专利名称：灌浆智能监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及到水工建筑行业中监测设备领域，特指一种灌浆智能监测仪。
背景技术：
目前，在水工建筑领域中大坝或岩体加固等方面，通常采用的施工方法是锚固、 灌浆、排水，开挖回填等，其中灌浆是其中应用最广、难度最大，也是最有效的工法之 一。随着电子科学技术及计算机技术的飞速发展，智能灌浆监测仪逐渐被引入到灌浆记 录领域，并将完全取代原有的手工记录模式。现有技术中， 一般的灌浆监测设备根据系 统运行平台，分为PC机系列和嵌入式系列。其中，PC机系列多以商务笔记本电脑为硬件
平台，以Microsoft Windows系统为软件平台，但是采用笔记本作为硬件平台，对于环 境复杂的现场并不是一个明智之举；而嵌入式系列是采用单片机为核心的记录仪，多以8 位或16位处理器为主，但是只能监测一个通道的灌浆作业过程，在处理速度，软件系统 均处于较低级别。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供 一种结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、能够同时检测两通道灌浆作业从而提高工作效率的灌浆智能监测仪。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的解决方案为 一种灌浆智能监测仪，其特 征在于它包括中央控制单元、第一信号输入隔离单元、第二信号输入隔离单元、存储 单元和用来给以上各部件供电的直流供电单元，分别与两个灌桨通道中各传感器相连的 第一信号输入隔离单元和第二信号输入隔离单元与中央控制单元的输入端相连，第一信 号输入隔离单元和第二信号输入隔离单元均包括信号隔离单元和AD转换单元，用来存
储控制程序和各种监测参数的存储单元与中央控制单元相连。
所述中央控制单元通过显示接口单元与显示单元相连。
所述中央控制单元通过网络接口单元与外部网络相连。
所述中央控制单元通过键盘扫描单元与键盘单元相连。
与现有技术相比，本实用新型的优点就在于
1、 本实用新型的灌浆智能监测仪，结构简单紧凑、操作简便，在嵌入式的基础上， 利用一个硬件平台即可同时完全记录两通道灌浆作业的各种数据，且各通道监测相互独 立，相当于两台同型监测仪同时工作，大大降低了监测设备的成本，比传统方案约降低 40%;同时，两通道灌浆监测只需一人操作，大大提高了工作效率、节省了工时；
2、 本实用新型的灌浆智能监测仪，可同时监测灌浆作业中的四参数大循环，其分别
为流量(包含进桨与返浆)、压力、密度和位移，这些参数的增加使得报表数据更加能客
观的反映灌浆的真实情况；
3、 本实用新型的灌浆智能监测仪，可对灌浆过程中钻孔冲洗、简易压水、单点法压 水、五点法压水、普通水泥灌浆、水泥粘土灌桨、GIN灌浆等灌浆工艺进行监测、记录；
4、 本实用新型的灌浆智能监测仪，所各监测的各种数据能够自动生成曲线，如P-Q (压力-流量)曲线，P-V曲线，密度数据曲线等，操作简便；
5、 本实用新型的灌浆智能监测仪具有海量存储功能，并提供过后査询、调取、打 印功能；
6、 本实用新型的灌浆智能监测仪同时提供内、外置打印机，其中内置打印机具有 实时打印的优点，而外置打印机具有査阅、存档方便的优点；
7、 本实用新型的灌浆智能监测仪可将数据通过USB接口导出至上位机系统，结合 灌浆整理软件，可实现资料的高级分析与整理。
8、 本实用新型的灌浆智能监测仪，性能稳定，具有良的耐腐蚀性与抗干扰性，能 够适应多种恶劣环境，能在潮湿恶劣的环境下工作，环境温度-20XT6(rC能正常工作， 其适用范围广；
9、 本实用新型的灌浆智能监测仪，界面美观、大方，可操作性强；
10、 本实用新型的灌浆智能监测仪，提供RS485接口，具有很好的扩展性，能够与 外界实现通讯的功能。
