[發明專利]一種基于LORA無線通信的分布式橋梁實時監測系統

在審

• 申請號: 201910965638.1
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110751818A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 趙延明;李權接;方紫微;姚迪;谷振宗;周京金;曹文龍
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04W4/38;H04W84/18;H04Q9/00;G01N29/14;G01N29/04;G01S19/25;G01S19/42;H02J7/35
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本發明公開了一種基于LORA無線通信的分布式橋梁實時監測裝置，包括多個遠程數據采集節點、1個集中監控終端以及LORA無線通信網絡三部分，通過LORA無線通信進行組網；通過模擬開關選通不同運放增益反饋電阻，實現不同增益倍數，適應不同工況下不同強度信號放大；通過GPS實現系統工作時間同步和位置定位，確保多個遠程數據采集節點同步工作；利用太陽能電池板進行發電，并通過電池管理模塊對充電電池進行充電蓄能，為遠程數據采集節點提供系統電源；運用聲發射原理在集中監控終端對采集數據進行計算與分析，確定橋梁產生裂縫的位置與大小；本發明的有益效果：及早發現事故隱患，采取有效措施，確保橋梁安全健康運行，有效延長橋梁安全使用年限。

技術領域

本發明屬于橋梁實時監測系統，尤其是一種基于LORA無線通信的分布式橋梁實時監測系統。

背景技術

據我國統計數據顯示，在70多萬座公路橋梁中，各類病橋的數量已逼近10萬座，其中危橋近兩萬座，這主要是由于施工失誤、水文地質與自然災害、意外碰撞和車輛超載等因素致使橋梁產生裂縫，從而使橋梁的強度、剛度、穩定性降低進而失效變為危橋，且各類惡性事故屢有發生。然而目前我國除了部分特大橋梁以外，絕大部分橋梁均沒有任何橋梁監測裝置，因此，加大對橋梁的健康狀況進行實時監測，并進行及時維護，有效延長橋梁安全使用年限，具有重要意義。

現有的橋梁監測系統主要利用移動GSM網絡、CAN總線、RS485、工業以太網以及有線光纜等形式構建橋梁監測系統。而本專利采用LORA無線通信技術，構建分布式的橋梁實時監測系統，LORA無線通信技術具有遠距離、超低功耗、多節點、低成本的特性，傳輸距離可達2-15 Km，功耗為100mw，電池壽命長達10年。并結合聲發射技術對橋梁裂縫位置、大小等進行無損探傷監測，實時掌握橋梁健康狀態，方便橋梁維護人員實時監測橋梁裂縫，進行及時維護，確保橋梁安全健康運行，并有效延長橋梁安全使用年限。

發明內容

為了克服以上所述的問題，本發明公開了一種基于LORA無線通信分布式橋梁實時監測系統。

本發明的技術方案是：一種基于LORA無線通信分布式橋梁實時監測系統包括多個遠程數據采集節點、1個集中監控終端以及LORA無線通信網絡三部分，遠程數據采集節點與集中監控終端之間通過LORA無線通信進行組網實現數據交換。

在本發明中，所述的基于LORA無線通信分布式橋梁實時監測系統，其特征是：所述的遠程數據采集節點包括前端信號采集和調理通道、單片主控單元、無線通信模塊1、GPS授時定位模塊、存儲模塊、電源管理單元。

在本發明中，所述的基于LORA無線通信分布式橋梁實時監測系統，其特征是：所述的所述集中監控終端包括無線通信模塊2、串口通信模塊以及上位機，通過串口通信模塊與上位機相連進行數據交互。

在本發明中，所述的遠程數據采集節點，其特征是：所述的前端信號采集和調理通道包括前端信號采集和調理通道1、前端信號采集和調理通道2、前端信號采集和調理通道3、前端信號采集和調理通道4；所述的單片主控單元分別與前端信號采集和調理通道、無線通信模塊1、GPS授時定位模塊、存儲模塊、電源管理單元相連；所述的電源管理單元由包括太陽能電池板、電池管理模塊、充電電池。

在本發明中，所述的遠程數據采集節點，其特征是：所述的前端信號采集和調理通道采集分布安裝在橋梁上的傳感器送來的頻率信號，并對輸入信號進行阻抗匹配、增益放大、隔直處理、濾波處理，然后將不失真信號進行模數轉換，傳送給所述單片主控單元。

在本發明中，所述的基于LORA無線通信分布式橋梁實時監測系統，其特征是：所述的無線通信模塊1和無線通信模塊2，采用LORA無線通信技術進行組網，實現數據遠程傳輸。

在本發明中，所述的遠程數據采集節點，其特征是：所述的GPS授時與定位模塊實現系統工作時間同步和地理位置定位，確保多個遠程數據采集節點同步工作。