一種基于霍爾芯片及rs-485通訊的分層沉降傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，包括管殼、上堵頭、下堵頭、吊環(huán)、測(cè)量電路板及通訊電路板，在管殼的上端及下端分別封裝上堵頭及下堵頭，在上堵頭的頂面及下堵頭的底面分別徑向?qū)ΨQ固裝一對(duì)豎向吊環(huán)，在管殼內(nèi)安裝有通訊電路板和測(cè)量電路板，在測(cè)量電路板上均布間隔連接霍爾芯片，在通訊電路板上連接RS485通訊線，該RS485通訊線從上堵頭穿出。本傳感器是一種基于MCU、RS485通訊、并入串出移位寄存器芯片、霍爾芯片陣列的沉降測(cè)量設(shè)備，通過(guò)與無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)配合使用，可以直接讀出各個(gè)土層的沉降量，自動(dòng)化程度高，省時(shí)省力。
【專利說(shuō)明】 —種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于巖土測(cè)量領(lǐng)域，涉及巖土的分層沉降測(cè)量設(shè)備，尤其是一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]分層沉降測(cè)量是測(cè)量不同深度巖土在一定加固作業(yè)期間沉降量變化量的測(cè)量方法，如圖11所示，13為PVC導(dǎo)向管、9為各個(gè)土層放置的磁環(huán)、該示意圖將測(cè)量土層分為5層，14為測(cè)試米尺，米尺上有刻度其尾端裝有探測(cè)頭15，操作人員每天要到現(xiàn)場(chǎng)把米尺下放到各個(gè)磁環(huán)處測(cè)量磁環(huán)距離管口的位置，記錄各個(gè)磁環(huán)相對(duì)于管口的距離，推算出各個(gè)土層埋入的磁環(huán)相對(duì)管口沉降的距離，從而計(jì)算出各個(gè)土層的沉降量。使用的這種測(cè)量方法耗費(fèi)大量的人力、物力，同時(shí)人為操作會(huì)造成數(shù)據(jù)的不可靠性。現(xiàn)場(chǎng)狀況如水深狀況不明、冬季結(jié)浮冰，易造成工作人員意外傷害等諸多問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，該傳感器配合無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)使用，遠(yuǎn)程可以遠(yuǎn)程直接讀出各個(gè)土層的沉降量。
[0004]本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，包括管殼、上堵頭、下堵頭、吊環(huán)、測(cè)量電路板及通訊電路板，在管殼的上端及下端分別封裝上堵頭及下堵頭，在上堵頭的頂面及下堵頭的底面分別徑向?qū)ΨQ固裝一對(duì)豎向吊環(huán)，在管殼內(nèi)安裝有通訊電路板和測(cè)量電路板，在測(cè)量電路板上均布間隔連接霍爾芯片，在通訊電路板上連接RS485通訊線，該RS485通訊線從上堵頭穿出。
[0006]而且，所述的通訊電路板包括Pl接口、P2接口、RS485通訊芯片、微控制器MCU、規(guī)格設(shè)置撥碼開關(guān)Kl及測(cè)量精度設(shè)置撥碼開關(guān)K2，Pl接口接入主機(jī)電源及RS485通訊線，P2接口為通訊電路板與測(cè)量電路板的接口主機(jī)電源及RS485通訊線與Pl連接后分別與MCU的輸入/輸出口線及RS485通訊芯片連接，規(guī)格設(shè)置撥碼開關(guān)Kl及測(cè)量精度設(shè)置撥碼開關(guān)K2的輸出端分別通過(guò)上拉電阻與MCU連接，MCU還分別與RS485通訊芯片及P2接口輸入/輸出連接，該通訊電路板讀取感應(yīng)到磁環(huán)的磁感應(yīng)器件在測(cè)量電路板上的序號(hào)，并把該序號(hào)通過(guò)RS485通訊線發(fā)送到接收主機(jī)上。