图1是灌浆监测系统的工作原理示意图2是本实用新型的结构框架示意图3是本实用新型工作时的流程示意图4是本实用新型原理层次图5是本实用新型中中央控制单元的电路原理示意图6是本实用新型中A/D转换单元的电路原理示意图7是本实用新型中网络接口单元的电路原理示意图8是本实用新型中键盘扫描单元的电路原理示意图9是本实用新型中显示接口单元的电路原理示意图10是本实用新型中直流供电单元的电路原理示意图;
图11是本实用新型中存储单元的电路原理示意图12是本实用新型中打印单元的电路原理示意图13是本实用新型中信号隔离单元的电路原理示意图;
图例说明
1、中央控制单元
2、第一信号输入隔离单元
3、第二信号输入隔离单元
4、存储单元
5、信号隔离单元
6、AD转换单元
7、显示接口单元
8、显示单元
9、直流供电单元
10、网络接口单元
11、键盘扫描单元
12、键盘单元
13、搅拌槽
14、灌浆泵
15、进桨流量计
16、井孔
17、压力阀
18、压力计
19、压力表
20、密度计
21、回浆管
22、返桨流量计
23、进浆管
24、打印单元
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图l、图2和图4所示，本实用新型的灌浆智能监测仪，它包括中央控制单元l、 第一信号输入隔离单元2、第二信号输入隔离单元3、存储单元4和用来给以上各部件供 电的直流供电单元9，分别与两个灌浆通道中各传感器相连的第一信号输入隔离单元2 和第二信号输入隔离单元3与中央控制单元1的输入端相连，第一信号输入隔离单元2 和第二信号输入隔离单元3均包括信号隔离单元5和AD转换单元6，用来存储控制程序 和各种监测参数的存储单元4与中央控制单元1相连。在本实施例中，中央控制单元1 通过显示接口单元7与显示单元8相连。中央控制单元1通过网络接口单元10与外部网 络相连。中央控制单元1通过键盘扫描单元11与键盘单元12相连。中央控制单元1通过键盘扫描单元11与键盘单元12相连
如图5所示，在本实施例中，中央控制单元1采用U201 LPC2200， U501为485驱动 芯片，中央控制单元1通过U501与AD转换单元6的芯片通信。XI、 R212、 C202、 C203 为中央控制单元l的时钟源，经中央控制单元l内锁相环倍频后升至44M左右，作为系 统运行主频。C501、C502为电源退耦电容。中央控制单元1的所有引脚通过JP202、 JP203、 JP204、 JP205与其它电路单元相连。
如图6所示，为本实施例中AD转换单元6的电路，灌浆作业中各传感器采集到的 模拟信号经信号隔离单元5后输入至此，经AD转换后送到中央控制单元1参与运算。其 中，隨、U608为两片带8通道10bit A/D转换器的8位微控制器，其中CZ601、 CZ602 为给U607、 U608编程的ISP (在线可编程)下载口，当第一次烧写程序后，便不起作用， S603、 S604、 S605、 S606分别为两微控制器ISP下载使能开关，当开关与地接通时，使 能ISP，否则禁止ISP， ROM内的代码将受到保护，两芯片通过485总线与中央控制单元 1保持通信，U605、 U606为485总线驱动器，在软件协议中，U607编址为01， U608编址 为02，来自外围模拟传感器采集到的模拟量通过CJ604输入，其中一号灌浆系统的模拟 量输入至U607的22、 24、 25、 27、 28引脚，二号灌浆系统的模拟量输入至U608的22、 24、 25、 27、 28引脚。JP602为指示灯控制引脚，当总线正在通信时，由U607、 U608控制外接指示灯闪烁，以示正在工作。
如图7所示，为本实施例中网络接口单元10的电路，由于系统电源是3.3V，所以 应使用SP3232E进行RS232电平转换，SP3232E是3V工作电源的RS232转换芯片。另外， LPC2000系列ARM7控制器的UART1带有完整的调制解调器(Modem)接口 ，所以要8路RS232 转换芯片SP3243ECA。用户通过CZ3直接连接Modem,由LPC2000系列ARM7微控制器的 UART1控制Modem拔号、通信等。LPC2000系列ARM7微控制器的ISP全能引脚(PO. 14 口) 与DCD1功能引脚复用，在系统复位时PO. 14 口为低电平，则进入ISP状态。
