一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统的制作方法

1.发明属于桥梁技术领域，具体而言，涉及一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统。

背景技术：

2.结构健康监测(shm)随着传感器技术的发展逐渐被应用于各个行业，包括船舶、航天及土木等，为保证桥梁工程质量，在桥梁施工阶段重要节点以及成桥运营阶段均要进行结构监测，一般包括应力监测、风速风压监测以及振动监测等，成桥运营阶段监测属于静态监测，传感器的布置、走线及数据传输受影响因素较少，荷载考虑完整，整个监测工艺成熟，对于施工阶段的结构监测，结构荷载随工期延长发生变化，该阶段监测更偏于动态监测。有线传感器监测系统需要用电缆或光缆将传感器与采集仪等仪器连接起来，施工阶段传感器的布置对线缆保护要求较高，由于环境复杂，桥梁工程施工现场来往大型机械车辆较多，极易对铺设在地面上的线缆造成损坏进而导致传感器无法工作，此外，由于施工阶段很多结构尚未完全建成，某些特殊地方的传感器安装难度较大。无线传感器虽说可以避免铺设线缆的问题，但由于其内置锂电池续航能力有限，对于一些不易更换电池特殊测点将会影响监测工作，而且一般无线传感器采用密闭封装，更换电池比较麻烦，多数需要返厂更换，整个周期较长。此外，无线传感器一旦启动很难停止，一般通过降低采集频率来延长电池的续航时间，但延时效果并不理想。有线监测系统和无线监测系统基本相同，均由传感器子系统、数据采集子系统、数据存储子系统、数据分析子系统以及监测预警子系统等组成。传感器子系统由各类传感器组成，包括应力传感器、加速度传感器、风速风向传感器以及位移传感器等。数据采集子系统由各类采集仪组成，采集仪可以将传感器采集的电压信号或电荷信号等。每台采集仪的配套采集软件组成数据存储子系统，采集软件可以实现将采集的电压或电荷信号转换为让我们熟悉的力学数据(应力、应变及加速度等)并存储。监测平台兼有数据分析子系统和监测预警子系统，利用程序将采集软件所获得的基础数据导入监测平台，在监测平台上做进一步的数据处理(分析)，若结果或数据超过预设值阈值，系统发出警报。有线传感器监测系统示意图和无线传感器监测系统示意图如图1和图2所示。
3.申请号为cn202010821295.4的中国发明专利(公开号： cn112082597a)提供了一种桥梁检测系统。该桥梁检测系统包括能源供应模块、传感器模块和处理器模块，传感器模块设置在桥梁待测部位，用于将采集到的桥梁待测数据发送至处理器模块，处理器模块用于对传感器模块检测到的数据进行转换、采集、存储和处理，能源供应模块用于对传感器模块和处理器模块供电，能源供应模块包括振动俘能器、充电电路和可充电电池，振动俘能器通过充电电路对可充电电池进行充电。本发明提供的桥梁检测系统，无需额外设置电源，能够对桥梁检测系统提供稳定的能源供应。
4.该发明不能解决传感器在较长时间内按需开启的问题。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，能够解决传感器在较长时间内按需开启的问题，同时具有稳定地输入电源。
6.本发明是这样实现的：
7.本发明提供一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其中，包括蓝牙模块、51单片机、稳压模块、继电器、可以充电的锂电池、无线传感器、太阳能电池板、计时器，所述锂电池安装在无线传感器内；所述蓝牙模块电连接所述51单片机，所述51单片机与所述稳压模块、所述计时器、所述继电器电连接；所述继电器电连接所述无线传感器；所述太阳能电池板与所述无线传感器、所述锂电池电连接，所述锂电池与所述无线传感器电连接，5所述太能电池板与各个模块之间电连接有所述稳压模块。
8.本发明提供的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统的技术效果如下：该检测系统能够实现监测系统在桥梁建造工程中的永临结合；使用无线传感器可以避免产生有限传感器线缆铺设和特殊位置难以布置的问题，对于测点在标高较大不宜上人的位置收益最大；通过设置稳压模块，使太阳能电池板可以适配各个模块的输入电压；通过设置太阳能板可以使无法携带大电池的传感器完成长期检测工作，解决无线传感器续航问题；通过设置计时器，可以在不重要的监测时间上保证无线传感器在较长时间内可自由开关，且成本低，操作难度小。
9.在上述技术方案的基础上，本发明的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统还可以做如下改进:
10.其中，所述无线传感器包括应力传感器、加速度传感器、位移传感器中至少一个。
