专利名称：：可自由组网的无线爆破振动监测装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及岩土工程监测仪器
技术领域：
，更具体涉及一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，用于监测多种爆破振动工程现场。
背景技术：
：随着我国经济建设的高速发展，越来越多的爆破工程和爆破实验需要在城市、矿山、路桥、水电地震台站及其它有重要工程建筑的地方进行。由于爆破振动产生的冲击波、粉尘、噪音等会对周围建筑物、土层地貌、居民区等产生�：Γ虼苏庑┑胤降谋普穸嗖夤ぷ飨缘糜任匾�。通常需要在爆破现场周围同时布设多个传感器进行爆破振动监测，监测的数据再传输至离现场较远的相对安全的地方进行分析处理。布设在爆破现场周围的振动传感器连同信号采集和简单处理电路称为采集子节点，在较远处对监测的数据进行分析处理的电路或仪器称为采集中心节点。通常一次爆破监测需要布设若干个采集子节点和一个采集中心节点。操作人员在采集中心节点观察监测分析结果，同时远程对采集子节点进行控制。传统的爆破振动监测装置的采集子节点网络建构大多应用有线技术，需要在采集子节点与采集中心节点之间布设电缆线。如加拿大hstantel有限公司生产的MinimatePro4型振动监测仪、成都中科动态仪器有限公司生产的USB3850型爆破振动记录仪、北京波谱世纪科技发展有限公司生产的WS-BM型专业爆破振动记录仪等。上述各有线振动监测装置的采集子节点网络存在很大局限性首先，布线材料和人工花费较高，尤其在山区、野外等环境恶劣的地区，往往为完成一次几秒钟的爆破监测，要花费一天时间进行布线；其次，爆破振动监测工作具有随时移动性，导致现场监测需要频繁布线，工作效率较低；此外，在某些特殊监测点，如大山背后，根本无法进行布线，造成监测工作不全面不完整。现有技术中，爆破振动监测装置的采集子节点网络构建也有采用无线方式的，主要有两种方式移动通信网络和普通无线发射�？�。前者的采集子节点与采集中心节点采用移动通信网络(如GSM、CDMA、电信等)进行通信。这种方式不仅需要支付一笔通信费用，而且在山区、野外等环境恶劣的地区，由于移动通信网络不稳定，甚至存在网络覆盖盲区，无法满足现场监测需要。后者采用数传电台用的普通无线发射�？榻型ㄐ牛缢拇ㄍ仄詹饪乜萍加邢薰旧腢B0X5016型爆破振动智能监测仪，装置采用WLS9600无线传输模块，为一点对多点的无线数据传输模式、分布式数据采集模式，可实现远距离多点测振。这种方式存在网络覆盖面积小的问题，有效距离通常只有几十、几百米，往往也无法满足现场需要。即使采用发射功率较大的发射�？槟芄惶岣咄绺哺敲婊缟鲜鯞0X5016型爆破振动智能监测仪，理论可达到1000米内无障碍无线控制，但同时引入成本过高、耗电量过大的问题。以上两种无线组网方式的采集子节点与采集中心节点均是点对点直接进行通信的。当采集子节点与采集中心节点连接不上时，采集中心节点便停止对采集子节点的控制，采集子节点此时往往便暂停工作，不再进行数据采集，直至传输网络重新联通。这样便造成数据漏采，影响了监测结果。综上所述，现有技术的爆破振动监测装置普遍存在布线不便、移动不便、成本高、安全性差、操作麻烦、节点间传输距离受限、信号不好、不能离线记录等问题。
发明内容本实用新型的目的是在于提供了一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，任何一个采集节点既可作为采集子节点使用也可作为采集中心节点使用，可根据现场情况灵活布置。任何一个采集节点连接PC机便作为采集中心节点，可进行采集控制、数据分析和显示等功能；未连接PC机的采集节点便作为采集子节点，一方面连接振动传感器进行数据采集，另一方面作为路由中继将别的采集子节点发送的数据转发给采集中心节点，该装置安装方便、组网方便、布线成本低、效率高、信号稳定，并可离线记录、大量存储数据，解决了前文所述现有技术的爆破振动监测装置存在的诸多问题。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一套基于Zigbee无线通信技术的可自由组网的爆破振动监测装置，装置由(Γ64个采集子节点和一个采集中心节点组成，各节点均含有Zigbee无线通信�？�。采集子节点与采集中心节点的核心硬件电路相同，各节点的控制软件也可以通用，在此统称为采集节点。控制软件可根据下文所述的一种可自由组网的无线爆破振动监测装置其中一个采集节点执行的控制方法编写，如申请人自主开发的振动监测装置软件SR-Vib(已申请软件著作权登记，登记号2010SR043668)。该采集节点与专用振动传感器相连组成采集子节点，采集节点与PC机(或其它显示、输入设备)相连组成采集中心节点。采集子节点具有路由功能，当某个采集子节点与采集中心节点的距离超出有效通信范围时，或者有房屋和树木之类的物体遮挡，或是有电磁波干扰等情况时，该采集节点会自动搜寻到各自邻近的采集子节点，自动逐级通过其他采集子节点的路由中继与采集中心节点通信，实现整个网络的自组织和自恢复。