如图8所示，本实施例中，具有20个按键，通过JP2与键盘扫描单元11相连，I2C 接口的键盘单元12与LED驱动芯片ZLG7290进行键盘扫描。XI、 Cl、 C2为ZLG7290的时 钟源。ZLG7290采用3.3V电源，复位引脚与系统复位信号nRST相连，当系统上的电复位 或手动复位时会同时复位ZLG7290， ZLG7290的键盘中断输出信号与LPC2210中断引脚 P0.30相连，当有按键按下时，ZLG7290将会输出中断信号通知LPC2210。
如图9所示，为本实施例中显示接口单元7的电路，74LS138完成地址译码实现对 显示接口的片选，处理器通过JP209接口完成对显示器数据和地址的写入。
如图10所示，为本实施例中直流供电单元9的电路，由J1电源接口输入28V和15V 交流电源，经D3、 D4整流成直流电源，经过C113、 C117滤波，D105、 101、 107防止电 路故障时电流倒流，损坏稳压器件，然后通过LM2575将电源分别稳压至5V、 12V、 24V， 再使用LDO芯片(低压差电源芯片)稳压输出3. 3V及1. 8V电压。原理图上设计的5V电源 电路的稳压芯片使用的是LM2575开关电源芯片。LDO芯片分别采用SPX1117M3-1. 8T SPX1117M3-3.3，其特点为输出电流大，输出电压精度高，稳定性好，由于LPC2000系列 ARM7微控制器具有独立的模拟电源和模拟地引脚，为了降低噪声和出错几率，模拟电源 与数字电源应该隔离。这里使用10uH的电感13、 L4实现电源隔离(将高频噪声隔离)， 并且在设计PCB板时采用大面积敷地，以降低噪声。SPX1117系列LDO芯片输出电流可达 800mA，输出电压的精度在±1%以内，还具有电流限制和热保护功能，广泛应用在手持式 仪表、数字家电和工业控制等领域。使用时，其输出端需要一个至少10uF的钽电容来 改善瞬间态响应和稳定性。
如图11所示，本实施例中存储单元4扩展了 2MB NOR FLASH,型号为SST39VF160， 和8MB PSRAM型号为MT45W4MW16。其中SST39VF160是程序存储芯片，用于存储程序代 码，生产时由专用固化工具将程序一次性烧录，MT45W4MW16是高速内颗粒，用于程序运 行时为作高速内存，完成数据交换等功能，为方便用户升级更换内在方便，在主板上设 置内存插座。
如图12所示，本实施例中，本实用新型包括一打印单元24，与并行打印机相连，其 具有标准的接口和时序，不过其电压按照5V设计的，但LPC2000系列的I/0口为3.3V， 为保证输出的驱动能力，其数据口增加了长线驱动器74HC245，而控制口也必须进行电平 转换，这通过CMOS门电路实现，并行打印机接口的电路见图12。因为LPC2000系列的I/O 口可以承受5V输入，所以图中的电阻不是必须的，但增加它可以增安全性。
如图13所示，模拟信号隔离在很多系统中，模拟信号必须隔离。信号隔离技术是 使模拟信号在发送时不存在穿越发送和接收端之间屏障的电流连接。这允许发送和接收 端外的地或基准电平之差值可以高达几千伏，并且防止了可能损害信号的不同地电位之 间的环路电流。信号地的噪声可使信号受损。隔离可将信号分离到一个干净的信号子系 统地，使传感器、仪器仪表或控制系统与电源之间互相隔离，从而保证整个系统装置的 工作安全、可靠及稳定。实现工业现场信号隔离传输及变换，地线干扰抑制，信号远程 无失真传输，仪器仪表与传感器信号的隔离变换。如图13所示，将ISO 4-20mA系列传 感器电流信号经R301、 R302、 RP1转换为1-5V的电压信号，RP1作用是基准调节，V142G1
