一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法。装置包含多个传感器单元构成的地下位移三维测量传感阵列与地面管理终端，地面管理终端与最上的传感器单元间有线连接，其余传感器单元间无线通信；初始上电后每个传感器单元与自身相邻上方的无线通讯且待机，地面管理终端发指令给N号传感器单元，后从上至下不断在相邻传感器单元间通信处理而依次唤醒过各传感器单元，唤醒过后每个传感器单元置为自身下方的从机，直到1号传感器单元被自动定时唤醒后，后从下至上不断在相邻传感器单元间通信处理而依次唤醒各传感器单元进行数据测量和传输。本发明专利技术可有效解决系统使用有线通讯带来的问题，使得本发明专利技术系统可适用于各种复杂野外工作环境。于各种复杂野外工作环境。于各种复杂野外工作环境。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法


[0001]本专利技术属于地质灾害监测领域的一种通信控制方法，具体涉及一种地下位移测量装置的无线通讯方法。

技术介绍

[0002]我国是地质灾害发生最为频繁的国家之一，地质灾害种类繁多、分布广泛、活动频繁、危害严重。其中，滑坡是我国当前最需要重视的地质灾害，近年来，滑坡发生的次数占全部地质灾害总数的一半以上，严重威胁着人民的生命安全，给人民带来了极大的经济损失，同时对灾害易发地区的经济发展有着阻碍作用，对实现社会的可持续发展有着消极的影响。
[0003]为了实时监测岩土体的滑坡情况，并在滑坡即将来临前发出预警，本申请人曾提出了一种基于双互感等值电压的地下位移三维测量传感器，使用电源线和RS485总线将传感器串联形成传感阵列，通过测量出相邻两个传感器单元之间的相对位移来反映测量区域内岩土体从地表至地下深部位移的情况。但是由于使用了电源线和RS485总线共4根电线来串联传感器单元，在传感器焊接过程中难免出现漏焊、焊错等问题，在装置整体运输中容易出现电线断开造成系统整体故障等问题，在装置安装过程中需要大量人手等问题。因此，用4根电线来串联传感器单元的方式使得系统整体焊接、运输以及安装的难度较大。