组网方式除Zigbee技术外，也可采用433MHzRFID无线通信技术、WIFI、UWB等其他方式，其原理基本相同，只是将各节点中使用的Zigbee无线通信�？楦晃嘤Φ奈尴咄ㄐ拍？�。在采集子节点直接或间接都连接不上采集中心节点的情况下，采集子节点将不受采集中心节点控制，而自动切换至异地脱机工作模式。无线爆破振动监测装置初始化时，采集子节点与采集中心节点的时钟设置为同步。在异地脱机工作模式下，采集子节点将以预先设定的采样参数进行采样，采集的数据存储于采集子节点本机中，具有独立采集、独立存储功能。一次爆破振动监测数据采集工作完成后，可找到脱机工作的采集子节点，通过有线或者无线方式将存储在采集子节点本机中的数据读出，综合其他采集子节点采集的数据进行分析。由于采集子节点与采集中心节点的时钟是同步的，根据采集中心节点记录的爆破时刻便可找到采集子节点在相应时刻采集到数据。一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，它由振动传感器接口、多路模拟开关、第一放大器、衰减器、第一低通滤波器、A/D转换器、CPLD控制逻辑、MCU、FLASH存储器、USB接口、无线传输模块、双端随机存取存储器、电可擦除只读存储器组成，其特征在于CPLD控制逻辑包括触发采样控制单元、触发时间记录单元和分频控制电路，振动传感器接口分别与多路模拟开关的多个输入端相连，多路模拟开关对应的输出端与并排的衰减器、第一放大器、第二放大器相连，衰减器、第一放大器、第二放大器分别与第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器相连，第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器的输出端与A/D转换器的输入端相连，A/D转换器的输出端与CPLD控制逻辑相连，CPLD控制逻辑分别与晶振、DPRAM、EEPROM相连，MCU与CPLD控制逻辑相连，MCU分别与FLASH存储器、USB接口、RS232接口、显示、键盘相连，无线传输�？橥ü齊S232接口与MCU相连。所述的振动传感器接口连接振动传感器，振动传感器粘贴或铆固安装在待测振动物上，通过电缆线连接至振动传感器接口。所述的多路模拟开关进入三路信号预处理通道进行放大、滤波处理，其中第一路通道由0.5倍衰减器和低通滤波器依次连接，第二路通道由8倍放大器和低通滤波器依次连接组成，第三路通道由1倍放大器和低通滤波器依次连接，三路通道输出端同时与多通道A/D转换器连接。所述的双端随机存取存储器、电可擦除只读存储器、FLASH存储器与MCU相连，触发时间记录单元在内部与触发采样控制单元相连，触发时间记录单元的外部与EEPROM相连。所述的触发控制单元在内部与触发时间记录单元相连，触发控制单元的外部与A/D转换器、双端随机存取存储器、晶振、MCU、FLASH存储器相连。所述的USB接口与PC机相连，RS232接口连接无线传输模块，采集节点通过USB接口与PC机相连。当采集节点作为采集子节点使用时，振动传感器接口用于连接振动传感器，将振动传感器输出的电信号引入电路。振动传感器通常粘贴或铆固安装在待测振动物上，通过电缆线连接至振动传感器接口。采集节点可同时连接多个振动传感器，通过多路模拟开关选择其中一路信号进入后续电路。多路模拟开关由CPLD控制逻辑进行通道切换控制。此外，同一个采集节点可采用时分复用的方式轮流控制多个振动传感器进行爆破振动数据采集。振动传感器输出的信号通常为模拟电信号，进入采集节点后需要经过常规的信号处理，经A/D转换器转换为数字信号后，才能缓存至DPRAM或存储至FLASH，以及通过USB接口、RS232接口和无线传输�？榇统鋈�。常规的信号处理包括放大、滤波等，为了方便后续A/D采样转换及数据处理工作，以及更清楚地显示信号波形，针对不同的信号应采用不同增益(即放大倍数)的放大器。本实用新型采用CPLD控制逻辑控制三路不同增益的信号预处理通道，通过与阈值进行比较自动设置增益档。其中第一路通道由衰减器(如0.5倍)和第一个低通滤波器连接组成，第二路通道由低倍(如8倍)放大器和第二个低通滤波器连接组成，第三路通道由高倍(如1倍)放大器和第三个低通滤波器连接组成。三路不同增益的信号预处理通道输出端同时与多通道A/D转换器连接，A/D转换器对经这三路通道放大、滤波处理过的信号同时进行A/D采样转换。CPLD控制逻辑将A/D转换后的三路信号与设定阈值进行比较，从而选择让阈值范围内的相应通道传输的信号进入后续电路，以保证任何信号的波形都能清楚地显示出来。CPLD控制逻辑不仅控制A/D转换器的通道选择，还控制多路模拟开关的通道选择，同时还控制DPRAM、EEPROM、FLASH、并与MCU相连，传递MCU的控制信号。CPLD控制逻辑内部集成了触发时间记录单元及分配控制电路。触发时间记录单元用于记录采集控制命令发出的时间，分频控制电路用于提供不同的采样频率。[0020]MCU为整个采集节点的核心控制单元，其中CPLD控制逻辑、USB接口、RS232接口、无线传输�？