基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统，包括多个数据采集节点、一个协调器节点和一台计算机，数据采集节点分为应变采集节点和位移采集节点，部分数据采集节点具有路由功能。ZigBee网络采用树状结构，数据采集节点经过无线直接或路由与协调器节点通信。协调器节点即可以通过USB与计算机连接上传数据，也可以作为手持显示终端单独使用。系统通过对综合管廊内管道垂直方向变形和管道支架垂直受力变形的监测，可以确定综合管廊局部沉降程度以及管道的受力情况。通过对综合管廊节与节变形缝之间局部沉降位移、水平位移、轴向位移的监测，可以判断综合管廊结构不均匀变形。系统和数据采集节点采用了多项低功耗设计，使用电池供电。

Health monitoring system of integrated pipe gallery based on ZigBee Technology

【技术实现步骤摘要】
基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统
本技术涉及综合管廊监测
，尤其是基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统。
技术介绍
近年来，随着城市化建设的快速发展，城市的规模不断扩大，同时需要不断地开展基础设施和公共设施的建设与完善，其中综合管廊的建设得到快速发展，国家、地方相继出台了大量政策支持综合管廊的建设。与以往管线埋设方式不同，综合管廊是建设的专用地下城市管道综合走廊，将电力、通信，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。综合管廊建设极大方便了市政管线设施的检查、维护、保养和维修，虽然一次性投资高于管线独立铺设的成本，但是降低了路面多次翻修的费用和工程管线的维修费用，也避免由于敷设和维修地下管线频繁挖掘道路而对交通和居民出行造成影响，保证路面的完整性和耐久性。综合管廊工程一般情况下采用整体现浇钢筋混凝土结构形式或预制钢筋混凝土拼接方法进行施工，在具体建设过程中往往需要设置变形缝，并且尽可能增加每节箱涵的长度，减少变形缝的数量。在管廊节与节变形缝之间通常采用橡胶和双组份聚硫密封膏加聚乙烯低发泡填缝，确保变形缝的密封性能，防止出现渗漏。综合管廊所处位置的地质环境地质条件的不同，包括土质类型、土质性能、土质状态、水分含量等多种因素，在环境荷载作用下可能会出现不均匀局部沉降、水平位移、轴向位移等结构不均匀变形。这些问题不仅会使变形缝开裂渗漏，严重削弱混凝土管廊的适用性和耐久性，还会对管廊内的各类管道产生附加应力和变形而造成不良影响。针对这些问题应该做到及时发现及时处理，避免问题的扩大而造成不必要的损失。目前综合管廊监测系统主要是对环境参数和火灾进行监测，监测的环境参数主要包括环境温湿度、含氧量、硫化氢浓度、甲烷浓度等，火灾监测主要是通过烟雾检测来实现，监测系统多采用分散式数据采集系统，采用有线传输方式。针对综合管廊结构参数的监测，主要参数是管廊节与节之间由于局部沉降引起的变形缝错位位移，多采用非电子测量的方法，这种方法一般是人工检测，实时性差、浪费人力物力。也有用电子测量系统对结构变形缝错位和位移进行监测，系统采用分散式数据采集有线数据传输方式，这种方式施工安装复杂，系统成本和人工成本较高。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本技术的目的是提供基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统，通过数据采集节点对综合管廊内的钢制管道变形和管道支架受力变形参数的检测，通过对综合管廊节与节变形缝之间位移参数的检测，并将这些参数经过ZigBee无线传感器网络传输到协调器和计算机进行监测，确定综合管廊结构健康状况，以及重要管路的运行状态。为解决上述技术问题，本技术的技术方案是：基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统，采用ZigBee无线传感器网络传输数据，网络采用树状结构；系统包括多个传感器和数据采集节点、一个协调器节点和一台计算机，数据采集节点分为应变采集节点和位移采集节点；所述数据采集节点一部分具有路由功能，在无线通信范围内数据采集节点与协调器节点可以直接无线连接通信，超过通讯范围的可以通过其它数据采集节点路由与协调器连接通信；所述协调器节点可以通过USB与计算机连接，将采集的应变和位移数据传输到计算机；所述协调器节点也可以作为手持显示终端单独使用；所述协调器节点和计算机屏幕上都能监测上传的位移和应变参数，系统组成如图1。进一步的，所述应变采集节点应变检测采用电阻应变片传感器。进一步的，所述位移采集节点位移检测采用的是拉绳电位器位移传感器。进一步的，所述电阻应变片传感器对综合管廊内的钢制管道变形和管道支架受力变形的检测，将管道变形和支架受力变形转换成应变片电阻的变化；所述位移传感器对综合管廊节与节变形缝之间位移的检测，将位移量转换成电位器电阻变化。进一步的，所述数据采集节点采用低功耗设计，由电池供电可长时间工作；所述协调器节点采用电池供电，协调器节点也可由计算机通过USB接口供电。进一步的，所述应变采集节点组成框图如图2所示，应变采集节点为4通道应变数据采集，包括4路应变变换单元、微处理器单元、天线匹配单元、电源电子开关单元、3.3V电源单元和电池单元；所述微处理器单元采用CC2530；所述应变变换单元将电阻应变片全桥电路输出的电压变换成标准的电压信号，再由CC2530内部集成AD转换器转换成数字量，并经过处理保存在内部flash中；所述微处理器可以将这些数据由天线匹配单元无线传输到协调器节点；所述应变采集节点由电池单元供电；所述3.3V电源单元给微处理器单元提供稳定电压；所述电源电子开关单元由微处理器单元控制，只在数据采集时接通应变变换单元和应变片传感器全桥电路电源。进一步的，所述位移采集节点组成框图如图3所示，位移采集节点为3通道位移数据采集，包括3路位移变换单元、微处理器单元、天线匹配单元、电源电子开关单元、3.3V电源单元和电池单元；所述微处理器单元采用CC2530；所述位移变换单元将位移传感器电位器输出的电压变换成标准的电压信号，再由CC2530内部集成AD转换器转换成数字量并经过处理保存在内部flash中；所述微处理器可以将这些数据由天线匹配单元无线传输到协调器节点；所述位移采集节点由电池单元供电；所述3.3V电源单元给微处理器单元提供稳定电压；所述电源电子开关单元由微处理器单元控制，只在数据采集时接通位移变换单元和位移传感器电源。进一步的，所述协调器节点组成框图如图4所示，包括微处理器单元、TFT彩色显示单元、数据存储单元、天线匹配单元、键盘单元、USB接口单元、电源单元、电池单元；所述微处理器单元采用CC2531；所述微处理器单元通过天线匹配单元无线接收各个采集节点采集的应变、位移数据并存储到数据存储单元；所述TFT彩色显示单元可显示应变、位移数据当前值和历史值、变化趋势线，个采集点应变、位移数据变化量超过一定数值时会在TFT彩色显示单元提醒显示；所述键盘单元可以设置工作参量和控制工作方式；所述微处理器单元可以通过USB接口单元与计算机连接，将个采集点的数据上传；所述协调器节点由电池单元供电，也可由计算机通过USB接口供电；所述电源单元提供稳定的电压供各单元使用，检测的电池电量可在TFT彩色显示单元上显示，亏电时可以通过外接充电电源对电池单元充电。进一步的，所述计算机在网络连通时可以通过USB接口接收各个采集节点采集的应变、位移数据，并实现数据处理、显示、存储和分析。进一步的，所述基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统，为节省电能在协调器节点不需要上传数据时，整个网络处于断网状态，此时数据采集节点不工作时是处于休眠状态，当需要定时采集数据时被唤醒切换至工作状态采集和存储数据，之后再次进入休眠状态。当协调器节点需要上传监测数据时，才唤醒各数据采集节点重新组织成网络。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)本技术的数据采集节点可以完成信号变送、数据采集和数据无线传输，系统和节点结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统，其特征在于，包括多个数据采集节点、一个协调器节点和一台计算机；所述数据采集节点分为应变采集节点和位移采集节点，部分数据采集节点具有路由功能；所述ZigBee网络采用树状结构，数据采集节点经过无线直接或路由与协调器节点通信；所述协调器节点通过USB接口与计算机连接上传数据，或作为手持显示终端单独使用；所述数据采集节点采用低功耗设计，由电池供电可长时间工作；所述协调器节点由电池供电，或由计算机通过USB接口供电。/n

