专利名称：锤击桩机施工监控装置及网络化自动监控记录系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及锤击桩机施工领域，尤其涉及一种锤击桩机施工监控装置及网络化自动监控记录系统。
背景技术：
随着我国建设事业的飞速发展，对建筑物基础的施工要求越来越严格，预制桩以其质量优、工期短、环保节能等优势在全国迅速得到广泛应用。锤击桩机是地基处理中比较常用的打桩机械，锤击桩就是利用各种桩锤(包括落锤、蒸汽锤、柴油锤、液压锤和振动锤等)的反复跳动冲击力和桩体的自重，克服桩身的侧壁摩阻力和桩端土层的阻力，将桩体沉到设计标高的一种施工方法。锤击桩机具备移动灵活，操作方便，对桩准，对桩精度高，打预制桩动力足，施工简单、施工质量易控制、工期短、在相同土层地质条件下单粧承载力最闻、造价低等优点。但目前锤击桩机施工的监控管理存在以下三大缺陷:1、桩进入土层后，随着进入土层深度的不断加大，不同深度土层的强度也在变化中，进而桩前进每米所需的锤击数也在不断变化，因此需要将锤击数的变化记录下来，使记录下来的现场施工数据作为桩施工验收的重要依据。现行施工规范中，记录现场施工数据一般采用人工记录的方式，桩在锤击桩机的击打下前进每米记录一次锤击数，最终再记录一次最后一米锤击数。而这种人工记录深度数据方式，主要靠在桩身上以米为单位做标记，当标记进入底层记录一次锤击数。由于每锤所击打入地层桩深度不同，击打速率快，故不能保证每次记录时标记都与地层处于同一平面，误差较大，并且人工记录方式也存在随意性较大等主观因素缺陷；2、依照现行的《工程勘察规范》，不能实现对每根桩的桩位地层进行地层软硬变化的详细勘察，由于地层软硬深度变化和厚度变化的不确定性，故无法保证每根桩都能进入到设计要求的“持力地层”。3、按照监理对桩基施工关键部位旁站的要求，现行的监理旁站依然完全只靠作业人员跟班以及根据工后施工数据监控的手段，在时空条件和工作效率上都具有一定的局限性，很难保证每根桩的质量都能满足设计要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种能够自动记录锤击桩机施工过程中桩下沉深度数据以及桩下沉过程中的锤击数的锤击桩机施工监控装置，以及可实现对多台锤击桩机实时监控并进行数据处理的锤击桩机施工网络化自动监控记录系统。为解决上述问题，本发明的一种锤击桩机施工监控装置，包括用于实时采集桩深度的深度传感单元以及与深度传感单元相连的数据采集处理单元；所述深度传感单元，包括安装在锤击桩机的起落架顶端，并位于锤击桩机的锤体竖直上方的测距仪，用于实时监测起落架顶端距离锤体上表面的距离，并将具有监测到的距离信息的模拟信号发送至数据采集处理单元；所述数据采集处理单元，包括数字处理模块以及通过A/D转换模块与数字处理模块相连的数据采集模块，以及与数字处理模块相连的输入输出模块；其中，所述数据采集模块，与测距仪相连，用于每间隔预设时间t采集一次测距仪发送的所述模拟信号；A/D转换模块，用于将数据采集模块接收到的模拟信号转换成为数字信号，并将转换后的数字信号传递至数字处理模块；数字处理模块，用于根据预设的通讯协议拆分重组数据，加入数据校验计算，形成数据帧，并将数据帧存入寄存器。所述测距仪为激光测距仪。所述深度传感单元还包括设置在锤体上表面上的信号反射板。所述锤击桩机施工监控装置还包括与数字处理模块相连的存储单元。所述的输入输出模块包括显示屏、输入控制模块和/或数据输出接口模块。一种锤击桩机施工网络化自动监控记录系统，包括至少一个如前所述的锤击桩机施工监控装置，以及与所述锤击桩机施工监控装置通过信号传输装置相连的系统主机；其中，所述系统主机，包括:中央处理模块，分别与即时显示模块、数据存储模块以及输出模块相连，用于接收锤击桩机施工监控装置发送的数据帧；并对接收到的数据帧进行校验、拆分重组，形成十进制数据值；并传递至即时显示模块、数据存储模块或数据输出模块进行显示、存储或输出；以及对数据值进行分析，确定桩在锤体对其的每一击中所下沉的距离；即时显示模块，用于接收中央处理模块发送的数据信息并显示；数据存储模块，用于接收中央处理模块发送的数据信息并存储；数据输出模块，用于接收中央处理模块发送的数据并输出。