榫蒑CU控制。USB接口用于与PC机相连，RS232接口用于连接无线传输�？椋尴叽淠？橛糜谑辗⒖刂泼詈筒杉荨Ｒ环矫妫辈杉诘阕魑杉行慕诘愎ぷ魇保尴叽淠？橛糜诮邮斩喔霾杉咏诘悴杉氖菀约敖醋訮C机的控制命令、采样参数等信息发送给各个采集子节点。采集节点通过USB接口与PC机相连，将无线传输�？榻邮盏降牟杉荽渲罰C机，由PC机做后续爆破数据分析工作。另一方面，当采集节点作为采集子节点工作时，无线传输�？橛糜诮邮詹杉行慕诘惴⒊龅目刂泼�、采样参数等，以及将前端电路采集的数据发送给采集中心节点。本实用新型与与现有有线组网及移动通信网络或普通无线发射�？槲尴咦橥际跸啾龋哂幸韵掠诺愫托Ч谝唬榛罘奖阒恍杞杉咏诘惴胖糜诩嗖獾悖沧昂谜穸衅骷纯桑馊シ痹拥牟枷吖�。第二，功耗小在待机模式下，1个采集子节点可工作十几天，足以满足测量需求，相比较，移动通信网络或普通无线发射模块仅能工作数小时。第三，费用低采用的Zigbee网络节点模块、433MHzRFID无线通信�？榈募鄹褚认钟屑际跤邢咦橥绞降牡缋孪呋ǚ鸭跋钟屑际醯囊贫ㄐ呕竞椭斩四？榧鄹竦偷枚啵诓杉咏诘闶拷隙嗷蚓嗬氩杉行慕诘憬显兜那榭鱿赂侨绱�。而且无需长期支付网络使用费，免协议专利费。第四，可靠性高采用集成度高、.分离元器件少的无线通讯�？椋襔igbee协议采用多种措施提高安全性。第五，异地脱机工作模式下独立采集、独立存储，在节点无法加入网络的时候，可保证爆破数据采集正常进行。第六，采集节点具有通用性和灵活性，根据实际应用的需要，随时可将某个采集节点与PC机连接作为采集中心节点使用，或将某个采集节点与传感器连接作为采集子节点使用。通过Zigbee技术进行无线组网，比现有技术的爆破振动监测更为方便有效，提高了监测效率，保证了人员安全。相比典型的某国内测振仪(有线组网，采样率1K-50KHZ，三通道并行采集，误差0.5%，存储空间128M)，本实用新型不仅省去了现场布线的巨大工作量，而且将采样率提高到200KHZ，使监测更高频率的振动信号成为可能，并将存储容量扩大到其16倍以上，延长了监测时间。本实用新型不仅适用于爆破振动监控，还可应用于油田、电力、矿山、物流等领域。只需根据现场需要选用合适的传感器及布设采集子节点，便可对工程现场进行实时无线监测。图1为根据本实用新型的其中一个实施例的一种可自由组网的无线爆破振动监测装置的组网示意框图。其中102-采集中心节点；104A、104B、104C、104D、104E、104F为采集子节点；106-爆破点。图2为根据本实用新型的其中一个实施例的一种可自由组网的无线爆破振动监测装置的采集中心节点的硬件结构示意框图。其中202-振动传感器接口；204-多路模拟开关(MAX4518ESD)；208A-放大器(PGA204)；208B-放大器(0PA4560U)；206-衰减器(0PA4650)；210AC-低通滤波器(MAX^l)；212-A/D转换器(ADS8365)；214-CPLD控制逻辑(EPM1270)；224-MCU(CY68013A)；226-FLASH存储器(K9K4G)；228-USB接口(CY7C68013)；230-RS232接口(ST3232ECTR)；232-无线传输�？�(XBEE)；236-显示(LED彩灯)；234-键盘；220-DPRAM(IDT7027L)；238-EEPR0M(24LC64)；222-晶振(有源20MHz)。图3为根据本实用新型的其中一个实施例的其中一个采集节点发送的通讯数据帧格式示意图。具体实施方式以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述以下将对本实用新型的实施例给出详细的说明。虽然本实用新型将结合实施例进行阐述，但应理解这并非意指将本实用新型限定于这些实施例。相反，在本实用新型各种范围内所定义的可选项，可修改项和等同项。结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细的说明，以使本实用新型的特性和优点更为明显。本文描述的实施例将结合通常概念上计算机可执行的指令进行描述。计算机可执行的指令指可被一台或多台计算机或其它类似设备执行的计算机可用的媒介，如程序�？�。通常来说，程序�？榘ㄖ葱刑囟ㄈ挝�、或对特定抽象数据类型进行操作的例行程序、对象、组件，数据结构等等。程序�？榈墓δ芸筛莶煌凳├男枨蠼凶楹匣虿鸱�。通过具体实例，但非限制，计算机可用的媒介可包括计算机存储媒介及通信媒介。计算机存储媒介包括易失性的及非易失性的、可移除的及不可移除的，可实施于任何方法或技术的媒介，用于存储信息，如计算机可读指令、数据结构、程序�？榧捌渌�。计算机存储媒介包括，但不仅限于，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPR0M)、闪存存储器及其它存储器技术、只读压缩光盘(⑶-ROM)、数字多用途光盘(DVD)及其它光学存储技术、盒式磁带、磁性碟片存储器及其它磁性存储器，及其它可用来存储信息的媒介。通信媒介可为一调制数据信号中的计算机可读的指令、数据结构、程序�？