技术实现思路

[0004]基于上述背景，为解决使用RS485总线串联地下位移三维测量传感器带来的问题，本专利技术是提出了一种地下位移三维测量装置的无线通讯方法，解决系统有线通讯的问题。
[0005]为实现本专利技术的目的，拟采用以下技术方案：
[0006]本专利技术方案包括地下位移三维测量传感器中的传感器控制板，地面管理终端，以及地下位移三维测量传感阵列的无线通信方法。
[0007]方法采用的地下位移三维测量装置包含地下位移三维测量传感阵列与一个地面管理终端，所述的地下位移三维测量传感阵列是以地下位移三维测量传感器作为一个传感器单元、由多个地下位移三维测量传感器之间使用无线通讯的方式传输数据、使用一根电源总线串联形成，地面管理终端与地下位移三维测量传感阵列的仅一个传感器单元之间使用电源线和RS485通讯线连接。
[0008]所述的地下位移三维测量传感阵列中，各个传感器单元在地下沿深度方向间隔布置，地面管理终端与地下位移三维测量传感阵列中最靠近地面的第N号传感器单元之间连接。
[0009]所述的地下位移三维测量传感阵列布置在地下，且底端延伸到山体基岩，所述的地面管理终端布置在山体表面上，地面管理终端分别和用户电脑、物联网平台通信连接。
[0010]所述的地下位移三维测量传感器包含了铁芯线圈、传感器控制板、底板、空芯线圈和PVC套筒；PVC套筒内套装有空芯线圈，空芯线圈之内安装有铁芯线圈、传感器控制板和底
板，空芯线圈和铁芯线圈同轴布置，空芯线圈、铁芯线圈均和传感器控制板电连接，传感器控制板经两根电源线连接外部电源。
[0011]所述PVC套筒上下两端均灌胶密封。
[0012]所述空芯线圈、铁芯线圈用于激励自身所在地下位移三维测量传感器上方的地下位移三维测量传感器内部的空芯线圈，使其产生正弦信号；
[0013]所述传感器控制板303用于输出正弦激励信号，读取由自身所在地下位移三维测量传感器的空芯线圈305产生的正弦信号，读取出姿态数据，与上方或下方的地下位移三维测量传感器通过无线通讯进行数据交换；
[0014]所述底板304用于固定磁芯线圈以及传感器控制板在空芯线圈内部的位置。
[0015]所述的传感器控制板包含微处理器、信号选择模块、信号处理模块、姿态测量模块、无线通讯模块、电源模块以及线圈；线圈分为空芯线圈、铁芯线圈，空芯线圈、铁芯线圈经信号选择模块和信号处理模块连接，微处理器分别和信号处理模块、姿态测量模块、无线通讯模块、电源模块连接；所述微控制器控制信号选择模块连接到空芯线圈还是铁芯线圈，控制信号选择模块选择是发出激励信号还是接收激励信号。
[0016]所述微控制器采用单片机，通过片内ADC对信号处理模块返回的信号进行采样并处理，读取姿态测量模块采集的自身单元的姿态数据，使用串口经由无线通讯模块与上方或下方的传感器单元进行数据交换，控制电源模块工作，以及产生正弦信号，将正弦波的波形幅值表存储在片内ROM内，通过单片机设置内部DMA通道，将正弦波的单周期脉冲输出至片内DAC，通过设置调出正弦波的速度设置正弦波频率，输出稳定的正弦波通过自身单元的空芯线圈或磁芯线圈以激励上方传感器内的空芯线圈。
[0017]所述信号选择模块包含一个模拟开关及其外围电路，用于对单片机DAC产生的正弦信号输出给空芯线圈或者将空芯线圈受激励产生的正弦信号输出给信号处理模块；
[0018]所述信号处理模块包含一个仪表放大器和一个有效值转换器及其外围电路；所述仪表放大器用于对空芯线圈的输出电压进行差分放大，再输入到有效值转换器中进行处理；所述有效值转换器用于对仪表放大器输出的信号进行转换，再输入给单片机进行ADC采样处理；
[0019]所述姿态测量模块用于采集自身所在的地下位移三维测量传感器的姿态数据并通过串口传输给单片机；
[0020]所述无线通讯模块用于唤醒自身所在地下位移三维测量传感器的传感器控制板中的单片机，与单片机通过串口进行数据交换，并与上方或下方地下位移三维测量传感器组成主机或从机，只有配置为一主机一从机的模式，两个无线通讯模块才能进行数据交换以及信号传输。
[0021]所述电源模块用于产生供单片机、姿态测量模块以及无线通讯模块工作的3.3V电压，以及产生由单片机控制的供信号选择模块以及信号处理模块工作的
±
5V电压。
[0022]相邻传感器单元之间通过各自的无线通信模块通过发出指令而建立通信连接；在相邻传感器单元之间建立通信后，按照以下进行交互控制：
[0023]当一个传感器单元的微控制器控制自身所连接的信号选择模块发出正弦的激励信号到空芯线圈/铁芯线圈产生正弦信号，另一传感器单元的铁芯线圈接收到正弦信号进而经自身所连接的信号选择模块发送到信号处理模块，信号处理模块识别正弦信号获得互
感电压并发送到信号处理模块中储存；同时，传感器单元的微控制器控制自身的姿态测量模块测量获得姿态数据后，并保存于微控制器中。
[0024]所述的地下位移三维测量传感阵列中的各个传感器单元的序号按照从最底部到最靠近地面的顺序依次从1到N进行自然数设置，其中仅位于最底部的1号传感器单元内预先设定有被唤醒后的固定待机时间；
[0025]所述的地下位移三维测量传感阵列中的各个传感器单元第一次上电后均配置为与自身上方相邻的传感器单元进行无线通讯，然后每次进行地下位移三维测量按照以下方式进行；
[0026]第一阶段流程：
