(shí)還接Dl正極和R15的一端，R15的另一端接D2負(fù)極、D4負(fù) 極、R17和R18， Dl負(fù)極和D2的正極接到U6的6腳，U6的2腳
通過R14接+5V地，U7的2腳接R16、 R17和D3正極，R16的另一 端接+5V地，D3負(fù)極和D4正極接U7的第6腳，R18另一端接R19、 R23和U8的第2腳，R19另一端接VR1第2腳，VR1的第1腳和第 3腳分別通過R21禾B R22接+12V禾口-12V， R23的另一端接U8的第6 腳和R24， U8的第3腳通過R20接+5V地，R24的另一端接C3、 R26 和VR2第1腳，C3另一端接地，R26另一端接U9的2腳和C4， C4 的另一端接U9第6腳、VR2第2展卩、第3腳和無線模塊Ul的第39 腳；其中R12 R26的電阻值為5kQ 100kQ， C3禾卩C4的電容值為 0.01~1(JF，電位計(jì)VR1和VR2電阻值為20 kQ 100kQ;③水壓、油壓或流量傳感器信號調(diào)理電路模塊由電阻、電容、電位計(jì)和運(yùn)算放大器組成，它們之間的連接關(guān)系是當(dāng)傳感器信號為 4-20mA電流信號時(shí)，將傳感器信號接到R27和R28， R27另一端接 +5V地，當(dāng)傳感器信號為0-10V電壓信號時(shí)，將傳感器信號接到R28， R28另一端接R29、 R33和U10的第2腳，R29另一端接VR3到第2 腳，VR3的第1腳和第3腳分別通過R31和R32接+12V禾口-12V, R33的另一端接U10第6腳和R34， U10的第3腳通過R30接+5V 地，R34的另一端接C5、 R36和VR4第1腳，C5另一端接+5V地， R36另一端接Ull的2腳和C6， C6的另一端接Ull第6腳、VR4 第2腳、第3腳和無線模塊U1的第l腳、第40腳或第41腳。其中 R27的電阻值為250Q， R28 R36的電阻值為5kQ 100kQ， C5禾口 C6 的電容值為0.01~1|JF，電位計(jì)VR3和VR4電阻值為20 kQ 100kQ.傳感器無線采集系統(tǒng)供電采用7.4V、 19Ah可充鋰電池組，經(jīng)穩(wěn) 壓電路后，給傳感器、處理電路和無線模塊提供電源。電池電量充滿 一次可持續(xù)工作120小時(shí)以上；無線模塊同時(shí)還監(jiān)測電池電壓，當(dāng)電 池電壓低于6.5V時(shí)，向自動記錄儀發(fā)出報(bào)警提示信號請求電池充電。 另外，還預(yù)留了外接電源口，可以接入6.5 30V/0.2A的各種直流供 電電源。振沖器自動記錄儀包括嵌入式計(jì)算機(jī)、無線模塊、天線、顯示屏、 觸摸屏、Flash芯片、USB接口及電源組成，如圖5所示。其中無線
模塊完成與各個傳感器采集裝置無線模塊通信，無線模塊通過串口與 嵌入式計(jì)算機(jī)連接。自動記錄儀通過顯示屏和觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互，進(jìn)行施工過程選擇、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)瀏覽、保存等操作；Flash芯片 用來存放嵌入式計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)文件；自動記錄儀中所保存的數(shù)據(jù) 文件可以通過USB接口拷貝。自動記錄儀電源為直流穩(wěn)壓電源，輸 入為交流220V/50Hz，輸出+5V/2A，為記錄儀中的各個電路提供電 源。為方便攜帶，振沖器無線自動記錄儀預(yù)留直流電源供電接口，可 用吊車用24V或12V電源供電，也可用6.5 30V電池供電。 