榧捌渌荩髦剖菪藕虐ㄈ魏涡畔⒋菝浇椋缭夭ɑ蚱渌浠�。术语“调制数据信号”表示为了将信息加载在某个信号上，将此信号的某种或多种特性进行了设置或改变。例如，但不仅限于，通信媒介可包括有线媒介及无线媒介。有线媒介如有线网络、直线连接。无线媒介如声波、射频(RF)、红外及其它。上述任意组合同样也应包含在计算机可读媒介的范围内。Theinventionmaybedescribedinthegeneralcontextofcomputer-executableinstructions,suchasprogrammodules,beingexecutedbyacomputer.Generally,programmodulesincluderoutines,programs,objects,components,datastructures,etc.thatperformparticulartasksorimplementparticularabstractdatatypes.此外，在以下对本实用新型的详细描述中，为了提供一个针对本实用新型的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本实用新型同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型之主旨。请参阅图1，其中显示根据本实用新型的实施例的可自由组网的无线爆破振动监测装置100的组网示意框图。如图1所示，该无线爆破振动监测装置包括爆破点106周围布设的第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F和离爆破点106较远的采集中心节点102，第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F与采集中心节点102通过无线通信网络互连，其中第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F与采集中心节点102直接联通，第四采集子节点104D和第五采集子节点104E分别通过第一采集子节点104A及第二采集子节点104B中继与采集中心节点102联通。以下将详细说明图示各装置、单元以及�？榈墓δ�、工作方式和连接关系。根据本实用新型的其中一个实施例，可自由组网的无线爆破振动监测装置100是基于Zigbee无线通信技术组建的。采集中心节点102和第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F各自均含一个标准Zigbee无线通信�？椋缈刹捎玫唤鱿抻诿拦鶧igi公司公司生产的Zigbee�？�)(bee。采集中心节点102和第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F均为Zigbee网络的其中一个节点，在网络范围内以标准Zigbee协议方式进行交互ififn。本领域普通技术人员可以理解，两个相邻的Zigbee网络节点间的标准通信距离为10100m，增加节点的射频发射功率后通信距离可增加至广3km。另外，Zigbee网络节点本身具有自动动态组网和自动路由功能，整个网络可以自动完成merch网，每个Zigbee网络节点均可自动中转别的节点传过来的数据资料，以中继接力的方式传输更远的距离。可知，当某条Zigbee网络中断时，可自动搜寻其他节点中继通信，具有自组织和自恢复功能。如图1所示，由于采集中心节点102及第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F采用的是完全相同的Zigbee无线通信模块，任意两节点之间的有效通信范围是相同的。例如采集中心节点102有一有效通信范围116，第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C落在其有效通信范围116内，则可直接与其通信。而第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F不在采集中心节点102的有效通信范围116内，则不能直接与采集中心节点102进行通信。虽然如此，第四采集子节点104D是在第二采集子节点104B的有效通信范围内的，第五采集子节点104E是在第一采集子节点104A的有效通信范围内的。当第四采集子节点104D和第五采集子节点104E搜寻不到采集中心节点102时，它们会自动搜寻到各自邻近的第二采集子节点104B及第一采集子节点104A，通过第二采集子节点104B及第一采集子节点104A的路由中继与采集中心节点102通信。依此类推，任何一个采集子节点⑶卩第六采集子节点104F)通过与之相邻的多个采集子节点逐步中继，均可间接与采集中心节点102进行通信，采集子节点之间自动路由、自动动态组网。回到图1，第六采集子节点104F离采集中心节点102较远，理论上是可以通过第五采集子节点104E与第一采集子节点104A两次中继与采集中心节点102进行通信的。