【技术特征摘要】
1.基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统，其特征在于，包括多个数据采集节点、一个协调器节点和一台计算机；所述数据采集节点分为应变采集节点和位移采集节点，部分数据采集节点具有路由功能；所述ZigBee网络采用树状结构，数据采集节点经过无线直接或路由与协调器节点通信；所述协调器节点通过USB接口与计算机连接上传数据，或作为手持显示终端单独使用；所述数据采集节点采用低功耗设计，由电池供电可长时间工作；所述协调器节点由电池供电，或由计算机通过USB接口供电。


2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统，其特征在于，所述应变采集节点为4通道，包括4路应变变换单元、微处理器单元、天线匹配单元、电源电子开关单元、3.3V电源单元和电池单元；所述微处理器单元采用CC2530；所述应变变换单元将电阻应变片全桥电路输出电压变换成标准的电压信号，再由CC2530内部集成AD转换器转换成数字量并经过处理保存在内部flash中，还可通过无线传输到协调器节点；所述应变采集节点由电池供电；所述微处理器单元由3.3V电源单元供电。


3.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的综合管廊健康监测系统，其特征在于，所述位移采集节点为3通道，包括3路位移变换单元、微处理器单元、天线匹配单元、电源电子开关单元、3.3V电源单元和电池单元；所述微处理器单元采用CC2530；所述位移变换单元将位移传感器电位器输出电压变换成标准的电压信号，再由CC2530内部集成AD转换器转换成数字量并经过处理保存在内部flash中，还可通过无线传输到协调器节点；所述位移采集节点由电池供电；所述微处理器单元由3.3V电源单元供电。


4.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的综合管廊健康...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁寅午，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：新型
国别省市：天津;12