所述信号传输装置，包括:无线发送模块，与数字处理模块相连，用于接收数据处理模块传递的数据帧，并将数据帧无线发送给系统主机中的无线接收模块；无线接收模块，与中央处理模块相连，用于接收无线发送模块传输的数据帧，并传递至中央处理模块。所述数据输出模块包括曲线图输出模块和/或报表输出模块。所述系统主机为PC机。本发明的锤击桩机施工监控装置，方便安装，安装位置合理，不影响锤击桩机转场拆解；测距仪采用全密封设计，适应现场粉尘浓度高，油污污染等工作环境。本发明的锤击桩机施工网络化自动监控记录系统，将整个工地的所有锤击桩机施工监控装置集成到统一的网络平台中，数据在此平台上通过无线串口通讯方式进行传输，系统主机可以为一台安装本发明设计软件的PC机，从系统主机上可以实时监控多个桩机的现场施工情况，并在系统主机上完成数据分析，图标生成及统一存档。本发明制定专用的数据传输协议，将施工现场的所有锤击桩机的数据通过无线网络传输到统一的系统主机上，可实现多台锤击桩机的实时网络监控。本发明的锤击桩机施工监控装置及网络化自动监控记录系统，能够克服人工记录方式中存在的误差大、随意性大的缺陷，克服现行《工程勘察规范》中不能对每根桩进行检测的缺陷，克服监理旁站局限性的缺陷，并且简便、高效，与锤击桩机适配良好。
图1为本发明锤击桩机施工监控装置的框图。图2为本发明锤击桩机施工网络化自动监控记录系统的框图。图3为本发明锤击桩机施工监控装置的安装结构示意图。图4为本发明锤击桩机施工网络化自动监控记录系统输出的测距数据/时间关系曲线图。图5为本发明锤击桩机施工网络化自动监控记录系统输出的锤击数/桩深度关系曲线图。图中:起落架I ;测距仪2 ;信号反射板3 ;锤体4 ;桩5 ;电源线6 ;操作室具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。如图1所示，一种锤击桩机施工监控装置，包括用于实时采集桩深度的深度传感单元以及与深度传感单元相连的数据采集处理单元。所述深度传感单元，如图3所示，包括安装在锤击桩机的起落架I顶端，并位于锤击桩机的锤体4竖直上方的测距仪2，用于实时监测起落架I顶端距离锤体4上表面的距离，并将具有监测到的距离信息的模拟信号发送至数据采集处理单元。所述测距仪2可以为激光测距仪。一方面激光测距仪具有精度高、响应速度快的优点，另一方面还适用于夜间使用。激光测距仪采用红色激光二级管、出射光波长为650nm ；由于锤击桩机起落架I最高点位置与地面距离在25米以内，故激光测距量程设定为25m，4 20mA模拟信号输出；根据对锤击桩机施工特点，为了采集到锤体运动最高点和最低点的测距数值，按照自由落体速度公式计算，故激光测距仪采样频率应高于10HZ。为了保证激光测距仪对锤体上表面的良好测距效果，在所述锤体4上表面上还设置有信号反射板3。同时，为了适应野外作业特点，信号反射板根据具体施工环境需要，采用对应规格尺寸的不锈钢板。所述数据采集处理单元，包括数字处理模块以及通过A/D转换模块与数字处理模块相连的数据采集模块，以及与数字处理模块相连的输入输出模块；其中，所述数据采集模块，与测距仪相连，用于每间隔预设时间t采集一次测距仪发送的所述模拟信号；时间t根据作业需要预先设定，例如可以为100毫秒。A/D转换模块，用于将数据采集模块接收到的模拟信号转换成为数字信号，并将转换后的数字信号传递至数字处理模块；数字处理模块，用于根据预设的通讯协议拆分重组数据，加入数据校验计算，形成数据帧，并将数据帧存入寄存器，等待系统主机接受指令，或者等待输出。数据采集处理单元的电路板可以为包括PIC单片机、AD转换芯片、串口通讯芯片为核心部件的电子电路。
