一种基于WIFI的无线振弦应变采集装置及其实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于WIFI的无线振弦应变采集装置及其实现方法，应用于桥梁监测系统的数据采集，所述WIFI振弦采集装置包括：控制器、供电模块、高压升压电路、高压开关、信号调理电路、以及WIFI无线模块；所述控制器通过WIFI无线模块接收来自上位机的数据采集指令，并输出PWM控制高压升压电路产生高压，所述高压升压电路通过高压开关将高压激励加载到钢弦传感器，所述钢弦传感器在高压激励下进行振荡，同时将关于钢弦张力的频率信号输出到信号调理电路进行调整，最后再由控制器对调整后的频率波进行捕捉计数，得到频率值。本发明专利技术的装置及其实现方法能够有效提高桥梁结构应变的频率测量精度，并且可实现实时监控桥梁结构应变情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于WIFI的无线振弦应变采集装置及其实现方法
本专利技术涉及无线传感器
，尤其涉及一种基于WIFI的无线振弦应变采集装置及其实现方法。
技术介绍
目前在桥梁施工监控过程中测量混凝土的应变、应力大多采用有线传感器，即在监控之前布设有线传感器，通过有线电缆方式传输测量数据。对于大跨度桥梁结构监控，其测点多、测点间距远，采用有线电缆方式显然存在布线费用高、布线困难等问题。因此，在不允许永久性布线的情况下，采用基于WIFI的无线振弦应变传感器进行监控测量更加方便快捷，可提高工作效率，节约监控工作所需各项资源。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于WIFI的无线振弦应变采集装置，应用于桥梁监测，能够有效提高频率测量的高精度和准确性。本专利技术的另一目的在于，提出基于WIFI的无线振弦应变采集装置的实现方法。为实现以上目的，本专利技术采取如下技术方案：一种基于WIFI的无线振弦应变采集装置，应用于桥梁监测系统的数据采集，所述桥梁监测系统包括钢弦传感器、WIFI振弦采集装置和上位机采集软件，所述WIFI振弦采集装置包括：控制器、供电模块、高压升压电路、高压开关、信号调理电路、以及WIFI无线模块；所述控制器与供电模块、WIFI无线模块、高压升压电路、以及信号调理电路连接；所述钢弦传感器连接高压开关和信号调理电路；所述供电模块为控制器、信号放大与调理电路、高压升压电路、以及WIFI无线模块供电；所述供电模块为控制器、信号调理电路、高压升压电路、以及WIFI无线模块提供电源；所述上位机采集软件通过WIFI路由器将采集频率指令传输到WIFI振弦采集装置的WIFI无线模块，WIFI振弦采集装置通过WIFI无线模块将所述采集频率指令传输至控制器,所述控制器连接高压升压电路，控制器通过输出PWM信号控制高压升压电路产生高压，所述高压升压电路将电压升高到130～180V高压，然后经过高压开关以脉冲高压激励的方式将高压加载到钢弦传感器，加载一定时间后，关断高压开关，钢弦传感器在高压激励下进行振荡,并输出电压信号，所述信号调理电路对电压信号进行调整，所述信号调理电路连接控制器，所述控制器采集调整后的信号并计算频率，然后通过WITI无线模块将频率值传输至上位机采集软件显示。作为优选的技术方案，所述控制器采用STM32F103ARM7处理器，并设置用于量产时进行功能测试的USART1串口，以及用于连接WIFI无线模块的USART2串口。作为优选的技术方案，所述WIFI无线模块采用CSR-C322芯片及其外围电路构成。作为优选的技术方案，所述高压升压电路包括场效应管Q1、第一二极管D1、第一电感L1、第二电容C2、第三电容C3、第二电阻R2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二十九电阻R29、第一比较器、以及驱动芯片；所述场效应管Q1采用IRF7450场效应管；所述驱动芯片采用UCC27324芯片；所述第一比较器采用LM2903D比较器；第一二极管D1必须采用肖特基二极管FR107；所述第二电容C2必须采用耐压值250V以上的电容；所述驱动芯片的第二引脚通过第六电阻R6接收控制器输出的PWM信号，驱动芯片的第一引脚、第三引脚、第四引脚、以及第八引脚均接地，驱动芯片的第五引脚悬空不使用，第六引脚连VCC电源电压，第七引脚通过第二十九电阻R29连接到场效应管Q1的栅极；所述场效应管Q1的源极接地；所述场效应管Q1的漏极分别连接第一电感L1的一端和第一二极管D1的阳极；所述第一电感L1的另一端连接3.3V电源；所述第二电容C2的正极分别连接第一二极管D1的阴极和第二电阻R2的一端，构成接入高压开关的VCC电压端；所述第二电容C2的负极和场效应管Q1的源极以及第七电阻R7的一端均接地；所述第七电阻R7的另一端分别连接第二电阻R2的另一端和第一比较器的第二引脚，所述第一比较器的第三引脚分别连接第三电容C3的一端和第八电阻R8的一端，所述第三电容C3的另一端接地，所述第八电阻R8的另一端接3.3V电源；所述比较器的第一引脚构成高压激励电路的输出端并连接控制器的第十五引脚，第四引脚接地，第八引脚连接3.3V电源。