[發明專利]一種適用于高原大量凍土溫度點無人監測系統

在審

• 申請號: 201810269384.5
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108593130A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 行鴻彥;張金玉
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G08C17/02;H02J7/35
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務所 32241
• 代理人: 唐小紅

1.一種適用于高原大量凍土溫度點無人監測系統，其特征在于，包括：溫度測量模塊、信號調理模塊、遠距離傳輸模塊、512選1模擬開關模塊、中央主控模塊和電源模塊；512路溫度傳感器的512個信號輸出端口分別接上信號調理模塊中的恒流源，將傳感器輸出的電阻信號轉為電壓信號，接著與載波信號接入乘法器，再經過帶通濾波器進行信號的調制，后接入電纜進行遠程信號傳輸，將電纜的輸出端口與外接的載波信號經過乘法器，再通過低通濾波器還原原始信號，將還原后的信號與512路模擬開關即ADG506A的輸入端口相連，模擬開關模塊中的譯碼器和ADG506A的地址端口與單片機的I/O口相連，以此選擇512路模擬開關的輸出端(即將512路并行信號轉為串行信號)，模擬開關模塊的輸出端口連接單片機的12位A/D端口，使模擬信號轉為數字信號，再存儲在單片機中，電源模塊采用太陽能充電模塊，將太陽能充電輸出端接單片機的供電端口(VCC)，以提供+5V電壓；

所述有線傳輸模塊將輸入信號與載波信號相乘，經過帶通濾波器，輸出DSB信號在電纜中傳輸，再與原有載波信號相乘，經過低通濾波器將信號解調出來，完成遠距離模擬信號的傳輸。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，

所述采用的溫度采集模塊采用熱電偶溫度傳感器，每個傳感器以縱向間隔10m的距離放置，二線制傳感器將各個電源接口并聯連接，信號輸出口接至信號調理電路模塊，二線制熱電偶傳感器輸出信號為模擬信號即電阻信號，由于采集的點數較多，為了減少電纜的數量，溫度采集器采用二線制傳感器，一條信號線，一條電源線，各采集器之間共用一條電源線。

3.如權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述溫度測量模塊為多于500個溫度傳感器，以每10個采集器為1組縱向分布，共分布50多處，10個采集器中每個采集器相間10米，分布在地下0～100m處，用以采集沿道路線凍土層溫度，通過傳感器將凍土層的溫度轉化為電阻信號即模擬信號，考慮到電阻信號不便于波形觀察與傳輸，因此將傳感器的信號線與調理電路模塊的輸入接口相連，即接入調理電路的恒流源，得到電壓信號。

4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，調理電路模塊包括恒流源，將溫度傳感器的信號線接入0.9mA的直流源，將0Ω～9999Ω的電阻信號轉為0V～9V的電壓信號，接入電纜中，再將電纜輸出端連接512選1模擬開關的512個輸入端口，依次選出單路信號接入集成運算放大器的Ui即信號輸入端口，將0V～9V的電壓信號經過線性轉化為0V～1.8V的電壓信號，再接入1.8V的電壓直流源，將信號抬高至與模數轉換相匹配的電壓范圍即1.8V～3.6V之間，再經過單片機內部的模數轉換模塊，使模擬信號轉化為數字信號依次送入中央主控模塊進行信號分析與存儲，設定主控模塊中的定時器，使信號在指定時間發送給上位機；與此同時，太陽能供電模塊即電源模塊接入中央主控的電源端口為整個系統供電。

5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述中央主控模塊采用STM32L1X系列的超低功耗單片機，多路模擬信號經過512選1模擬開關進入單片機，通過其內部的ADC將模擬信號轉換為數字信號存儲，編寫程序實現每天定時采集信號和每月定時發送信號的功能，另外單片機上增加無線發送模塊在指定時間內將信號無線傳輸給上位機，太陽能供電模塊輸出端接入單片機的供電電源端用以給系統供電。

6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述調理電路模塊是為了方便進行模數轉換，需要將電壓信號穩定在1.8～3.6V之間，將電壓輸出端接入一個運算放大器，通過計算運算放大器的部分參數值，使電壓信號控制在指定范圍內，方便后續進行A/D轉換。

7.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述電源模塊為太陽能供電模塊由太陽能電池板、充放電控制模塊和降壓穩壓模塊組成，太陽能電池板收集太陽的溫度，輸出電壓隨光照強度的變化而變化，當太陽能電池板輸出電壓低于V_IN，充放電控制模塊中繼電器處于吸合狀態，系統對蓄電池充電且電池對外供電，當輸出電壓高于V_IN時，系統對外供電，且對蓄電池充電；

太陽能電池板采集溫度為系統提供初始電源，經過充放電控制電路和降壓穩壓電路輸出3.3V或5V的電壓作為系統的電源，并且將蓄電池充當備用電源，保證無光照條件下仍可繼續供電。