所述锤击桩机施工监控装置还包括与数字处理模块相连的存储单元，用于对锤击桩机的单机作业过程中进行数据存储。所述的输入输出模块包括显示屏、输入控制模块和/或数据输出接口模块。所述的显示模块可以采用液晶显示屏等，所述的输入控制模块可以是若干操作按键，也可以采用触摸屏，用于向主控模块输入指令、设置参数等。所述的数据输出接口模块可以采用通用的各类数据接口，例如USB接口等。为了便于操作，所述的输入输出模块也可以采用无线方式，进行指令的输入或数据的输出和显示。如图2所示，本发明的一种锤击桩机施工网络化自动监控记录系统，包括至少一个如前所述的锤击桩机施工监控装置，以及与所述锤击桩机施工监控装置相连的系统主机。其中，所述系统主机，包括中央处理模块、即时显示模块、数据存储模块以及数据输出模块。其中，中央处理模块，分别与即时显示模块、数据存储模块以及输出模块相连，用于接收锤击桩机施工监控装置发送的数据帧，并对接收到的数据帧进行校验、拆分重组，形成十进制数据值；并传递至即时显示模块、数据存储模块或数据输出模块进行显示、存储或输出；以及对数据值进行分析，确定桩在锤体对其的每一击中所下沉的距离。中央处理模块在接收到 施工监控装置发送的测距数据后，首先，确定锤体是否进行一次击打动作，即分析数据得出当所测距离按照自由落体公式规律增大时，说明锤体正在完成一次向下的击打动作；其次，确定本次击打完成点位置，即当所测的距离从增大到变小的临界点时，距离最大值为本次击打完成点位置；再次，确定桩身下沉距离，即用本次击打完成点位置减去上一次击打完成点位置即得到桩身下沉距离；如果本次击打为首次击打，则桩身下沉距离为本次击打完成点位置减去初始位置。所述即时显示模块，用于接收中央处理模块发送的数据信息并显示。为了方便查看当前施工情况，减轻监理旁站工作量，系统主机设置有即时显示模块，即时显示模块用于在系统主机界面上即时显示锤击数和桩深度值。显示分为2种方式，第一种为数值方式，将数据计算模块所处理后数值实时显示在系统主机界面上，包含当前锤击数、当前桩深度、当前一击深度；第二种为曲线显示方式，即时显示模块根据系统主机屏幕像素点分布自动计算出锤击数/桩深度关系曲线图，或测距数据/时间关系曲线图。如图4所示，曲线图X轴为测距仪所测的其距离锤体上端面的距离，曲线图Y轴为时间，每接收一次数据帧，曲线图会相应变化，达到实时显示作用。其中U、L2、L3……为锤体单次击打桩时桩身的前进量。如图5所示，曲线图X轴为桩深度值，曲线图Y轴为锤击数。所述数据存储模块，用于接收中央处理模块发送的数据信息并存储。数据存储模块根据预先输入的工程信息，对已完成施工桩进行分级存储文件，以不同锤击桩机施工监控装置编号为第I级，以每根桩桩号为第2级。为了使完成施工数据不可在人为修改，保证数据的完整性真是性，对文件格式、文件内容进行加密处理。所述数据输出模块,用于接收中央处理模块发送的数据并输出。为了更直观了解到整个桩身下沉过程的实时走向和趋势，本发明自主研发了一种锤击数与桩身下沉距离关系曲线图，系统主机设置有曲线图输出模块，根据数据文件内容打印输出锤击数/桩深度关系曲线图，曲线图X轴为桩深度值，曲线图Y轴为锤击数，曲线图自动适应A4纸版面，方便用户分析查看。从曲线图中可以查看出累计锤击数，桩身累计下沉距离，每一击桩身下沉距离等数据。为了代替现有人工记录方式，系统主机设置有报表输出模块，报表输出模块依据每击桩身下沉距离数据，反算得出每米所用锤击数，并按照现行的施工规范报表为模板，自动按格式填写生成EXCEL报表，从而完全替代现有人工记录的方式，保证了报表内容的准确性、可靠性，并支持电子化存档和纸质文件存档两种方式。所述锤击桩机施工监控装置，还包括:无线发送模块，与数字处理模块相连，用于接收数据处理模块传递的数据帧，并将数据帧无线发送给系统主机中的无线接收模块；所述系统主机，还包括:无线接收模块，与中央处理模块相连，用于接收无线发送模块传输的数据帧，并传递至中央处理模块。无线接收模块控制系统主机按照既定通讯协议轮询锤击桩机施工监控装置，在数据传输过程中，系统主机为主控部分，当系统主机发出地址采集指令后，各锤击桩机施工监控装置判断是否是与系统主机预设地址相同，若相同按照既定通讯协议传输数据帧。为了使系统主机能够快速运行，达到同时监控多台压桩机要求，程序在设计时使用中断方式，当无线接收模块接收到数据后自动进入中断程序，对数据进行计算处理，其他时刻程序进行其他工作，最大限度分配资源。