[实用新型]一种应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无线倾角传感器节点，尤其是涉及一种应用于隧道结构监 测的低功耗无线倾角传感器节点。

背景技术

隧道结构监测对于确保基础设施建设和运营安全至关重要。由于隧道环境恶劣 且不易进入，基于无线传感器网络的隧道结构监测系统正在逐渐代替人工监测，发 挥着重要的作用。

无线传感器网络中传感器节点的能量非常有限，且下隧道更换节点电池明显增 加维护成本，因此能耗问题一直是无线传感器网络的核心问题。当前的传感器节点 主要以电池供电为主。在能量非常有限的情况下，维持较长时间的数据采集、数据 处理和数据传输，必然实现低功耗传感器节点。

隧道管片的倾斜度是隧道结构监测系统中一项重要的监测指标。倾角是一种应 用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点缓变量，其数据采集周期较大。因 此，具有休眠机制的低功耗倾角传感器节点可以有效降低数据采集和数据处理消耗 的能量。传感器节点利用低功耗的ZigBee通信技术完成数据传输。但现有的无线 倾角传感器节点在低功耗和隧道适应性等方面存在不足。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能、高 效的应用于隧道结构监测的低功耗无线倾角传感器节点。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种应用于隧道结构监测的 低功耗无线倾角传感器节点，包括：

倾角传感器；

光继电器：与所述的倾角传感器连接；

控制模块：分别连接所述的光继电器和倾角传感器；

通信模块：包括相互连接的天线和ZigBee通信模块，所述的ZigBee通信模块 与控制模块连接；

电源模块：分别连接所述的通信模块和控制模块；

所述的倾角传感器、光继电器、ZigBee通信模块和电源模块由设备壳体封装， 所述的天线设置在所述的设备壳体外部。

所述的控制模块为MCU处理芯片。

所述的MCU处理芯片为MCU-ATmega16芯片。

所述的电源模块包括干电池和锂电池，所述的干电池与所述的ZigBee通信模 块连接，所述的锂电池与所述的控制模块连接。

所述的ZigBee通信模块为CC2530芯片。

所述的光继电器是型号为TLP171A的光继电器。

所述的倾角传感器安装在所述的设备壳体内壁上。

所述的倾角传感器安装在与天线所在面相邻的内壁上或所述的倾角传感器安 装在与天线所在面相对的内壁上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型的倾角传感器在设备壳体内有两种安装方式，适用于隧道结 构监测，根据不同的倾角传感器位置实现两种不同倾角方向的测量，包括测量隧道 轴向和径向的管片倾斜度；

(2)本实用新型通过MCU处理芯片控制光继电器进而控制倾角传感器的通 断，实现节点低功耗功能，延迟了节点使用时间；

(3)本实用新型采用的型号为TLP171A的光继电器，体积小、功耗低，有处 于实现无线倾角传感器的低功耗运行；

(4)本实用新型采用的CC2530芯片具有不同的运行模式，使得它尤其适应 超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗；

(5)本实用新型采用的MCU-ATmega16芯片是基于增强的AVRRISC结构的 低功耗8位CMOS微控制器，其高性能、低功耗的特点保证了无线传感器节点的 低功耗运行。

附图说明

图1为无线倾角传感器节点的结构框图；

图2为无线倾角传感器节点的安装示意图；

图3为倾角传感器安装在与天线所在面相邻的内壁上时，无线倾角传感器节 点的安装示意图；

图4为倾角传感器安装在与天线所在面相对的内壁上时，无线倾角传感器节 点的安装示意图；

图5为无线倾角传感器节点用于隧道检测时的安装示意图；

图6为安装环上安装两个无线倾角传感器节点的结构示意图；

图7为安装环上安装四个无线倾角传感器节点的结构示意图；