11.其中，所述51传感器还电连接有压力传感器，所述压力传感器内部具有压电晶体，所述压力传感器接有电压力电源。
12.采用上述改进方案的有益效果为：
13.进一步的，所述多个压力传感器按照拱桥压力线分布。
14.采用上述改进方案的有益效果为：通过设置具有压电晶体的压电传感器，在桥梁压力变大时，压力传感器中压电晶体产生的电力，为压力传感器工作提供电力，节省电力的同时，可以实现桥梁施工阶段的动态监测，实现压力传感器在桥梁建设中的永临结合。
15.其中，所述51单片机连接有开关，所述开关与无线传感器连接。
16.其中，所述51单片机还电连接有流水灯。
17.采用上述改进方案的有益效果为：通过设置流水灯，具有指示作用，可以显示接入状态或判断正误。
18.其中，所述51单片机安装有数码管。
19.采用上述改进方案的有益效果为：通过设置数码管，可以显示设备数据，方便现场工作人员读取无线传感器收集的各项数据。
20.本发明提供一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，所述51 单片机上还电连接有存储器。
21.本发明提供的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统的技术效果如下：通过设置存储器，可以存储收集无线传感器产生的数据，方便后期调查维护。
22.其中，所述继电器下电连接有led灯。
23.采用上述改进方案的有益效果为：通过在继电器下连接led灯，可以用它的亮灭来表示继电器是否上电，是否已经开锁，方便工作人员判断继电器工作情况。
24.其中，所述51单片机接有无线通讯模块。
25.采用上述改进方案的有益效果为：通过设置无线通讯模块，可以实现 51单片机产生的数据远距离无线传输。
26.与现有技术相比较，本发明提供的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统的有益效果是：该检测系统能够实现结构健康监测技术在桥梁建造工程中的永临结合；使用无线传感器可以避免产生有限传感器线缆铺设和特殊位置难以布置的问题，对于测点在标高较大不宜上人的位置收益最大；通过设置稳压模块，使太阳能电池板可以适配各个模块的输入电压；通过设置太阳能板可以使无法携带大电池的传感器完成长期检测工作，解决无线传感器续航问题；通过设置计时器，可以在不重要的监测时间上保证无线传感器在较长时间内可自由开关，且成本低，操作难度小；通过设置具有压电晶体的压电传感器，在桥梁压力变大时，压力传感器中压电晶体产生的电力，为压力传感器工作提供电力，节省电力的同时，可以实现桥梁施工阶段的动态监测；通过设置流水灯，具有指示作用，可以显示接入状态或判断正误；通过设置存储器，可以存储收集无线传感器产生的数据，方便后期调查维护。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明提供一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统工作流程图；
29.图2为本发明提供一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统第一实施例电连图；
30.图3为本发明提供一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统第二实施例电连图；
31.图4为有线传感器监测系统示意图；
32.图5为无线传感器监测系统示意图；
具体实施方式
33.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明
保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.如图1-2所示，是本发明提供的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统的第一实施例，在本实施例中，包括蓝牙模块、51单片机、稳压模块、继电器、可以充电的锂电池、无线传感器、太阳能电池板、计时器，锂电池安装在无线传感器内；蓝牙模块电连接51单片机，51单片机与稳压模块、计时器、继电器电连接；继电器电连接无线传感器；太阳能电池板与无线传感器、锂电池电连接，锂电池与无线传感器电连接，5太能电池板与各个模块之间电连接有稳压模块。
39.永临结合是将工程施工中的临时设施与永久设施相结合进行一次施工，让部分永久设施在施工中能够直接使用，以达到节约成本的目的。
40.51单片机是一种入门级集成电路芯片，通过电路集成技术将处理器cpu、存储器ram(rom)、多种1/0口和中断系统、定时器/计时器等功能；
