[發(fā)明專利]一種適用于高原大量凍土溫度點(diǎn)無人監(jiān)測系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810269384.5
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108593130A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 行鴻彥;張金玉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 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(wù)所 32241
• 代理人: 唐小紅

本發(fā)明一種適用于高原大量凍土溫度點(diǎn)無人長期監(jiān)測系統(tǒng)，包括溫度采集模塊，信號調(diào)理模塊，信號接收模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；溫度采集模塊放置在凍土中采集凍土溫度，將其與數(shù)據(jù)處理模塊相連接，使得輸出的模擬信號可在電纜中傳輸，將電纜與信號接收模塊連接，將接收到的信號存儲在微控制器中，同時(shí)通過程序?qū)⑿盘柦邮漳K定時(shí)，控制信號采集、發(fā)送的時(shí)間，再將信號通過數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送出去。本發(fā)明提供的高原大量凍土溫度點(diǎn)無人監(jiān)測系統(tǒng)，解決了目前高原地區(qū)無法順利監(jiān)測凍土情況，從而無法建設(shè)鐵路的問題，也解決了在惡劣環(huán)境下需要人工值守監(jiān)測設(shè)備等問題，為西部地區(qū)道路建設(shè)帶來便利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及適用于人員不便活動地區(qū)的長期溫度監(jiān)測無人低功耗系統(tǒng)，具體涉及高原不同深度大量凍土溫度點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域中的信息采集與信息處理部分。

背景技術(shù)

我國的高原以青藏高原為代表，作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)背景。青藏高原是中國最大，世界海拔最高的高原，被稱為“世界屋脊”。青藏高原腹地年平均氣溫在0℃以下，大部分地區(qū)最暖月的平均溫度也不足10℃，氣溫一般從東南的20℃向西北遞減至-6℃以下，溫度隨高度和緯度的升高而降低，輻射強(qiáng)烈，日照多，氣溫低，積溫少，氣溫日差較大，冬季干冷漫長，夏季溫涼多雨，冰雹多。由于大部分地區(qū)惡劣的自然環(huán)境，國家對于青藏高原部分地區(qū)的開發(fā)顯得尤為困難，尤其是在道路和軌道交通的建設(shè)方面，這將不利于我國西北地區(qū)的發(fā)展，其中大部分原因在于難以在青藏高原的凍土區(qū)開展重大項(xiàng)目建設(shè)。凍土是指零攝氏度以下，并含有冰的各種巖石和土壤，它是一種對溫度極為敏感的土介質(zhì)，具有流變性，因此在凍土區(qū)修建工程項(xiàng)目將面臨兩大危害：凍脹和融沉，若在凍土區(qū)建設(shè)工程項(xiàng)目極易造成資源浪費(fèi)且阻礙項(xiàng)目進(jìn)程，加上大多凍土區(qū)域人跡罕至，因此必須采取實(shí)用且高效的設(shè)備對其進(jìn)行勘測，能夠無人值守的長期工作于低溫狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

為了推進(jìn)青藏高原等地區(qū)的建設(shè)和開發(fā)，解決由于環(huán)境惡劣或地貌特殊導(dǎo)致阻礙工程項(xiàng)目的建設(shè)與進(jìn)展等問題，設(shè)計(jì)一款實(shí)用性高的溫度信息采集監(jiān)測系統(tǒng)，雖然目前也有針對這些問題開發(fā)出來的設(shè)備，但大多需要人員值守，功耗較高，缺乏實(shí)用性。本發(fā)明的系統(tǒng)不僅可用于采集凍土溫度也可用于采集地?zé)釡囟刃畔ⅲm用性較為廣泛。

一種適用于高原大量凍土溫度點(diǎn)無人監(jiān)測系統(tǒng)，技術(shù)方案如下：

該大量點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)，將500多個(gè)溫度傳感器分布在地下0～100m處，其構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為溫度采集模塊，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(zhuǎn)化為電阻信號(模擬信號)，考慮到電阻信號不便于波形觀察與傳輸，因此接入調(diào)理電路模塊(包括恒流源和運(yùn)算放大器)，將其轉(zhuǎn)化為合理的電壓信號，通過有線傳輸模塊進(jìn)入512選1模擬開關(guān)電路模塊，將512路并行信號轉(zhuǎn)化為串行信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，使模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號依次送入中央主控模塊進(jìn)行信號分析與存儲，設(shè)定主控模塊中的定時(shí)器，使信號在指定時(shí)間發(fā)送給上位機(jī)。與此同時(shí)，太陽能供電模塊接入中央主控的電源端口為整個(gè)系統(tǒng)供電。

所述中央主控模塊主要采用STM32L1X系列的超低功耗單片機(jī)，500多路模擬信號經(jīng)過512選1模擬開關(guān)進(jìn)入單片機(jī)，通過其內(nèi)部的ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲，編寫程序?qū)崿F(xiàn)每天定時(shí)采集信號和每月定時(shí)發(fā)送信號的功能，另外單片機(jī)上增加無線發(fā)送模塊在指定時(shí)間內(nèi)將信號無線傳輸給上位機(jī)，太陽能供電模塊輸出端接入單片機(jī)的供電電源端用以給系統(tǒng)供電；

所述采用的溫度采集模塊采用熱電偶溫度傳感器，輸出信號為模擬信號(電阻信號)，由于采集的點(diǎn)數(shù)較多，為了減少電纜的數(shù)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；

所述調(diào)理電路模塊是為了方便進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，需要將電壓信號穩(wěn)定在1.8～3.6V之間，將電壓輸出端接入一個(gè)運(yùn)算放大器，通過計(jì)算運(yùn)算放大器的部分參數(shù)值，可以使電壓信號控制在指定范圍內(nèi)，方便后續(xù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；