[發明專利]基于CAN網絡的土木工程受力監測系統及方法

無效

• 申請號: 200810042481.7
• 申請日: 2008-09-04
• 公開（公告）號: CN101355575A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 孫偉;孟國香;謝文華;王先鋒;宋海芝
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L12/40;H04L12/26;G01B7/16
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種土木工程監測技術領域的監測系統及方法，具體是一種基于CAN網絡的土木工程受力監測系統及方法。

背景技術

激勵式振弦傳感器以結構簡單、長期穩定、可靠、成本低等諸多優點被大量應用于建筑、水利工程、鐵道交通、冶金、煤炭等部門，對水壩、隧道、礦井等土木工程施工現場，完成對壓力、拉力等受力情況的監測。在結構內布置大量的傳感器，經常是少則幾十只，多則數百只，隨著我國經濟建設的飛速發展，振弦傳感器的應用越來越廣泛。測讀振弦傳感器的頻率值是目前普遍采用的方法，工程監測人員使用頻率計讀取振弦傳感器的輸出頻率，根據標定數據(標定表、曲線或斜率K值)，進行從頻率量到物理量的轉換。由于在工程監測中使用振弦傳感器的數量很多，每次測量時都需要逐次逐只進行從頻率量到物理量的轉換，特別是對土木工程進行系統、長期監測的情況下，尤其像堤壩、隧道、地鐵，這使得監測工作繁重，極不方便。土木工程受力監測系統和方法傳統上以工程監測人員在土木工程施工現場逐次逐只測量為主。

經對現有技術的文獻檢索發現，中國實用新型專利“可直讀物理量的振弦傳感器”，申請號200420030166.X，該專利公開了一個具有RS485接口的可直讀物理量的振弦傳感器，在振弦傳感器中增設了以CPU為核心的電子處理部分，由存儲器單元存儲標定數據，并進行內部數據轉化，以MAX3471為RS485總線的驅動器實現RS485通信。以該振弦傳感器組成的基于RS485網絡的土木工程受力監測系統，存在以下不足：[1]相對于普通振弦傳感器，由于增設了內部電路，成本大大提高，傳感器在埋設后(澆筑混凝土)已不能重復利用，因此增加了成本；[2]RS485網絡的理論傳輸距離為1200米，因此監測網絡難以滿足堤壩、隧道、地鐵等的監測；[3]RS485是一種半雙工的電器協議，在任意時刻，網絡只能允許其上的一個節點向總線發送數據，如果總線上的某些節點發生故障，或者系統上位機的調度出現失誤，會導致整個監測網絡的癱瘓；[4]RS485只是一種電氣協議，未提供可靠高效的通信協議的實現，這就增加了系統開發的難度和開發周期，降低了系統的靈活性；[5]RS485總線的通訊速率與通訊距離有直接關系，隨著傳輸距離的增加而降低，常用波特率為9.6KBPS，當達到數百米以上通訊距離時，其可靠通訊速率小于1.2KBPS，因此監測網絡的數據吞吐量較低。

由于基于RS485網絡的土木工程受力監測系統，存在著以上等諸多缺點，難以滿足系統對實時性、可靠性、傳輸距離、靈活性、數據交換量等的要求。所以，在土木工程施工現場仍然以逐次逐只測量為主。

發明內容

本發明的目的在于針對目前監測系統中存在的上述問題，提供一種基于CAN網絡的土木工程受力監測系統及方法，具有數據吞吐量大、可靠性高、傳輸距離遠、通信靈活的特性，并解決上述背景技術中的不足，以滿足土木工程受力監測的需要。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明所涉及的基于CAN網絡的土木工程受力監測系統，包括：主控計算機、PC_CAN接口模塊、CAN總線的拓撲網絡、帶有CAN通信模塊的多路振弦傳感器采集單元，其中：

所述的PC_CAN接口模塊連接主控計算機和CAN總線的拓撲網絡，主控計算機發送指令，PC_CAN接口模塊將指令打包成有效CAN數據包并發送到CAN總線的拓撲網絡，PC_CAN接口模塊捕獲CAN總線的拓撲網絡上的有效數據包，提取有效數據并發送到主控計算機；

所述的CAN總線的拓撲網絡連接PC_CAN接口模塊和分布的各個采集單元，采集單元接收主控計算機的指令，完成多路振弦傳感器數據的采集，并將數據按照標準格式打包，上傳至CAN網絡。

所述帶有CAN通信模塊的多路振弦傳感器采集單元，包括：微處理器，CAN模塊、CAN標識設置模塊、日期時間設置模塊、存儲器擴展模塊、集線箱、激振及拾振電路、模擬通道切換開關和電源管理模塊，其中：

所述的采集單元的CAN模塊連接CAN總線的拓撲網絡和采集單元的微處理器，微處理器通過CAN模塊接收來自網絡上的數據包，并將相關的數據包發送到CAN總線的拓撲網絡上；

所述的采集單元的CAN標識設置模塊直接與采集單元的微處理器連接，提供該采集單元的身份標識；

所述的微處理器可以是DSP(數字信號處理器)、ARM、單片機、FPGA等微控制芯片；

所述的采集單元的日期時間設置模塊直接與采集單元的微處理器連接，可以自動計時，并能提供包括年、月、日、小時、分鐘、秒、星期等時間信息，用于給實時采集的數據提供時間標識；