41.计时器是根据计数器原理转算时长，比如我们需要每4个小时中断一次，中断时间为2个小时，在计时器的设置中需要把时间单位转化为晶振频率单位，计算出相应的次数进行设置，或者计算好初始数值，比如100 中断，500重启，可以将数值分别存放在继电器对应串口的高低电平位。中断设置编写相应函数即可，0/1开关函数较为简单。
42.蓝牙模块接入51单片机前需要通过usb-ttl转换器连接到电脑上利用串口调试助手进行调试；
43.51单片机通过继电器与计时器，控制传感器的开关，通过编辑相应的程序与函数实现软件控制；
44.太阳能电池板在无线传感器工作的时候给无线传感器以及其他模块供电，当传感器中断的时候给无线传感器内置电源充电，夜间或太阳能供电不足的时候自动采用无线传感器内置电池供电；
45.继电器电源连接vcc，gnd接地，dio连接51单片机。
46.vcc：c＝circuit表示电路的意思,即接入电路的电压；gnd是电线接地端的简写。代表地线或0线。这个地并不是真正意义上的地，是出于应用而假设的一个地，对于电源来说，它就是一个电源的负极。
47.其中，在上述技术方案中，无线传感器包括应力传感器、加速度传感器、位移传感器中至少一个。
48.其中，在上述技术方案中，51传感器还电连接有压力传感器，压力传感器内部具有压电晶体，压力传感器接有电压力电源。
49.压力电源为压力传感器临时供电，保证压力传感器在桥梁压力比较低时仍可以保持压力数据收集，在桥梁压力变大时，压力传感器中压电晶体产生的电力，为压力传感器工作提供电力，使压力传感器在桥梁压力大时，为自己产生电能，完成桥梁压力数值的收集。
50.进一步的，在上述技术方案中，多个压力传感器按照拱桥压力线分布。
51.拱桥压力线是指拱形桥各个断面全部是受压时的轴线。只有当拱桥按照这根线布置时，拱的各个断面才是受压的，石头、砼这些材料受到压力时，承受能力很高，若承受的是拉力，那就很容易断裂。所以设计拱桥时，拱一定要按这根压力线布置。若拱超出这根线(向上或向下超出)，拱的受力就不全是压力，有些断面就是拉力，这样桥就容易跨。
52.压电晶体是一种非中心对称晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电质点发生相对位移，从而在晶体表面出现正、负束缚电荷，压电晶体极轴两端产生电势差的性质称为压电性，晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
53.压电晶体产生电力的原理，本质是一种电子跃迁，是组成物质的粒子 (原子、离子或分子)中电子的一种能量变化。根据能量守恒原理，粒子的外层电子从低能级转移到高能级的过程中。
54.使用时，太阳能板将太阳能转化成电能，再通过稳压模块将输入电压调整到适合无线传感器的大小，同时也为锂电池充电；应力传感器、加速度传感器、位移传感器将收集的感应数据信号发送给51单片机，51单片机经过数据处理后，将感应数据发送到pc控制端，供工作人员使用。
55.其中，在上述技术方案中，51单片机连接有开关，开关与无线传感器连接。
56.开关有两种，控制开关和定时开关，控制开关连接pc端，定时连接计时器。
57.其中，在上述技术方案中，51单片机还电连接有流水灯。
58.51单片机端口包括p0、p1、p2、p3四个端口；
59.p1端接有流水灯，p2端端口第一位接在继电器的dio端用以控制高低电平，dio为索引字输入输出电路，可以收集工控机串口设备数据，如串口仪表，采集器，plc等；
60.远程管理功能：支持远程参数设置，程序升级。
61.按键1(用0/1命令控制传统按键)
62.p3端口的第0位连接蓝牙的tx端，是51单片机串口的接收端，p3 端口的第1位连接蓝牙的rx端，是51单片机串口的发送端；
63.按键1在内部连接p3端口的第2位，为外部中断0；
64.按键2在内部连接p3端口的第3位，为外部中断1；
65.开启定时器0，设置好计数器的初始值；外部中断0，打开1；串口中断打开，设置好波特率9600，0，0与蓝牙模块一致。
66.流水灯与51单片机p1端端口相连，直接赋值0或1，高电平为亮，低电平为亮，用于提示接入问题的流水灯显示红，正常为绿。
67.串口的中断触发后，串口编辑软件需要清除接收中断和发送中断值为 0，串口接收数据和发送数据进行储存，储存位置可以选择相应模块，在c 语言代码中赋值相同的存储器，在物理上分为发送和接收，缓冲频率可按照需求自行设置。
68.其中，在上述技术方案中，51单片机安装有数码管。
69.使用时，无线传感器将收集的数据信号发送给51单片机，51单片机将数据信号处理后，发送给数码管，使数码管显示数据文字信息。