实际上，当第五采集子节点104F与第六采集子节点104E之间有房屋和树木之类的物体遮挡，或是有电磁波干扰等情况时，Zigbee网络信号的有效通信范围便比理论值要小。在这种情况下，第六采集子节点104F便不能与采集中心节点102进行通信，也就是说，第六采集子节点104F不能在采集中心节点102的控制下进行数据采集工作，也不能将采集的数据实时传输至采集中心节点102。在本实施例中，在第六采集子节点104F直接或间接都连接不上采集中心节点102的情况下，第六采集子节点104F将不受采集中心节点102控制，而自动切换至异地脱机工作模式。无线爆破振动监测装置100初始化时，第六采集子节点104F与采集中心节点102的时钟设置为同步。在异地脱机工作模式下，第六采集子节点104F将以预先设定的采样参数进行采样，采集的数据存储于第六采集子节点104F本机中，具有独立采集、独立存储功能。一次爆破振动监测数据采集工作完成后，可找到脱机工作的第六采集子节点104F，通过有线或者无线方式将存储在第六采集子节点104F本机中的数据读出，综合其他采集子节点采集的数据进行分析。由于采集子节点104F与采集中心节点102的时钟是同步的，根据采集中心节点102记录的爆破时刻便可找到第六采集子节点104F在相应时刻采集到数据。无线爆破振动监测装置100详细的异地脱机工作方法将在下文图3的描述中具体说明。根据本实用新型的其它实施例，可自由组网的无线爆破振动监测装置100可基于其它无线通信技术组建而不仅限于Zigbee技术，如WIFI、RFID、UWB等。例如，根据本实用新型的另一个实施例，采集中心节点102和第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F均采用但不仅限于上海兆富通信技术有限公司生产的433MHzRFID无线通信�？�。采集中心节点102与第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F之间的通信协议是用户自定义的。在本实施例中，申请人自主开发与上述实施例Zigbee技术类似功能的通信协议，通信数据帧格式下如图4所示，详细的工作方法将在下文图3的描述中具体说明。本实用新型的组网特征是各采集子节点除采集传输功能外还具有路由中继功能，并可异地脱机工作。根据本实用新型的其中一个实施例，第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F与采集中心节点102的核心硬件电路是完全相同的(图2将详细描述其中一个实施例的核心硬件电路)。在爆破现场组建装置(图1所示)时，第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F与振动传感器(例如下文所述PS-4.5系列速度传感器)相连，采集中心节点102与PC机输入设备相连。根据需要，可将任何一个第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F改成采集中心节点使用，也可将采集中心节点102改成采集子节点使用。第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F与采集中心节点102的软件也是通用的，其执行工作方法将在下文图3的描述中具体说明。与现有有线组网及移动通信网络或普通无线发射�？槲尴咦橥际跸啾龋臼涤眯滦途哂幸韵掠攀频谝唬榛罘奖阒恍杞谝徊杉咏诘�104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F放置于监测点，并安装好振动传感器即可，免去繁杂的布线过程。第二，功耗小在待机模式下，1个采集子节点可工作十几天，足以满足测量需求，相比较，移动通信网络或普通无线发射模块仅能工作数小时。第三，费用低第一个实施例采用的Zigbee网络节点�？�、第二个实施例采用的433MHzRFID无线通信�？榈募鄹褚认钟屑际跤邢咦橥绞降牡缋孪呋ǚ鸭跋钟屑际醯囊贫ㄐ呕竞椭斩四？榧鄹竦偷枚啵诓杉咏诘闶拷隙嗷蚓嗬氩杉行慕诘憬显兜那榭鱿赂侨绱�。而且ZigBee使用2.4GHzISM频段，无需长期支付网络使用费，免协议专利费。第四，可靠性高两个实施例均采用集成度高、分离元器件少的无线通讯�？椋业谝桓鍪凳├腪igbee技术采用多种措施(如提供数据完整性检查和鉴权功能，使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据，采用通用的AES-U8加密算法等)提高安全性。第五，异地脱机工作模式下独立采集、独立存储，在节点无法加入网络的时候，可保证爆破数据采集正常进行。本实用新型不仅适用于爆破振动监控，还可应用于油田、电力、矿山、物流等领域。只需根据现场需要选用合适的传感器及布设采集子节点，便可对工程现场进行实时无线监测。请参阅图2，其中显示根据本实用新型的一个实施例的图1所示可自由组网的无线爆破振动监测装置100中的采集中心节点102及第一采集子节点104A、第二采集子节点104B、第三采集子节点104C、第四采集子节点104D、第五采集子节点104E、第六采集子节点104F的硬件结构示意框图。