是信号隔离器，它是一个将电信号转换为光信号，HNR200线性光耦实现，转换之后3脚 即可得到1-5V电压信号。对信号隔离的另一问题是隔离放大器输入级所需的功耗，而隔 离放大器的输入阻抗及自身的等效电阻是问题的关键所在。而输出级通常以机壳或地为 基准，输入级通常浮动在另一个电位上。因此，输入级的电源也必须隔离。将DC/DC集 合在V142G1形成一个完整的信号隔离模块。
工作原理参见图1所示，以两路灌浆作业中的一路为例，在灌浆过程中，首先将 一定配比的水泥浆注入搅拌槽13搅拌，随后由灌浆泵14把浆液沿进浆管23压入井孔16， 井孔16内部分或全部无法渗入岩层的浆液在井孔16内压力的作用下，由回桨管21流出， 流经压力表19、压力阀17、返浆流量计22、密度计20最后返回搅拌槽13,经搅拌后重 复这一过程，直到灌浆结束。在此过程中，流过进浆管23的浆液由进浆流量计15计量， 流过返浆流量计22的浆液由返浆流量计22计量，各自把信号送至本发明的监测系统的 信号隔离通道，经AD转换通道输入至中央处理单元，由监测系统计算出二者的差值，即 为井孔16内的实际灌入浆量。通过调节返浆回路中的压力阀17，可改变井孔16内的压 力，压力越大越利于浆液对岩层的渗透，但压力应适当，压力计18将压力值送至本发明 的监测系统的信号隔离通道，经AD转换通道输入至中央控制单元1，系统进行记录并分 析，如果实际压力与设计压力偏差较大，显示的压力值将以黄色警示。如图3所示，由 于本实用新型的监测仪采用嵌入式操作系统，因此当中的两个线程可看成是一个操作系 统中的两个应用程序，从用户的角度来看，两个应用程序是并发的，相互独立的，可同 时运行的，从微观的角度来看，两个程序是由操作系统根据各线程的优先级分时调度， 但最终都能按时完成各自的任务。
权利要求1、一种灌浆智能监测仪，其特征在于它包括中央控制单元(1)、第一信号输入隔离单元(2)、第二信号输入隔离单元(3)、存储单元(4)和用来给以上各部件供电的直流供电单元(9)，分别与两个灌浆通道中各传感器相连的第一信号输入隔离单元(2)和第二信号输入隔离单元(3)与中央控制单元(1)的输入端相连，第一信号输入隔离单元(2)和第二信号输入隔离单元(3)均包括信号隔离单元(5)和AD转换单元(6)，用来存储控制程序和各种监测参数的存储单元(4)与中央控制单元(1)相连。
2、 根据权利要求1所述的灌浆智能监测仪，其特征在于所述中央控制单元(1) 通过显示接口单元(7)与显示单元(8)相连。
3、 根据权利要求1或2所述的灌浆智能监测仪，其特征在于所述中央控制单元(l) 通过网络接口单元(10)与外部网络相连。
4、 根据权利要求1或2所述的灌浆智能监测仪，其特征在于所述中央控制单元(l) 通过键盘扫描单元(11)与键盘单元(12)相连。
5、 根据权利要求3所述的灌浆智能监测仪，其特征在于所述中央控制单元(1) 通过键盘扫描单元(11)与键盘单元(12)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种灌浆智能监测仪，它包括中央控制单元、第一信号输入隔离单元、第二信号输入隔离单元、存储单元和用来给以上各部件供电的直流供电单元，分别与两个灌浆通道中各传感器相连的第一信号输入隔离单元和第二信号输入隔离单元与中央控制单元的输入端相连，第一信号输入隔离单元和第二信号输入隔离单元均包括信号隔离单元和AD转换单元，用来存储控制程序和各种监测参数的存储单元与中央控制单元相连。本实用新型是一种结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、能够同时检测两通道灌浆作业从而提高工作效率的灌浆智能监测仪。
文档编号G05B19/048GK201075173SQ20072006467
公开日2008年6月18日 申请日期2007年10月10日 优先权日2007年10月10日
发明者曹聪颖, 颖 黎 申请人:湖南诺维科技发展有限公司