[0007]而且，所述的測(cè)量電路板由多個(gè)測(cè)量電路板單元拼接而成，每個(gè)測(cè)量電路板單元均包括Pl接口、P2接口、并入串出移位寄存器芯片74HC165及霍爾芯片，測(cè)量電路板單元的Pl接口與其上級(jí)測(cè)量電路板單元的P2接口或與通訊電路板的P2接口對(duì)接，測(cè)量電路板單元的P2接口與其下級(jí)測(cè)量電路板單元的Pl接口對(duì)接，所述并入串出移位寄存器芯片74HC165為多片級(jí)聯(lián)，每片74HC165均通過(guò)上拉電阻與多個(gè)霍爾芯片連接。
[0008]而且，所述的霍爾芯片在測(cè)量電路板上的排布包括兩種方式，分別為一層均勻間隔排布或多層均勻間隔錯(cuò)位排布。
[0009]一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器的測(cè)量系統(tǒng)，包括導(dǎo)向管、分層沉降傳感器、鋼絲及固定堵頭，該導(dǎo)向管的底部敞開，頂部通過(guò)一固定堵頭密封，在導(dǎo)向管內(nèi)至上而下同軸間隔串聯(lián)多個(gè)分層沉降傳感器，在上下相鄰的兩傳感器的吊環(huán)上連接鋼絲，在最下端傳感器的底部吊環(huán)上通過(guò)鋼絲連接一個(gè)或多個(gè)牽拉重物，最上端傳感器通過(guò)頂部吊環(huán)與固定堵頭間鋼絲連接，而且，每一傳感器的485通訊線均從導(dǎo)向管頂部固定堵頭的通孔內(nèi)穿出，與地面的數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)連接。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0011]1、本傳感器是一種基于MCU、RS485通訊、并入串出移位寄存器芯片、霍爾芯片陣列的沉降測(cè)量設(shè)備，通過(guò)與無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)配合使用，可以直接讀出各個(gè)土層的沉降量，自動(dòng)化程度高、省時(shí)省力。
[0012]2、本傳感器使用霍爾芯片作為霍爾芯片，是利用霍爾芯片精度及靈敏度高、容易加工、性能穩(wěn)定、一致性好的特點(diǎn)，將其用于傳感器內(nèi)不僅提高了傳感器的精度及靈敏度而且延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命，使傳感器的檢修率降低，維護(hù)成本降低，適合在地質(zhì)環(huán)境惡劣的環(huán)境長(zhǎng)期使用。
[0013]3、本傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，可以根據(jù)土層的厚度制定傳感器的級(jí)聯(lián)數(shù)量，傳感器間通過(guò)鋼絲軟連接，組裝、拆卸方便快捷，適應(yīng)不同地質(zhì)狀況的巖土測(cè)量，應(yīng)用范圍廣。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的主視圖；
[0015]圖2為圖1的右視圖；
[0016]圖3為圖1的中軸剖視圖；
[0017]圖4為通訊電路板的電路連接圖；
[0018]圖5為測(cè)量電路板單元的電路連接圖；
[0019]圖6為霍爾芯片的檢測(cè)單元電路圖；
[0020]圖7為霍爾芯片在測(cè)量電路板上的排布示意圖(測(cè)量精度為0.5cm-lcm)；
[0021]圖8為霍爾芯片在測(cè)量電路板上的排布示意圖(測(cè)量精度為0.25cm)；
[0022]圖9為霍爾芯片在測(cè)量電路板上的排布示意圖(測(cè)量精度為0.1cm)；
