[發明專利]一種基于太陽能供電的無線通信的云智能采集模塊

在審

• 申請號: 201510401133.4
• 申請日: 2015-07-10
• 公開（公告）號: CN104992546A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發明（設計）人: 劉付鵬;劉文峰;謝鎮;王輔宋;李松;陳志官
• 申請（專利權）人: 江西飛尚科技有限公司
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04L29/08;H02J7/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 戴繼翔

技術領域

本發明涉及一種基于太陽能供電的ZIGBEE無線通信的云智能采集模塊，應用于一種云智能數據采集模塊，可實現多種監測參數測量的模塊，涉及到土木施工安全監測行業領域。

背景技術

目前隨著國家對基礎設施建設的重視和關注，越來越多的地鐵、橋梁、隧道等工程開始實施，同時由于各監管部門對于施工期間安全監測的要求提高，使得土木安全監測的行業對監測系統多參數、高精度、實時性、傳輸智能化等要求也越來越高。

為使得監測系統滿足行業需求，實現多個參數的實時測量，傳統實現方式是使用多個功能獨立的采集單元，使用工業總線的方式進行組網。在系統組網建設時，需要人工布線、調試、維護。

???上述傳統監測系統實現存在以下的不足：

首先傳統監測系統復雜程度較高，因為采集模塊功能單一，按照功能拼湊進行實現。且由于各單一功能的模塊往往使用不同廠家的產品，接口方式和協議的兼容性也存在差異，進一步增加了系統的復雜程度和維護成本。

其次由于傳統監測系統需要，如系統供電、數據傳輸等要求，需要使用電纜、光纖、網線等有線方式進行布設，施工難度較大，且增加一定材料成本。

綜上所述，傳統的監測在功能單一、系統供電、數據傳輸等方面存在一定的局限性，難以滿足特定工況下的要求。

發明內容

本發明目的在于解決的技術問題就在于以下幾點：

（1）實現多參數測量，即一個采集模塊同時實現振弦采集、測斜儀采集、噪聲采集功能；

（2）實現無線傳輸，避免現場布線的難度和成本；

（3）實現太陽能供電，避免其他供電方式的不利影響；

（4）實現數據的定時采集和內部存儲。

為實現上述技術目的，本設計采用的以下技術方案：

一種基于太陽能供電的無線通信的云智能采集模塊，該模塊設計有一塊太陽能板、充電電路、鋰電池，鋰電池為微控制器提供電源；

通信模塊通過印刷電路板布線Ⅰ與微控制器的UART端口相連，云智能采集模塊是一種利用ZIGBEE協議無線通信模塊，通過無線組網方式進行數據傳輸；

模塊內設計有振弦采集功能電路、信號濾波電路，通過印刷電路板布線Ⅱ與微控制器的ADC端口相連，可實現多種參數的測量功能；

模塊內設計有測斜儀采集電路，通過印刷電路板布線與微控制器的UART端口相連，采集模塊可實現測斜儀采集功能；

模塊內設計有噪聲采集電路，通過印刷電路板布線與微控制器的ADC端口相連，采集模塊可實現噪聲采集功能；

模塊內設計有實時時鐘電路，通過印刷電路板布線與微控制器的IIC端口相連，云智能采集模塊可實現自動定時采集，并進行數據存儲；

模塊內設計有數據存儲器電路，通過印刷電路板布線與微控制器的SPI端口相連，采集模塊可實現數據存儲。

所述太陽能板為5V/3W的太陽能板。

所述鋰電池為3.7V鋰電池。

通信模塊為ZIGBEE通信模塊。

微型控制器控制采集電路產生一系列的脈沖激勵信號，使得振弦類傳感器內部鋼弦產生自由振蕩，由鋼弦自由振蕩產生的振弦信號經過放大電路、濾波電路后，輸入到模擬數字轉換器中進行數值化采集，微型控制器通過對數值化采集的數據進行計算，得到振弦傳感器的頻率參數，以實現振弦數據采集的功能。

實現測斜儀采集功能的電路設計方案是：采集模塊設計一個RS485驅動電路，并通過光耦繼電器對測斜儀電源進行控制，達到電源開關的控制要求。當采集模塊接入測斜儀后，微控制器打開測斜儀電源，驅動RS485電路，采集測斜儀數據。

實現噪聲采集功能的電路設計方案是：通過麥克風將境聲音信號轉換為電壓信號，電壓信號經過不同增益的放大電路，自動根據噪聲的大小選擇匹配的增益進行放大。放大后的電壓信號經過帶通濾波器進行濾波后，再進入到全波整流電路并輸入到模擬數字轉換器中進行數值化采集，微控制器對數值化數據進行計算，得到實際噪聲值。

為滿足無線傳輸的要求，本設計采用的方案是：使用ZIGBEE無線模塊，微控制器通過控制ZIGBEE模塊，將采集到的數據進行上報。微控制器與無線模塊之間的接口采用異步通信的方式，當不要數據通信時，微控制器可自動關閉無線模塊的電源，以降低系統的整體功耗。

采集模塊電源設計方案是，使用可充電鋰電池作為主電源，并設計充電控制電路，充電源為5伏特、3瓦的太陽能板，當有光照時，太陽能板通過充電控制電路對鋰電池進行充電，無光照時，采集模塊通過鋰電池進行工作。

本發明的有益效果：