70.如图1所示，是本发明提供的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统的第一实施例，在本实施例中，51单片机上还电连接有存储器。
71.使用时，51单片机将无线传感器收集的数据信号发送给存储器进行数据储存。
72.其中，在上述技术方案中，继电器下电连接有led灯。
73.使用时，继电器通电时led灯发光。
74.如图3所示，为本发明的第二实施例，51单片机接有无线通讯模块。
75.无线通讯模块可采用wifi模块或zigbee模块，通过无线通讯模块将 51单片机收集的无线传感器数据发送给pc控制端。
76.具体的，本发明的原理是：太阳能板将太阳能转化成电能，再通过稳压模块将输入电压调整到适合无线传感器的大小，同时也为锂电池充电；应力传感器、加速度传感器、位移传感器将收集的感应数据信号发送给51 单片机，同时，力电源为压力传感器临时供电，保证压力传感器在桥梁压力比较低时仍可以保持压力数据收集，在桥梁压力变大时，压力传感器中压电晶体产生的电力，为压力传感器工作提供电力，使压力传感器在桥梁压力大时，为自己产生电能，完成桥梁压力数值的收集并发送给51单片机，51单片机经过数据处理后，发送给蓝牙模块，蓝牙模块将感应数据发送到pc控制端，供工作人员使用；在计时器的设置中需要把时间单位转化为晶振频率单位，计算出相应的次数进行设置，使无线传感器按需在长时间使用中开启、关闭；继电器电源连接vcc，gnd接地，dio连接51单片机，继电器的模块的开闭表示单车的开闭锁，在继电器下接入一个led 的小灯，用它的亮灭来表示继电器是否上电，是否已经开锁。
77.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，包括蓝牙模块、51单片机、稳压模块、继电器、可以充电的锂电池、无线传感器、太阳能电池板、计时器，所述锂电池安装在无线传感器内；所述蓝牙模块电连接所述51单片机，所述51单片机与所述稳压模块、所述计时器、所述继电器电连接；所述继电器电连接所述无线传感器；所述太阳能电池板与所述无线传感器、所述锂电池电连接，所述锂电池与所述无线传感器电连接，5所述太能电池板与各个模块之间电连接有所述稳压模块。2.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，所述无线传感器包括应力传感器、加速度传感器、位移传感器中至少一个。3.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，所述51传感器还电连接有压力传感器，所述压力传感器内部具有压电晶体，所述压力传感器接有电压力电源。4.根据权利要求3所述的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，所述多个压力传感器按照拱桥压力线分布。5.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，所述51单片机连接有开关，所述开关与无线传感器连接。6.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，所述51单片机还电连接有流水灯。7.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，所述51单片机安装有数码管。8.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，所述51单片机上还电连接有存储器。9.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，所述继电器下电连接有led灯。10.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，其特征在于，所述51单片机接有无线通讯模块。

技术总结

本发明提供了一种基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统，属于桥梁技术领域，该基于51单片机的桥梁无线传感器监测系统包括蓝牙模块、51单片机、稳压模块、继电器、可以充电的锂电池、无线传感器、太阳能电池板、计时器，锂电池安装在无线传感器内；无线传感器还包括多个具有压电晶体的压力传感器，所述压力传感器电连接有压力电源，蓝牙模块电连接所述51单片机，51单片机与所述稳压模块、计时器、继电器；太阳能电池板与无线传感器所述锂电池电连接，锂电池与所述无线传感器电连接，太能电池板之间与各个模块电连接有稳压模块，通过上述设置解决桥梁结构监测系统永临结合无线传感器监测时长不足以及无法随意开关的问题。测时长不足以及无法随意开关的问题。测时长不足以及无法随意开关的问题。