在本实施例中，采集中心节点102与的硬件结构基本相同，下文统称为采集节点200。如图2所示，一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，它由振动传感器接口202、多路模拟开关204、第一放大器208A、第二放大器208B、衰减器206、第一低通滤波器210A、第二低通滤波器210B、第三低通滤波器210C、A/D转换器212、CPLD控制逻辑214、MCU224、FLASH存储器2、USB接口228、无线传输模块232、双端随机存取存储器220、电可擦除只读存储器238组成，其特征在于CPLD控制逻辑214包括触发采样控制单元217、触发时间记录单元21和分频控制电路218，振动传感器接口202分别与多路模拟开关204的多个输入端相连，多路模拟开关204对应的输出端与并排的衰减器206、第一放大器208A、第二放大器208B相连，衰减器206、第一放大器208A、第二放大器208B分别与第一低通滤波器210A、第二低通滤波器210B、第三低通滤波器210C相连，第一低通滤波器210A、第二低通滤波器210B、第三低通滤波器210C的输出端与A/D转换器212的输入端相连，A/D转换器212的输出端与CPLD控制逻辑214相连，CPLD控制逻辑214分别与晶振222、DPRAM220、EEPROM238相连，MCU224也与CPLD控制逻辑214相连，MCU224分别与FLASH存储器226、USB接口228、RS232接口230、显示236、键盘2；34相连，无线传输�？�232通过RS232接口230与MCU224相连。所述的振动传感器接口202连接振动传感器，振动传感器粘贴或铆固安装在待测振动物上，通过电缆线连接至振动传感器接口202。所述的多路模拟开关204进入三路信号预处理通道进行放大、滤波处理，其中第一路通道由0.5倍衰减器206和第一低通滤波器210A依次连接，第二路通道由8倍第一放大器208A和第二低通滤波器210B依次连接组成，第三路通道由1倍第二放大器208B和第三低通滤波器210C依次连接，三路通道输出端同时与多通道A/D转换器212连接。[0049]所述的双端随机存取存储器220、电可擦除只读存储器238、FLASH存储器2与MCU2M相连，触发时间记录单元216在内部与触发采样控制单元217相连，触发时间记录单元216的外部与EEPR0M238相连。所述的触发控制单元217在内部与触发时间记录单元216相连，触发控制单元217的外部与A/D转换器212、双端随机存取存储器220、晶振222、MCU2M、FLASH存储器2相连。所述的USB接口2与PC机相连，RS232接口230连接无线传输�？�232，采集节点200通过USB接口2与PC机相连。根据本实用新型的不同实施例，可采用不同厂家生产的、不同型号的器件。例如，根据实用新型的其中一个实施例，多路模拟开关204为MAX4518ESD、放大器208A为PGA204、放大器208B为0PA4560U、衰减器206为运算放大器0PA4560构成的衰减电路、低通滤波器210AC为MAX^l、A/D转换器212为AnalogDevice公司生产的A/D芯片ADS8365、CPLD控制逻辑214为复杂可编程逻辑器件(CPLD)EPM1270.MCU224为CY68013A、FLASH存储器226为K9K4G、USB接口2为CY7C68013、RS232接口230为ST3232ECTR、无线传输�？�232为XBEE、显示236为LED彩灯、键盘234、晶振222为精度高于0.Ippm的20MHz有源晶振、DPRAM220为32KB的双端口RAMIDT7027L、EEPROM238为24LC64。当采集节点200作为采集子节点使用时，振动传感器接口202用于连接振动传感器(配件，未图示)，将振动传感器输出的电信号引入电路。振动传感器通常粘贴或铆固安装在待测振动物上，通过电缆线连接至振动传感器接口202。本实施例中，振动传感器为PS-4.5系列加速度/速度传感器，但非仅限于上述型号振动传感器。当然，本领域普通技术人员可以理解，采集节点200也可接其他类型的振动传感器，甚至非振动传感器，只要传感器输出信号的带宽及幅值在后续电路的处理范围内即可。采集节点200可同时连接多个振动传感器，通过多路模拟开关204选择其中一路信号进入后续电路。多路模拟开关204由CPLD控制逻辑214进行通道切换控制。此外，同一个采集节点200可采用时分复用的方式轮流控制多个振动传感器进行爆破振动数据采集。在本实施例中，振动传感器输出的信号为模拟电信号，进入采集节点200后需要经过常规的信号处理，经A/D转换器212转换为数字信号后，才能缓存至DPRAM220或存储至FLASH226，以及通过USB接口228、RS232接口230和无线传输模块232传送出去。本领域普通技术人员可以理解，常规的信号处理包括放大、滤波等。