公路路基状况远程检测系统

1.一种公路路基状况远程检测系统，其特征是：包括太阳能供电系统(1)、Zigbee控制器(2)、电源控制电路(3)、传感器(4)、GPRS模块(5)及上位机(6)，其中太阳能供电系统(1)、Zigbee控制器(2)、电源控制电路(3)、传感器(4)和GPRS模块(5)分别安装在路基护坡锚杆上；
所述太阳能供电系统(1)一端通过稳压芯片与Zigbee控制器(2)连接，另一端通过电源控制电路(3)分别与传感器(4)、GPRS模块(5)连接；
所述电源控制电路(3)通过I/O接口与Zigbee控制器(2)连接；
所述传感器(4)通过A/D转换通道与Zigbee控制器(2)连接，且传感器(4)包括压力传感器和位移传感器；
所述GPRS模块(5)一端通过串口与Zigbee控制器(2)连接，GPRS模块(5)另一端与上位机(6)通信连接；
所述上位机(6)上设置有Labview用户交互界面(7)；
所述Zigbee控制器(2)采用CC2530芯片；
所述GPRS模块(5)采用SIM300；
所述上位机(6)包括数据采集模块、数据显示模块、数据存储模块、数据查询模块及报警提示模块。

公路路基状况远程检测系统\n技术领域\n[0001] 本发明属于自动化检测技术领域，特别是涉及到一种公路路基状况远程检测系统。\n背景技术\n[0002] 在我国经济发展与国防建设中，公路具有重要作用，对经济发展和国防安全有着重大意义。在交通荷载等作用下，边坡发生变形乃至滑坡和塌方等事故严重影响道路的质量和使用，对人员安全和经济发展造成巨大影响。因此及时的了解公路边坡状况，并采取合理有效的控制方法成为维护道路安全的重要问题。路基指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物，是公路的基础，路基是用土或石料修筑而成的线形结构物，路基经常受到地质、水、降雨、气候、地震等自然条件变化的侵袭和破坏，抵抗能力差。因此对于路基的定期检测维护就显得尤为重要，但现有的路基检测方式较为传统，目前很多地方仍然是人工检测，需要大量的设备进行配合使用，检测的周期长，时效性较差，维护费用比较高。\n[0003] 因此，现有技术当中亟需要一种新的技术方案来解决这一问题。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中公路路基检测周期长，时效性差等问题，提供一种公路路基状况远程检测系统，通过使用太阳能供电系统、Zigbee控制器、电源控制电路、传感器以及GPRS模块构成的检测节点,完成对路基情况的检测并上传到远程上位机，能够实现远程实时监测路基的状态。\n[0005] 为实现上述发明目的，本发明提供一种公路路基状况远程检测系统，其特征是：包括太阳能供电系统、Zigbee控制器、电源控制电路、传感器、GPRS模块及上位机，其中太阳能供电系统、Zigbee控制器、电源控制电路、传感器和GPRS模块分别安装在路基护坡锚杆上；\n[0006] 所述太阳能供电系统一端通过稳压芯片与Zigbee控制器连接，另一端通过电源控制电路分别与传感器、GPRS模块连接；\n[0007] 所述电源控制电路通过I/O接口与Zigbee控制器连接；\n[0008] 所述传感器通过A/D转换通道与Zigbee控制器连接，且传感器包括压力传感器和位移传感器；\n[0009] 所述GPRS模块一端通过串口与Zigbee控制器连接，GPRS模块另一端与上位机通信连接；\n[0010] 所述上位机上设置有Labview用户交互界面。\n[0011] 更近一步，所述Zigbee控制器采用CC2530芯片。\n[0012] 更近一步，所述GPRS模块采用SIM300。\n[0013] 更近一步，所述上位机包括数据采集模块、数据显示模块、数据存储模块、数据查询模块及报警提示模块。