所述系统主机可以为一台安装本发明设计软件的PC机，安装在施工工地办公现场，系统主机通过无线串口通讯方式与施工工地各个锤击桩机施工监控装置连接，接收各锤击桩机施工监控装置数据，将整个工地的所有桩机集成到统一的网络平台中，实时监控多个终端(锤击桩机)的现场施工情况，并在系统主机上完成数据分析，图标生成及统一存档。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种锤击桩机施工监控装置，其特征在于:包括用于实时采集桩深度的深度传感单元以及与深度传感单元相连的数据采集处理单元； 所述深度传感单元，包括安装在锤击桩机的起落架顶端，并位于锤击桩机的锤体竖直上方的测距仪，用于实时监测起落架顶端距离锤体上表面的距离，并将具有监测到的距离信息的模拟信号发送至数据采集处理单元； 所述数据采集处理单元，包括数字处理模块以及通过A/D转换模块与数字处理模块相连的数据采集模块，以及与数字处理模块相连的输入输出模块； 其中，所述数据采集模块，与测距仪相连，用于每间隔预设时间t采集一次测距仪发送的所述模拟信号； A/D转换模块，用于将数据采集模块接收到的模拟信号转换成为数字信号，并将转换后的数字信号传递至数字处理模块； 数字处理模块，用于根据预设的通讯协议拆分重组数据，加入数据校验计算，形成数据帧，并将数据帧存入寄存器。
2.如权利要求1所述的锤击桩机施工监控装置，其特征在于:所述测距仪为激光测距仪。
3.如权利要求1所述的锤击桩机施工监控装置，其特征在于:所述深度传感单元还包括设置在锤体上表面上的信号反射板。
4.如权利要求1所述的锤击桩机施工监控装置，其特征在于:所述锤击桩机施工监控装置还包括与数字处理模块相连的存储单元。
5.如权利要求1所述 的锤击桩机施工监控装置，其特征在于:所述的输入输出模块包括显示屏、输入控制模块和/或数据输出接口模块。
6.一种锤击桩机施工网络化自动监控记录系统，其特征在于:包括至少一个如权利要求I至5任一项所述的锤击桩机施工监控装置，以及与所述锤击桩机施工监控装置通过信号传输装置相连的系统主机； 其中，所述系统主机，包括: 中央处理模块，分别与即时显示模块、数据存储模块以及输出模块相连，用于接收锤击桩机施工监控装置发送的数据帧；并对接收到的数据帧进行校验、拆分重组，形成十进制数据值；并传递至即时显示模块、数据存储模块或数据输出模块进行显示、存储或输出；以及对数据值进行分析，确定桩在锤体对其的每一击中所下沉的距离； 即时显示模块，用于接收中央处理模块发送的数据信息并显示； 数据存储模块，用于接收中央处理模块发送的数据信息并存储； 数据输出模块，用于接收中央处理模块发送的数据并输出。
7.如权利要求6所述的锤击桩机施工网络化自动监控记录系统，其特征在于:所述信号传输装置，包括: 无线发送模块，与数字处理模块相连，用于接收数据处理模块传递的数据帧，并将数据帧无线发送给系统主机中的无线接收模块； 无线接收模块，与中央处理模块相连，用于接收无线发送模块传输的数据帧，并传递至中央处理模块。
8.如权利要求6所述的锤击桩机施工网络化自动监控记录系统，其特征在于:所述数据输出模块包括曲线图输出模块和/或报表输出模块。
9.如权利要求6所述的锤击桩机施工网络化自动监控记录系统，其特征在于:所述系统主机 为PC机。
全文摘要
本发明公开了一种锤击桩机施工监控装置，包括用于实时采集桩深度的深度传感单元以及与深度传感单元相连的数据采集处理单元；以及公开了一种锤击桩机施工网络化自动监控记录系统，包括至少一个如前所述的锤击桩机施工监控装置，以及与所述锤击桩机施工监控装置通过信号传输装置相连的系统主机。本发明的锤击桩机施工监控装置，能够自动记录锤击桩机施工过程中桩下沉深度数据以及桩下沉过程中的锤击数，本发明的锤击桩机施工网络化自动监控记录系统可实现对多台锤击桩机实时监控并进行数据处理。
文档编号G05B19/418GK103149896SQ201310039109
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者王利全 申请人:天津市隆安达建筑仪器科技发展有限公司