有的振动传感器检测范围较大，其输出的电信号幅值频率变化范围也较大，如输出信号频率范围(T20kHz，输出信号幅值范围lmflOV。为了方便后续A/D采样转换及数据处理工作，以及更清楚地显示信号波形，针对不同的信号应采用不同增益(即放大倍数)的放大器。现有技术通常针对不同幅值频率范围的信号设置多档增益档，进行波形显示时由操作人员手动选择合适的增益档。而在本实施例中，采用CPLD控制逻辑214控制三个不同增益的信号预处理通道，通过与阈值进行比较自动设置增益档。如图2所示，信号经过多路模拟开关204后同时进入三路信号预处理通道进行放大、滤波处理，其中第一路通道由0.5倍衰减器206和低通滤波器210A依次连接组成，第二路通道由8倍放大器208A和低通滤波器210B依次连接组成，第三路通道由1倍放大器208B和低通滤波器210C依次连接组成。三路通道输出端同时与多通道A/D转换器212连接，A/D转换器212对经这三路通道放大、滤波处理过的信号同时进行A/D采样转换。CPLD控制逻辑214将A/D转换后的三路信号与设定阈值进行比较，从而选择让阈值范围内的相应通道传输的信号进入后续电路，以保证任何信号的波形都能清楚地显示出来。CPLD控制逻辑214不仅控制A/D转换器212的通道选择，还控制多路模拟开关204的通道选择，同时还控制DPRAM220,EEPROM238,FLASH226、并与MCU224相连，传递MCU224的控制信号。CPLD控制逻辑214内部集成了触发采样控制单元217、触发时间记录单元216及分频控制电路218。触发时间记录单元216在内部与触发采样控制单元217相连，触发时间记录单元216的外部与EEPROM238相连，用于记录采集控制命令发出的时间信息并存储在EEPROM238中。若为连续触发模式，则记录触发的起始时间；若为阈值触发模式，则记录每次触发的时间。触发控制单元217在内部与触发时间记录单元216相连，触发控制单元217的外部与A/D转换器212、DPRAM220、晶振222、MCU224、FLASH存储器226相连，用于提供触发信息给触发时间记录单元216。在晶振222的节拍下，触发控制单元217负责A/D转换器212对外部信号的采集，并将采集到的数据按通道依次存储在DPRAM220中，在记录到采样点数达到后，并行通知MCU224将数据取出，若为主节点，则将数据导出至USB端口由上位机控制软件(如申请人自主开发的振动监测装置软件SR-Vib，(已申请软件著作权登记，登记号2010SR043668)读�。粑咏诘悖蚩刂芃CU2M将数据存储到FLASH存储器226中。分频控制电路218用于提供不同的采样频率。例如，可将晶振222提供的基准频率分频为1K、2K、4K三种采样频率。整个采样、存储、上传的时序均由CPLD控制逻辑214完成。MCU224为整个采集节点200的核心控制单元，其中CPLD控制逻辑214、USB接口220、RS232接口224、无线传输�？�226、键盘228、显示230均由MCU2控制。USB接口220用于与PC机相连，RS232接口2用于连接无线传输模块226，无线传输�？�2用于收发控制命令和采集数据。如前文所述，采集节点200既可连接传感器作为采集子节点工作，又可连接PC机作为采集中心节点工作。一方面，当采集节点200作为采集中心节点工作时，无线传输�？�2用于接收多个采集子节点采集的数据以及将从键盘2输入的控制命令、采样参数等信息发送给各个采集子节点。采集节点200通过USB接口220与PC机相连，将无线传输�？�2接收到的采集数据传输至PC机，由PC机做后续爆破数据分析工作。另一方面，当采集节点200作为采集子节点工作时，无线传输�？�2用于接收采集中心节点发出的控制命令、采样参数等，以及将前端电路采集的数据发送给采集中心节点。无线传输�？�226的数据格式定义如下图4所示。本实施例的采集节点200具有通用性和灵活性。用户在爆破现场周围放置相同的采集节点200，根据实际应用的需要，随时可将某个采集节点200与PC机连接作为采集中心节点使用，或将某个采集节点200与传感器连接作为采集子节点使用。通过Zigbee技术进行无线组网，比现有技术的爆破振动监测更为方便有效，提高了监测效率，保证了人员安全。请参阅图3，其中显示本实用新型的其中一个实施例的其中一个采集节点发送的通讯数据帧格式示意图。本领域之普通技术人员可以理解，图示数据帧格式仅为申请人自定义的一种通讯数据帧格式举例，而本实用新型并不仅限于此。虽然之前的说明和附图描述了本实用新型的较佳实施例，应当理解在不脱离所界定的本实用新型原理的精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本实用新型在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离实用新型准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本实用新型的保护范围由权利要求书中技术方案及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。