\n[0014] 通过上述设计本发明能带来以下有益效果：提供一种公路路基状况远程检测系统，其中太阳能供电系统、Zigbee控制器、电源控制电路、传感器及GPRS模块作为检测节点安装在路基护坡锚杆上，Zigbee控制器通过连接到A/D转换通道的传感器信号输出引脚获取传感器的采集值，包括各个位移传感器的位移量以及压力传感器的压力值，并将这些数据整合后通过串口使用指令控制GPRS模块向远程上位机发起TCP连接，建立连接后，将数据发送到上位机，上位机接收到GPRS模块上传的数据后，并根据预先设定的报警阈值逐项检查数据是否达到报警要求，达到报警要求的数据将其写入到数据库中报警记录表里，在路基出现异常时，及时提醒工作人员，对危险路段进行控制，充分保证了人员和运输安全，具有很大的实际意义，有广阔的发展前景和巨大的经济价值。\n[0015] 本发明具有的如下优点：1、具有较低的功耗，休眠时间电流可以达到uA级别。2、Zigbee控制器通过电源控制电路控制传感器以及GPRS模块的电源通断，达到降低能耗的目的，可长时间无人值守运行。3、能远程监测路基的状态，并上传到上位机中。4、具有自动报警功能，能查看所有检测节点的历史记录以及报警记录。\n附图说明\n[0016] 下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明：\n[0017] 图1为本发明公路路基状况远程检测系统的结构框图。\n[0018] 图2为本发明公路路基状况远程检测系统中检测节点结构框图。\n[0019] 图3为本发明公路路基状况远程检测系统三个检测节点与上位机通信连接原理示意图。\n[0020] 图中：1-太阳能供电系统、2-Zigbee控制器、3-电源控制电路、4-传感器、5-GPRS模块、6-上位机、7-Labview用户交互界面。\n具体实施方式\n[0021] 参照图1、图2及图3非限制性的提供了本发明的一个实施例，下面结合实施例对本发明做进一步的描述。\n[0022] 本发明提出了一种公路路基状况远程检测系统，该系统包括太阳能供电系统1、Zigbee控制器2、电源控制电路3、传感器4、GPRS模块5及上位机6，其中太阳能供电系统1、Zigbee控制器2、电源控制电路3、传感器4及GPRS模块5构成检测节点，并分散安装在各公路段护坡锚杆上。\n[0023] 该公路路基状况远程检测系统的连接方式为：太阳能供电系统1一端通过稳压芯片与Zigbee控制器2连接，另一端与电源控制电路3连接，其分别向Zigbee控制器2、电源控制电路3供电，并且太阳能供电系统1通过电源控制电路3向传感器4以及GPRS模块5供电。\nZigbee控制器2分别连接电源控制电路3、传感器4以及GPRS模块5。Zigbee控制器2通过一个I/O接口与电源控制电路3连接，通过A/D转换通道连接传感器4，通过串口连接GPRS模块5。\nGPRS模块5通过TCP/IP协议经过INTERNET网络连接到上位机6。\n[0024] 太阳能供电系统1向整个系统供电，作为长时间运行的电源。\n[0025] Zigbee控制器2采用CC2530芯片，它是一个高性价比的片上系统，具有8路A/D转换通道和20个可用的I/O接口,能进行uA级别的休眠，Zigbee控制器2通过电源控制电路3控制传感器4以及GPRS模块5的电源通断，达到降低能耗的目的，同时Zigbee控制器2含有睡眠定时器，每隔一段时间便启动系统，具体间隔时间取决于应用情况，Zigbee控制器2接通传感器4和GPRS模块5，通过连接到A/D转换通道的传感器信号输出引脚获取传感器4的采集值，包括各个位移传感器的位移量以及压力传感器的压力值，并将这些数据整合后通过串口使用AT指令控制GPRS模块5向远程上位机6发起TCP协议连接，建立连接后，将数据发送到上位机6，以上工作完成后中断与上位机6的连接，最后通过电源控制电路3切断传感器4以及GPRS模块5的电源，Zigbee控制器2自身转入到休眠中，等待下一次的数据采集时间到来。