作为优选的技术方案，所述高压升压电路中，所述第二电阻R2采用10M电阻，第七电阻R7采用200K电阻，调整二者的比值可得到相应的高压，高压Vh＝R2/R7*1.5V。作为优选的技术方案，所述高压开关采用高压放电电路，该电路包括第四三极管T4、第五三极管T5、第二二极管D2、第三二极管D3、第五二极管D5、第十一电阻R11、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十八电阻R18、以及第二十电阻R20；所述第四三极管T4采用MPSA92三极管；所述第五三极管T5采用MPSA42三极管；所述第二二极管D2必须采用肖特基二极管FR107；所述第二十电阻R20一端连接控制器的第十九引脚，另一端连接第五三极管T5的基极；所述第五三极管T5的发射极接地，集电极通过第十五电阻R15连接第十一电阻R11的一端和第四三极管T4的基极，所述第十一电阻R11的另一端和第四三极管T4的发射极连接VCC1电源，所述第四三极管T4的集电极连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极分别连接第十八电阻R18的一端、第三二极管D3的阳极以及钢弦传感器，所述第十八电阻R18的另一端接地，所述第三二极管D3的阳极通过第十三电阻R13连接第五二极管D5的阳极和信号调理电路的第十九电阻19的一端，所述第三二极管D3的阴极、第五二极管D5的阴极、以及第十九电阻19的另一端均接地。作为优选的技术方案，所述信号调理电路包括第一放大器、第二放大器、第二比较器、第四电容C4、第五电容C5、第九电容C9、第十电容C10、第九电阻R9、第十电阻R10、第十四电阻R14、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十九电阻R19、以及第二十一电阻R21；所述第一放大器、第二放大器采用LM2904D放大器，所述第二比较器采用LM2903D比较器；所述第十九电阻R19的一端接地，另一端连接高压放电电路的输出端和第九电容C9的一端，所述第九电容C9的另一端通过第十六电阻R16连接第一放大器的第二引脚、第九电阻R9的一端和第四电容C4的一端，所述第九电阻R9的另一端连接第四电容C4的另一端和第一放大器的第一引脚，所述第一放大器的第三引脚连接VDD电源电压，第四引脚接地，第八引脚接3.3V电源，所述第一放大器的第一引脚通过第十电容C10连接第十四电阻R14的一端，所述第十四电阻R14的另一端连接第二放大器的第六引脚、第十电阻R10的一端、以及第五电容C5的一端，所述第十电阻R10的另一端连接第五电容C5的另一端和第二放大器的第七引脚，第二放大器的第五引脚连接VDD电源电压，第四引脚接地，第八引脚接3.3V电源，所述第二放大器的第七引脚还连接控制器的第十八引脚，所述控制器的第十八引脚连接第二比较器的第六引脚，所述第二比较器的第五引脚连接第十七电阻R17的一端和第二十一电阻R21的一端，所述第十七电阻R17的另一端连接VDD电源电压；所述第二十一电阻R21的另一端连接第二比较器的第七引脚以构成信号调理电路的输出端，并且连接控制器的第十六引脚；所述第二比较器的第四引脚接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WIFI的无线振弦应变采集装置，应用于桥梁监测系统的数据采集，所述桥梁监测系统包括钢弦传感器、WIFI振弦采集装置和上位机采集软件，其特征在于，所述WIFI振弦采集装置包括：控制器、供电模块、高压升压电路、高压开关、信号调理电路、以及WIFI无线模块；所述控制器与供电模块、WIFI无线模块、高压升压电路、以及信号调理电路连接；所述钢弦传感器连接高压开关和信号调理电路；所述供电模块为控制器、信号放大与调理电路、高压升压电路、以及WIFI无线模块供电；所述供电模块为控制器、信号调理电路、高压升压电路、以及WIFI无线模块提供电源；所述上位机采集软件通过WIFI路由器将采集频率指令传输到WIFI振弦采集装置的WIFI无线模块，WIFI振弦采集装置通过WIFI无线模块将所述采集频率指令传输至控制器,所述控制器连接高压升压电路，控制器通过输出PWM信号控制高压升压电路产生高压，所述高压升压电路将电压升高到130～180V高压，然后经过高压开关以脉冲高压激励的方式将高压加载到钢弦传感器，加载一定时间后，关断高压开关，钢弦传感器在高压激励下进行振荡,并输出电压信号，所述信号调理电路对电压信号进行调整，所述信号调理电路连接控制器，所述控制器采集调整后的信号并计算频率，然后通过WITI无线模块将频率值传输至上位机采集软件显示。...