[0023]圖10為本分層沉降傳感器的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖11為反映本實(shí)用新型【背景技術(shù)】的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0026]一種基于RS-485通訊的連續(xù)測(cè)量分層沉降傳感器，包括管殼4、上堵頭3、下堵頭5、吊環(huán)2，測(cè)量電路板6及通訊電路板5，在管殼的上端及下端分別封裝上堵頭及下堵頭，在上堵頭的頂面及下堵頭的底面分別徑向?qū)ΨQ固裝一對(duì)豎向吊環(huán)，在管殼內(nèi)安裝有通訊電路板和測(cè)量電路板，在測(cè)量電路板上均布間隔連接霍爾芯片7，在通訊電路板上連接RS485通訊線1，該RS485通訊線從上堵頭穿出。
[0027]所述的通訊電路板包括Pl接口、P2接口、RS485通訊芯片、微控制器MCU、規(guī)格設(shè)置撥碼開關(guān)Kl及測(cè)量精度設(shè)置撥碼開關(guān)K2，Pl接口接入主機(jī)電源及RS485通訊線T+、T_，Ρ2接口為通訊電路板與測(cè)量電路板的接口且與MCU輸入/輸出連接，穩(wěn)壓器ΗΤ7550提供整個(gè)傳感器的5V電源，其輸入端與Pl連接、輸出端分別與MCU及RS485通訊芯片DS75176連接，RS485通訊芯片DS75176負(fù)責(zé)RS485通訊，其分別與Pl接口及MCU輸入/輸出連接，MCU為微控制器負(fù)責(zé)通訊數(shù)據(jù)接收和傳感器數(shù)據(jù)獲取及發(fā)送，規(guī)格設(shè)置撥碼開關(guān)Kl及測(cè)量精度設(shè)置撥碼開關(guān)Κ2的輸出端分別通過(guò)上拉電阻與MCU連接，通過(guò)Kl設(shè)置本傳感器的長(zhǎng)度規(guī)格，該長(zhǎng)度規(guī)格共有四檔可選，分別為:0.5米、I米、1.5米、2米。通過(guò)K2可以設(shè)置本傳感器的測(cè)量精度，該精度也有四檔可選，分別為0.lcm、0.25cm、0.5cm、lcm。該通訊電路板的功能是讀取感應(yīng)到磁環(huán)的霍爾芯片在測(cè)量電路板上的序號(hào)，并把該序號(hào)通過(guò)RS485發(fā)送到接收主機(jī)上。該通訊電路板的電路連接如圖4所示。
[0028]所述的測(cè)量電路板由多個(gè)測(cè)量電路板單元拼接而成，每個(gè)測(cè)量電路板單元均包括Pl接口、P2接口、并入串出移位寄存器芯片74HC165及霍爾芯片，測(cè)量電路板單元的Pl接口與其上級(jí)測(cè)量電路板單元的P2接口或與通訊電路板的P2接口對(duì)接，測(cè)量電路板單元的P2接口與其下級(jí)測(cè)量電路板單元的Pl接口對(duì)接，所述并入串出移位寄存器芯片74HC165為多片級(jí)聯(lián)，每片74HC165均通過(guò)上拉電阻與多個(gè)霍爾芯片連接。MCU發(fā)送讀取使能、時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)74HC165的輸入輸出口線讀取74HC165的QlQ8的電平信號(hào)，霍爾芯片通過(guò)上拉電阻接到各個(gè)級(jí)聯(lián)74HC165的QlQ8 口線上。
[0029]為了適應(yīng)不同規(guī)格的分層沉降傳感器，測(cè)量電路板單元統(tǒng)一設(shè)計(jì)為包括6個(gè)并入串出移位寄存器芯片74HC165，每個(gè)74HC165連接8個(gè)霍爾芯片，既每個(gè)測(cè)量電路板單元可以測(cè)量48位霍爾芯片。如果測(cè)量精度為5_，那么該測(cè)量電路板單元的長(zhǎng)度為257_。不同長(zhǎng)度規(guī)格的分層沉降傳感器需要不同數(shù)量的測(cè)量電路板單元來(lái)拼接。如圖5所示的測(cè)量電路板單元，Pl為上接接口，P2為下接接口，根據(jù)不同長(zhǎng)度規(guī)格長(zhǎng)度的傳感器進(jìn)行拼接。
[0030]圖6為霍爾芯片檢測(cè)的單元電路，當(dāng)霍爾芯片感應(yīng)到磁環(huán)磁力時(shí)，Signal為信號(hào)O ;當(dāng)霍爾芯片感應(yīng)不到磁環(huán)磁力時(shí)，Signal為信號(hào)I。