如圖6所示，振沖器無線自動記錄儀的主要工作流程如下 第一步，記錄前準(zhǔn)備，首先安裝傳感器無線采集裝置，接通電源， 然后將振沖器自動記錄儀上電；第二步，參數(shù)設(shè)置，包括設(shè)置施工樁號、設(shè)定深度、加密電流、 留振時(shí)間等；第三步，將振沖器移動到施工樁位，將深度清零，開始工作，記 錄工作時(shí)間；第四步，接收來自傳感器無線采集裝置發(fā)送來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過嵌入 式計(jì)算機(jī)處理后，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲；同時(shí)掃描鍵盤，判斷是否有 加密、造孔、清孔或加密指令按下；第五步，當(dāng)前樁號施工完畢，停止工作，統(tǒng)計(jì)施工時(shí)間、填料量;如需繼續(xù)進(jìn)行下一個樁位施工，則重復(fù)上述步驟。
權(quán)利要求
1、振沖器無線自動記錄系統(tǒng)，由傳感器無線采集裝置、振沖器無線自動記錄儀組成，其特征在于采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，構(gòu)成以自動記錄儀為中心、傳感器無線采集裝置為終端的無線星形網(wǎng)絡(luò)；所述傳感器無線采集裝置由傳感器、信號調(diào)理電路、無線模塊和電源組成，為電控振沖器和液壓振沖器通用，能夠采集電流、流量、油壓、水壓傳感器和增量式光電編碼器信號；其特征在于電源為傳感器、信號調(diào)理電路和無線模塊供電，傳感器信號經(jīng)信號調(diào)理電路處理后，由無線模塊進(jìn)行采樣和處理，并通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞給自動記錄儀，電源為外接電源或電池組；所述振沖器無線自動記錄儀由嵌入式計(jì)算機(jī)、顯示屏、觸摸屏、無線模塊、天線、USB接口和電源組成；其特征在于電源為其它各部分供電；無線模塊接收傳感器無線采集裝置信號，通過串口發(fā)送至嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和處理，將處理后得到的深度、電流、水壓和工作時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和記錄；觸摸屏和顯示屏用來人機(jī)交互，完成輸入和顯示；USB接口用來拷貝自動記錄儀中保存的數(shù)據(jù)文件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器采集裝置信號調(diào)理電路，包括 增量式編碼器信號無線采集和倍頻電路模塊，電流互感器信號無線采 集和調(diào)理電路模塊，水壓、油壓或流量傳感器信號無線采集和調(diào)理電 路模塊，其特征是-增量式編碼器信號無線采集和倍頻電路模塊由電阻、電容、光電 耦合器、非門、與非門、D觸發(fā)器和無線模塊組成，其特征在于增量式光電編碼器信號A和B分別接U2的引腳1和3， U2的2腳、4 腳和光電編碼器GND引腳接+5V地，編碼器VCC引腳和U2的6腳 和8腳接+5V， U2的5腳和7腳分別通過R3和R4接+5V地，同時(shí) 也接到U3的第3腳和第5腳，U3的4腳和1腳相連，6腳和9腳相 連，U3的6腳與U4的2腳相連，U3的8腳與U4的10腳相連，R5 和R6的一端接+5V地，另一端分別與U4的15腳和7腳相連，同時(shí) 也與Cl和C2相連，Cl和C2的另一端則分別與U4的6腳和14腳 相連，U4的1腳和9腳接+5V地，U4的5腳和13腳分別接U5的2 腳和4膽卩，U3的2腳接U5的1腳禾卩5腳，U5的3腳和6膽口分另ij接 無線模塊Ul的21腳和27腳；其中R1 R6的電阻值為550Q 5kQ， Cl和C2的電容值為22~100pF;電流互感器信號無線采集和調(diào)理電路模塊由電阻、電容、運(yùn)算放 大器、電位計(jì)和二極管組成，其特征在于電流互感器信號經(jīng)過R12 和R13分別與U6的3腳和U7的3腳相連，U6的3腳同時(shí)還接Dl 