权利要求1.一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，它由振动传感器接口(202)、多路模拟开关(204)、第一放大器(208A)、衰减器(206)、第一低通滤波器(210A)、A/D转换器(212)、CPLD控制逻辑(214)、MCU(224),FLASH存储器(2)、USB接口(2)、无线传输�？�(232)、双端随机存取存储器(220)、电可擦除只读存储器(238)组成，其特征在于CPLD控制逻辑(214)包括触发采样控制单元(217)、触发时间记录单元(216)和分频控制电路(218)，振动传感器接口(202)分别与多路模拟开关(204)的多个输入端相连，多路模拟开关(204)对应的输出端与并排的衰减器(206)、第一放大器(208A)、第二放大器(208B)相连，衰减器(206)、第一放大器(208A)、第二放大器(208B)分别与第一低通滤波器(210A)、第二低通滤波器(210B)、第三低通滤波器(210C)相连，第一低通滤波器(210A)、第二低通滤波器(210B)、第三低通滤波器(210C)的输出端与A/D转换器(212)的输入端相连，A/D转换器(212)的输出端与CPLD控制逻辑(214)相连，CPLD控制逻辑(214)分别与晶振(222)、双端随机存取存储器(220)、电可擦除只读存储器(238)相连，MCU(224)与CPLD控制逻辑(214)相连，MCU(224)分别与FLASH存储器(226)、USB接口(228)、RS232接口(230)、显示(236)、键盘(234)相连，无线传输�？�(232)通过RS232接口(230)与MCU(224)相连。2.根据权利要求1所述的一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，其特征在于所述的振动传感器接口(202)连接振动传感器，振动传感器粘贴或铆固安装在待测振动物上，通过电缆线连接至振动传感器接口(202)。3.根据权利要求1所述的一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，其特征在于所述的多路模拟开关(204)进入三路信号预处理通道进行放大、滤波处理，其中第一路通道由0.5倍衰减器(206)和第一低通滤波器(210A)依次连接，第二路通道由8倍第一放大器(208A)和第二低通滤波器(210B)依次连接组成，第三路通道由1倍第二放大器(208B)和第三低通滤波器(210C)依次连接，三路通道输出端同时与多通道A/D转换器(212)连接。4.根据权利要求1所述的一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，其特征在于所述的双端随机存取存储器(220)、电可擦除只读存储器(238)、FLASH存储器(2)与MCU(224)相连，触发时间记录单元(216)在内部与触发采样控制单元(217)相连，触发时间记录单元(216)的外部与电可擦除只读存储器(238)相连。5.根据权利要求1或4所述的一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，其特征在于所述的触发采样控制单元(217)在内部与触发时间记录单元(216)相连，触发采样控制单元(217)的外部与A/D转换器(212)、双端随机存取存储器(220)、晶振(222)、MCU(224),FLASH存储器(2)相连。6.根据权利要求1所述的一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，其特征在于所述的USB接口(2)与PC机相连，RS232接口(230)连接无线传输模块(232)，采集节点(200)通过USB接口(228)与PC机相连。专利摘要本实用新型公开了一种可自由组网的无线爆破振动监测装置，CPLD控制逻辑包括触发采样控制单元、触发时间记录单元和分频控制电路，振动传感器接口分别与多路模拟开关的多个输入端相连，多路模拟开关对应的输出端与并排的衰减器、放大器相连，衰减器、放大器分别与低通滤波器相连，低通滤波器的输出端与A/D转换器的输入端相连，A/D转换器的输出端与CPLD控制逻辑相连，CPLD控制逻辑分别与晶振、DPRAM、EEPROM相连，MCU224与CPLD控制逻辑相连，MCU分别与FLASH存储器、USB接口、RS232接口、显示、键盘相连，无线传输模块通过RS232接口与MCU相连。安装方便、成本低、效率高、信号稳定，解决了爆破振动监测装置存在的问题。文档编号G01H17/00GK201909981SQ20102055670公开日2011年7月27日申请日期2010年10月12日优先权日2010年10月12日发明者张杰,李长林,樊火,毛勇强,胡纯军申请人:武汉中岩科技有限公司
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