[0031]所述的霍爾芯片在測(cè)量電路板上的排布包括兩種方式，分別為一層均勻間隔排布或多層均勻間隔錯(cuò)位排布?；魻栃酒跍y(cè)量電路板上的排布方式不同，測(cè)量精度也不同，如圖7的排布方式，測(cè)量精度為0.5cm-lcm ;如圖8的排布方式，測(cè)量精度為0.25cm ;如圖9的排布方式，測(cè)量精度為0.1cm0
[0032]所述的管殼采用鋁材質(zhì)的管材，其內(nèi)徑為32mm，外徑為45mm，按測(cè)量傳感器長(zhǎng)度規(guī)格截取。管材兩側(cè)加工螺紋，管材加工成型后，再經(jīng)過(guò)表面氧化處理，測(cè)量電路板及通訊電路板封裝在該管殼內(nèi)。
[0033]所述的上堵頭及下堵頭起到密封傳感器電路板和管殼、及支撐信號(hào)線及固定牽拉鋼絲用。
[0034]本分層沉降傳感器的工作原理為:
[0035]本分層沉降傳感器通過(guò)檢測(cè)磁環(huán)位置計(jì)算土層沉降量。當(dāng)霍爾芯片感應(yīng)到磁力時(shí)，輸出為0，通訊電路板MCU讀取測(cè)量電路板的串行數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)前磁環(huán)位置，通過(guò)485通訊線將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)。
[0036]本分層沉降傳感器使用7-12V供電電壓，通過(guò)HT7550將電壓轉(zhuǎn)換為5V，用于DS75176、MCU及傳感器采集電路供電。可通過(guò)規(guī)格設(shè)置撥碼開關(guān)設(shè)置規(guī)格，即:0.5米、I米、1.5米、2米?？赏ㄟ^(guò)撥碼開關(guān)Kl設(shè)置測(cè)量精度，S卩:0.lcm、0.25cm、0.5cm、lcm。
[0037]以測(cè)量精度為5mm為例，當(dāng)磁環(huán)向下移動(dòng)5mm,傳感器mcu讀取的數(shù)據(jù)增加I,當(dāng)磁環(huán)向下移動(dòng)20mm,傳感器mcu讀取的數(shù)據(jù)增加4。
[0038]本分層沉降傳感器的安裝方式為:
[0039]在對(duì)應(yīng)各個(gè)土層安裝的磁環(huán)9內(nèi)同軸插入一導(dǎo)向管10，該導(dǎo)向管的底部敞開，頂部通過(guò)一固定堵頭8密封，在導(dǎo)向管內(nèi)至上而下同軸間隔串聯(lián)多個(gè)分層沉降傳感器，在上下相鄰的兩傳感器的吊環(huán)上連接鋼絲11，在最下端傳感器的底部吊環(huán)上通過(guò)鋼絲連接一個(gè)或多個(gè)牽拉重物12，最上端傳感器通過(guò)頂部吊環(huán)與固定堵頭間鋼絲連接，而且，每一傳感器的485通訊線均從導(dǎo)向管頂部固定堵頭的通孔內(nèi)穿出，與地面的數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)連接，如圖10所示。
[0040]牽拉重物使級(jí)聯(lián)安裝的各個(gè)傳感器處于垂直拉緊狀態(tài)，在牽拉重物的兩端均安裝有吊環(huán)。
[0041]而且，本發(fā)明還提供一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器的測(cè)量系統(tǒng)，包括導(dǎo)向管、分層沉降傳感器、鋼絲及固定堵頭，該導(dǎo)向管的底部敞開，頂部通過(guò)一固定堵頭密封，在導(dǎo)向管內(nèi)至上而下同軸間隔串聯(lián)多個(gè)分層沉降傳感器，在上下相鄰的兩傳感器的吊環(huán)上連接鋼絲，在最下端傳感器的底部吊環(huán)上通過(guò)鋼絲連接一個(gè)或多個(gè)牽拉重物，最上端傳感器通過(guò)頂部吊環(huán)與固定堵頭間鋼絲連接，而且，每一傳感器的485通訊線均從導(dǎo)向管頂部固定堵頭的通孔內(nèi)穿出，與地面的數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)連接。