正極和R15的一端，R15的另一端接D2負(fù)極、D4負(fù)極、R17和R18， Dl負(fù)極和D2的正極接到U6的6腳，U6的2腳通過R14接+5V地， U7的2腳接R16、 R17和D3正極，R16的另一端接+5V地，D3負(fù) 極和D4正極接U7的第6腳，R18另一端接R19、 R23和U8的第2 腳，R19另一端接VR1第2膽卩，VR1的第1腳和第3腳分別通過R21 和R22接+12V和-12V， R23的另一端接U8的第6腳和R24， U8的 第3腳通過R20接+5V地，R24的另一端接C3、 R26和VR2第1腳， C3另一端接地，R26另一端接U9的2腳和C4， C4的另-一端接U9 第6膽卩、VR2第2腳、第3腳和無線模塊Ul的第39腳；其中R12 R26 的電阻值為5kQ 100kQ，C3和C4的電容值為0.01 1|JF，電位計(jì)VR1 和VR2電阻值為20 kQ 100kQ;水壓、油壓或流量傳感器信號調(diào)理電路模塊由電阻、電容、電位 計(jì)和運(yùn)算放大器組成，其特征在于當(dāng)傳感器信號為4-20mA電流信 號時(shí)，將傳感器信號接到R27和R28， R27另一端接+5V地，當(dāng)傳感 器信號為o-iov電壓信號時(shí)，將傳感器信號接到R28， R28另一端接 R29、 R33和U10的第2腳，R29另一端接VR3到第2腳，VR3的 第1腳和第3腳分別通過R31和R32接+12V和-12V， R33的另一端 接U10第6腳和R34， U10的第3腳通過R30接+5V地，R34的另 一端接C5、 R36和VR4第1腳，C5另一端接+5V地，R36另一端接 Ull的2腳和C6， C6的另一端接Ull第6腳、VR4第2腳、第3 腳和無線模塊Ul的第1腳、第40腳或第41腳；其中R27的電阻值 為250Q， R28 R36的電阻值為5kQ 100kQ， C5和C6的電容值為 0.01~lnF，電位計(jì)VR3和VR4電阻值為20 kQ 100kQ。
3、振沖器無線自動記錄儀的主要工作流程，其特征在于 第一步，記錄前準(zhǔn)備，首先安裝傳感器無線采集裝置，接通電源，然后將振沖器自動記錄儀上電；第二步，參數(shù)設(shè)置，包括設(shè)置施工樁號、設(shè)定深度、加密電流、留振時(shí)間等；第三步，將振沖器移動到施工樁位，將深度歸零，開始工作，記 錄工作時(shí)間；第四步，無線模塊接收來自傳感器無線采集裝置發(fā)送來的數(shù)據(jù)， 經(jīng)過嵌入式計(jì)算機(jī)處理后，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲；同時(shí)掃描鍵盤，判 斷是否有加密、造孔、清孔或加密指令按下；第五步，當(dāng)前樁號施工完畢，停止工作，統(tǒng)計(jì)施工時(shí)間、填料量;如需繼續(xù)進(jìn)行下一個樁位施工，則重復(fù)上述步驟。
全文摘要
振沖器無線自動記錄系統(tǒng)是由傳感器無線采集裝置、振沖器無線自動記錄儀組成，采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，構(gòu)成以振沖器無線自動記錄儀為中心、傳感器無線采集裝置為終端的無線星形網(wǎng)絡(luò)。傳感器無線采集裝置適用于電控和液壓振沖器，可采集電流、流量、油壓、深度和水壓傳感器信號，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到振沖器無線自動記錄儀進(jìn)行顯示和記錄。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、不用現(xiàn)場布線，提高了工作效率和工程質(zhì)量。
文檔編號G08C17/00GK101159092SQ20071017784
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者劉治鋼, 斌 周, 偉 沈, 王軍政 申請人:北京理工大學(xué)