\n[0026] 传感器4采用压力传感器与位移传感器两种，均为工业上常用的模拟量信号输出。\n[0027] GPRS模块5使用SIM300，该模块具备GSM/GPRS 850/950/1800/1900/MHz功能，SIM300C以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。多数的流量卡都可以支持，采用标准的AT指令集，通过串口控制GPRS模块5的工作，包括使用TCP协议连接上位机6并发送数据等。\n[0028] 远程上位机6包括数据采集模块、数据显示模块、数据存储模块、数据查询模块及报警提示模块，上位机6系统主要是由数据库、后台处理程序以及Labview组成。数据库使用的免费的商用数据库MySql。Labview是一种图形化的编程语言，具有开发速度快、功能强大、图形化的优点。其内部包含了大量功能强大的函数库，对于数据采集、串口通信、数据存储的开发非常简便强大。\n[0029] 上位机6接收到GPRS模块5上传的数据后，需要将数据拆分还原为各个传感器4的数据，并根据预先设定的报警阈值逐项检查数据是否达到报警要求，达到报警要求的数据将其写入到数据库中报警记录表里，未达到的数据写入到数据记录中。上位机6中运行的Labview负责界面呈现，可以从Labview用户交互界面7上看到所有的检测节点，并能呈现所有检测节点的历史记录、设定各个传感器4的报警阈值以及查看报警记录。\n[0030] 如图1及图3所示，本实施例所示的公路路基状况远程检测系统可以分为两个部分，分别为：上位机6服务器以及检测节点。检测节点是安放在路基上的部分，多个检测节点通过TCP协议连接一个上位机6服务器上，构成一个星型的网络结构。上位机6通过监听特定的TCP网络端口等待检测节点的接入，并使用单独的线程接收检测节点上传的数据。\n[0031] 单个节点上，如图2所示,太阳能供电系统1、Zigbee控制器2、电源控制电路3、传感器4、GPRS模块5。太阳能供电系统1提供12V的稳压电源，为整个系统供电。Zigbee控制器2负责对其他用电部分的电源控制，同时也是检测节点的核心处理模块，完成压力以及位移的数据采集，控制数据的上传功能。电源控制电路3使用三极管作为电源开关，通过Zigbee控制器的I/O控制，输出11.3V电源给传感器4供电。传感器4分为位移传感器以及压力传感器两种，其中位移传感器根据安置的方向的不同分为横向位移传感器以及纵向位移传感器。\nGPRS模块5使用SIM系列模块，支持AT指令，通过串口进行控制。\n[0032] 系统开始工作的时候，电源控制电路3默认关闭电源输出，Zigbee控制器2的电源不受电源控制电路3控制，上电既开始定时，定时一段时间后被定时器唤醒，之后控制电源控制电路3打开电源输出，为传感器4以及GPRS模块5供电，之后分别获取横向位移传感器以及纵向位移传感器的模拟量输出值、压力传感器的输出值。采集到传感器4数据后，凑到一起组成一个数据包，分别使用AT指令的AT+CGDCONT、AT+CGATT、AT+CIPSTART、AT+CIPSEND完成数据的发送，发送完成后使用0x1A、AT+CIPCLOSE、AT+CIPSHUT关闭与上位机6的连接。最后Zigbee控制器2控制电源控制电路3关闭电源输出，切断对传感器4以及GPRS模块5的电源输出并进入休眠状态，等待下一次的唤醒。\n[0033] 本发明公路路基状况远程检测系统的推广将极大提高公路运输安全、同时也进一步推动了自动化监测在工程应用方面的发展。在路基出现异常时，及时提醒工作人员，对危险路段进行控制，充分保证了人员和运输安全，具有很大的实际意义，有广阔的发展前景和巨大的经济价值。\n[0034] 除上述实施例外，本发明还可以由其他实施方式，凡采用等同替换或者等效变换形成的技术方案，均落在本发明权利要求的保护范围内。