[0042]以上所述的僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，其特征在于:包括管殼、上堵頭、下堵頭、吊環(huán)、測(cè)量電路板及通訊電路板，在管殼的上端及下端分別封裝上堵頭及下堵頭，在上堵頭的頂面及下堵頭的底面分別徑向?qū)ΨQ固裝一對(duì)豎向吊環(huán)，在管殼內(nèi)安裝有通訊電路板和測(cè)量電路板，在測(cè)量電路板上均布間隔連接霍爾芯片，在通訊電路板上連接RS485通訊線，該RS485通訊線從上堵頭穿出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，其特征在于:所述的通訊電路板包括Pl接口、P2接口、RS485通訊芯片、微控制器MCU、規(guī)格設(shè)置撥碼開關(guān)Kl及測(cè)量精度設(shè)置撥碼開關(guān)K2，Pl接口接入主機(jī)電源及RS485通訊線，P2接口為通訊電路板與測(cè)量電路板的接口主機(jī)電源及RS485通訊線與Pl連接后分別與MCU的輸入/輸出口線及RS485通訊芯片連接，規(guī)格設(shè)置撥碼開關(guān)Kl及測(cè)量精度設(shè)置撥碼開關(guān)K2的輸出端分別通過(guò)上拉電阻與MCU連接，MCU還分別與RS485通訊芯片及P2接口輸入/輸出連接，該通訊電路板讀取感應(yīng)到磁環(huán)的磁感應(yīng)器件在測(cè)量電路板上的序號(hào)，并把該序號(hào)通過(guò)RS485通訊線發(fā)送到接收主機(jī)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，其特征在于:所述的測(cè)量電路板由多個(gè)測(cè)量電路板單元拼接而成，每個(gè)測(cè)量電路板單元均包括Pl接口、P2接口、并入串出移位寄存器芯片74HC165及霍爾芯片，測(cè)量電路板單元的Pl接口與其上級(jí)測(cè)量電路板單元的P2接口或與通訊電路板的P2接口對(duì)接，測(cè)量電路板單元的P2接口與其下級(jí)測(cè)量電路板單元的Pl接口對(duì)接，所述并入串出移位寄存器芯片74HC165為多片級(jí)聯(lián)，每片74HC165均通過(guò)上拉電阻與多個(gè)霍爾芯片連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器，其特征在于:所述的霍爾芯片在測(cè)量電路板上的排布包括兩種方式，分別為一層均勻間隔排布或多層均勻間隔錯(cuò)位排布。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于霍爾芯片及RS-485通訊的分層沉降傳感器的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括導(dǎo)向管、分層沉降傳感器、鋼絲及固定堵頭，該導(dǎo)向管的底部敞開，頂部通過(guò)一固定堵頭密封，在導(dǎo)向管內(nèi)至上而下同軸間隔串聯(lián)多個(gè)分層沉降傳感器，在上下相鄰的兩傳感器的吊環(huán)上連接鋼絲，在最下端傳感器的底部吊環(huán)上通過(guò)鋼絲連接一個(gè)或多個(gè)牽拉重物，最上端傳感器通過(guò)頂部吊環(huán)與固定堵頭間鋼絲連接，而且，每一傳感器的485通訊線均從導(dǎo)向管頂部固定堵頭的通孔內(nèi)穿出，與地面的數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)連接。
【文檔編號(hào)】G08C19/00GK204214435SQ201420692414
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】劉良志, 程林, 李忠杰, 宋效第, 陳柏州, 陳少青 申請(qǐng)人:天津市北洋巖土工程有限公司