[0027]初始情况下，每个传感器单元都处于断开状态和待机状态，地面管理终端发出的工作指令进行第一阶段流程，给N号传感器单元，使N号传感器单元被唤醒进入工作状态，然后按照以下方式从上至下不断在相邻两个传感器单元之间通信处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法，其特征在于：方法采用的地下位移三维测量装置包含地下位移三维测量传感阵列(105)与一个地面管理终端(104)，所述的地下位移三维测量传感阵列(105)是以地下位移三维测量传感器作为一个传感器单元、由多个地下位移三维测量传感器之间使用无线通讯的方式传输数据、使用一根电源总线串联形成，地面管理终端(104)与地下位移三维测量传感阵列的仅一个传感器单元之间使用电源线和RS485通讯线(202)连接。2.根据权利要求1所述的一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法，其特征在于：所述的地下位移三维测量传感阵列(105)中，各个传感器单元在地下沿深度方向间隔布置，地面管理终端(104)与地下位移三维测量传感阵列中最靠近地面的第N号传感器单元之间连接。3.根据权利要求1所述的一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法，其特征在于：所述的地下位移三维测量传感阵列(105)布置在地下，且底端延伸到山体基岩(106)，所述的地面管理终端(104)布置在山体表面(103)上，地面管理终端(104)分别和用户电脑(101)、物联网平台(102)通信连接。4.根据权利要求1所述的一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法，其特征在于：所述的地下位移三维测量传感器包含了铁芯线圈(301)、传感器控制板(303)、底板(304)、空芯线圈(305)和PVC套筒(306)；PVC套筒(306)内套装有空芯线圈(305)，空芯线圈(305)之内安装有铁芯线圈(301)、传感器控制板(303)和底板(304)，空芯线圈(305)和铁芯线圈(301)同轴布置，空芯线圈(305)、铁芯线圈(301)均和传感器控制板(303)电连接，传感器控制板(303)经两根电源线(302)连接外部电源。5.根据权利要求4所述的一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法，其特征在于：所述的传感器控制板(303)包含微处理器、信号选择模块、信号处理模块、姿态测量模块、无线通讯模块、电源模块以及线圈；线圈分为空芯线圈(305)、铁芯线圈(301)，空芯线圈(305)、铁芯线圈(301)经信号选择模块和信号处理模块连接，微处理器分别和信号处理模块、姿态测量模块、无线通讯模块、电源模块连接；所述微控制器控制信号选择模块连接到空芯线圈(305)还是铁芯线圈(301)，控制信号选择模块选择是发出激励信号还是接收激励信号。6.根据权利要求5所述的一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法，其特征在于：相邻传感器单元之间通过各自的无线通信模块通过发出指令而建立通信连接；在相邻传感器单元之间建立通信后，按照以下进行交互控制：当一个传感器单元的微控制器控制自身所连接的信号选择模块发出正弦的激励信号到空芯线圈(305)/铁芯线圈(301)产生正弦信号，另一传感器单元的铁芯线圈(301)接收到正弦信号进而经自身所连接的信号选择模块发送到信号处理模块，信号处理模块识别正弦信号获得互感电压并发送到信号处理模块中储存；同时，传感器单元的微控制器控制自身的姿态测量模块测量获得姿态数据后，并保存于微控制器中。7.根据权利要求5所述的一种应用于地下位移三维测量装置的无线通讯方法，其特征在于：所述的地下位移三维测量传感阵列(105)中的各个传感器单元的序号按照从最底部到最靠近地面的顺序依次从1到N进行自然数设置，其中仅位于最底部的1号传感器单元内预先设定有被唤醒后的固定待机时间；
所述的地下位移三维测量传感阵列(105)中的各个传感器单元第一次上电后均配置为与自身上方相邻的传感器单元进行无线通讯，然后每次进行地下位移三维测量按照以下方式进行；第一阶段流程：初始情况下，每个传感器单元都处于待机状态，地面管理终端(104)发出的工作指令给N号传感器单元，使N号传感器单元被唤醒，然后按照以下方式从上至下不断在相邻两个传感器单元之间通信处理而依次唤醒过各个传感器单元，使得唤醒过后每个传感器单元都配置为自身下方相邻的传感器单元的从机：i+1号传感器单元配置为i号传感器单元的主机，发送唤醒指令到i号传感器单元来唤醒i号传感器单元进行工作，i号传感器单元接收到唤醒指令后被唤醒并返回苏醒指令到i+1号传感器单元，使得i+1号传感器单元与i号传感器单元无线连接成功，i+1号传感器单元在接收到苏醒指令后配置为i号传感器单元的从机并进入待机状态；直到1号传感器单元被唤醒过后进入待机状态；第二阶段流程：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青，郑国垄，申屠南瑛，童仁园，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：