【技术特征摘要】
1.一种基于WIFI的无线振弦应变采集装置，应用于桥梁监测系统的数据采集，所述桥梁监测系统包括钢弦传感器、WIFI振弦采集装置和上位机采集软件，其特征在于，所述WIFI振弦采集装置包括：控制器、供电模块、高压升压电路、高压开关、信号调理电路、以及WIFI无线模块；所述控制器与供电模块、WIFI无线模块、高压升压电路、以及信号调理电路连接；所述钢弦传感器连接高压开关和信号调理电路；所述供电模块为控制器、信号放大与调理电路、高压升压电路、以及WIFI无线模块供电；所述供电模块为控制器、信号调理电路、高压升压电路、以及WIFI无线模块提供电源；所述上位机采集软件通过WIFI路由器将采集频率指令传输到WIFI振弦采集装置的WIFI无线模块，WIFI振弦采集装置通过WIFI无线模块将所述采集频率指令传输至控制器,所述控制器连接高压升压电路，控制器通过输出PWM信号控制高压升压电路产生高压，所述高压升压电路将电压升高到130～180V高压，然后经过高压开关以脉冲高压激励的方式将高压加载到钢弦传感器，加载一定时间后，关断高压开关，钢弦传感器在高压激励下进行振荡,并输出电压信号，所述信号调理电路对电压信号进行调整，所述信号调理电路连接控制器，所述控制器采集调整后的信号并计算频率，然后通过WITI无线模块将频率值传输至上位机采集软件显示。2.根据权利要求1所述的基于WIFI的无线振弦应变采集装置，其特征在于，所述控制器采用STM32F103ARM7处理器，并设置用于量产时进行功能测试的USART1串口，以及用于连接WIFI无线模块的USART2串口。3.根据权利要求1所述的基于WIFI的无线振弦应变采集装置，其特征在于，所述WIFI无线模块采用CSR-C322芯片及其外围电路构成。4.根据权利要求1所述的基于WIFI的无线振弦应变采集装置，其特征在于，所述高压升压电路包括场效应管(Q1)、第一二极管(D1)、第一电感(L1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第二电阻(R2)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第二十九电阻(R29)、第一比较器、以及驱动芯片；所述场效应管(Q1)采用IRF7450场效应管；所述驱动芯片采用UCC27324芯片；所述第一比较器采用LM2903D比较器；第一二极管(D1)必须采用肖特基二极管FR107；所述第二电容(C2)必须采用耐压值250V以上的电容；所述驱动芯片的第二引脚通过第六电阻(R6)接收控制器输出的PWM信号，驱动芯片的第一引脚、第三引脚、第四引脚、以及第八引脚均接地，驱动芯片的第五引脚悬空不使用，第六引脚连VCC电源电压，第七引脚通过第二十九电阻(R29)连接到场效应管(Q1)的栅极；所述场效应管(Q1)的源极接地；所述场效应管(Q1)的漏极分别连接第一电感(L1)的一端和第一二极管(D1)的阳极；所述第一电感(L1)的另一端连接3.3V电源；所述第二电容(C2)的正极分别连接第一二极管(D1)的阴极和第二电阻(R2)的一端，构成接入高压开关的VCC电压端；所述第二电容(C2)的负极和场效应管(Q1)的源极以及第七电阻(R7)的一端均接地；所述第七电阻(R7)的另一端分别连接第二电阻(R2)的另一端和第一比较器的第二引脚，所述第一比较器的第三引脚分别连接第三电容(C3)的一端和第八电阻(R8)的一端，所述第三电容(C3)的另一端接地，所述第八电阻(R8)的另一端接3.3V电源；所述比较器的第一引脚构成高压激励电路的输出端并连接控制器的第十五引脚，第四引脚接地，第八引脚连接3.3V电源。5.根据权利要求4所述的基于WIFI的无线振弦应变采集装置，其特征在于，所述高压升压电路中，所述第二电阻(R2)采用10M电阻，第七电阻(R7)采用200K电阻，调整二者的比值可得到相应的高压，高压Vh＝R2/R7*1.5V。6.根据权利要求1所述的基于WIFI的无线振弦应变采集装置，其特征在于，所述高压开关采用高压放电电路，该电路包括第四三极管(T4)、第五三极管(T5)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第五二极管(D5)、第十一电阻(R11)、第十三电阻(R13)、第十五电阻(R15)、第十八电阻(R18)、以及第二十电阻(R20)；所述第四三极管(T4)采用MPSA92三极管；所述第五三极管(T5)采用MPSA42三极管；所述第二二极管(D2)必须采用肖特基二极管FR107；所述第二十电阻(R20)一端连接控制器的第十九引脚，另一端连接第五三极管(T5)的基极；所述第五三极管(T5)的发射极接地，集电极通过第十五电阻(R15)连接第十一电阻(R11)的一端和第四三极管(T4)的基极，所述第十一电阻(R11)的另一端和第四三极管(T4)的发射极连接VCC电源，所述第四三极管(T4)的集电极连接第二二极管(D2)的阳极，第二二极管(D2)的阴极分别连接第十八电阻(R18)的一端、第三二极管(D3)的阳极以及钢弦传感器，所述第十八电阻(...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾布裕，余晓琳，颜全胜，陈双锐，许洁炜，杨铮，陈宇轩，辛锦炀，解兵林，罗宇蕃，赵盈皓，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44