CN111428833B - 一种基于区块链的桥梁施工监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链的桥梁施工监测系统，包括RFID标签、RFID读写设备和计算机监控终端，RFID读写设备包括天线、信号处理单元、微处理器和无线模块，无线模块用于RFID读写设备与计算机监控终端之间形成远程通讯，信号处理单元包括接收信号滤波电路、双通道放大调节电路、故障保护电路和数字解码电路，接收信号滤波电路对耦合线圈L1的输出信号进行自动调谐，避免接收信号的中心频率偏移或频率特性畸变；双通道放大调节电路降低后级电路处理存在的数模之间干扰，并运用双T滤波器消除电源噪声，同时可有效消除外部电磁噪声，故障保护电路在发生持续的浪涌电压时及时对异常高压进行泄放，对RFID读写设备起到很好的保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工监测技术领域，特别是涉及一种基于区块链的桥梁施工监测系统。
背景技术
桥梁施工现场中通过定位监测来实现对施工人员密度控制和施工设备的调度，随着区块链逐步深入和应用于桥梁施工监测，基于区块链的桥梁施工监测系统实现对不同区域的桥梁施工现场定位数据分布式存储、点对点传输，使桥梁施工监测更加方便、功能更加完备。目前，桥梁施工主要通过RFID设备来实现人员和设备的位置监测，RFID设备通过远距离、非接触式采集设置在施工人员和施工设备上的RFID电子标签的信息，实现人员和设备在移动状态下的自动识别，从而实现目标的自动化监测管理。RFID设备在对标签信息读取时，需要很灵敏地侦测到小的输入信号，而RFID设备内部电路所产生的噪声会造成整个系统不稳定，例如供电噪声、电磁噪声和数模之间干扰等。外部雷电或静电也会对RFID设备内部电路带来高压尖峰噪声量来阻断正常信号的接收，甚至会损坏设备，影响整个桥梁施工监测系统正常工作。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种基于区块链的桥梁施工监测系统。
其解决的技术方案是：一种基于区块链的桥梁施工监测系统，包括RFID标签、RFID读写设备和计算机监控终端，RFID读写设备包括天线、信号处理单元、微处理器和无线模块，无线模块用于RFID读写设备与计算机监控终端之间形成远程通讯，所述信号处理单元包括接收信号滤波电路、双通道放大调节电路、故障保护电路和数字解码电路，所述接收信号滤波电路包括耦合线圈L1，所述耦合线圈L1对所述天线接收到的信号进行耦合后送去滤波，然后经三极管VT1放大后分两路输出到所述双通道放大调节电路中进行处理；所述双通道放大调节电路包括运放器U1，运放器U1的同相输入端通过电容C6连接三极管VT1的集电极，运放器U1的反相输入端、输出端连接电阻R6的一端和变阻器RP1的引脚1，电阻R6的另一端连接电阻R7、电容C9的一端，变阻器RP1的引脚2接地，变阻器RP1的引脚3通过电容C7连接电阻R8、电容C8的一端，电阻R7、电容C8的另一端连接运放器U2A的同相输入端，运放器U2A的反相输入端、输出端通过电阻R9连接运放器U2B的同相输入端和电阻R10的一端，运放器U2A的反相输入端、输出端连接电阻R8、电容C9的另一端，电阻R10的另一端接地；还包括电容C11，电容C11的一端连接三极管VT1的发射极，电容C11的另一端连接电阻R11、电容C12的一端，电阻R11的另一端通过电感L3连接电阻R12、电容C13、TVS管D4的一端和三极管VT2的发射极，电容C12的另一端连接电阻R12、TVS管D4的另一端、电容C14的一端和三极管VT2的基极，电容C13、C14的另一端接地，三极管VT2的集电极通过电阻R13连接运放器U2A的输出端和电容C15的一端，电容C15的另一端接地；所述故障保护电路包括运放器U3，运放器U3的同相输入端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极通过电容C16连接电阻R14、R15的一端，电阻R14的另一端连接运放器U2B的同相输入端，电阻R15的另一端接地，运放器U3的反相输入端连接电阻R16、R17的一端，电阻R16的另一端连接+5V电源，电阻R17的另一端接地，运放器U3的输出端通过电阻R18连接电容C17的一端和MOS管Q1的栅极，电容C17的另一端接地，MOS管Q1的漏极通过电阻R5连接三极管VT1的集电极，MOS管Q1的源极接地；所述数字解码电路包括运放器U4和解码器，运放器U4对所述双通道放大调节电路的输出信号进行数字恢复后送入所述解码器中识别。
优选的，所述接收信号滤波电路包括二极管D1、D2，二极管D1的阳极连接耦合线圈L1的一端，并通过并联的电容C1、C2连接电阻R2、R4、电容C4的一端，电阻R2的另一端连接电阻R3、电容C5的一端和+5V电源，电容C5的另一端接地，电阻R3的另一端通过电感L2连接三极管VT1的发射极，电阻R4的另一端连接三极管VT1的基极，电容C4的另一端接地，二极管D1的阴极连接D2的阳极，并依次通过电阻R1、电容C3连接三极管VT1的集电极，二极管D2的阴极与耦合线圈L1的另一端接地。
优选的，所述运放器U4的同相输入端通过电容C10连接运放器U2A的输出端，运放器U4的反相输入端连接变阻器RP2的引脚3，变阻器RP2的引脚1通过电阻R19连接+5V电源，变阻器RP2的引脚2接地。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：
1.接收信号滤波电路对耦合线圈L1的输出信号进行自动调谐，同时利用RC滤波准确地还原接收信号，三极管VT1对滤波后的信号进行放大，并在放大过程中加入电容正反馈调节，通过调谐回路的谐振频率并利用回路的滤波特性来达到选频放大的目的，避免接收信号的中心频率偏移或频率特性畸变；
2.双通道放大调节电路运用电压跟随器原理对三极管VT1集电极的输出信号进行隔离输出，降低后级电路处理存在的数模之间干扰，并运用双T滤波器消除电源噪声，同时可有效消除外部电磁噪声，降低雷电或静电引起的尖峰脉冲影响，保证信号的正常接收与处理；
3.采用故障保护电路对双通道放大调节电路的信号进行采样控制，在发生持续的浪涌电压时及时对异常高压进行泄放，对RFID读写设备起到很好的保护作用。
附图说明
图1为本发明信号处理单元的电路原理图。
图2为本发明的控制原理框图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
一种基于区块链的桥梁施工监测系统，包括RFID标签、RFID读写设备和计算机监控终端，RFID读写设备包括天线、信号处理单元、微处理器和无线模块，无线模块用于RFID读写设备与计算机监控终端之间形成远程通讯。
如图1所示，信号处理单元包括接收信号滤波电路、双通道放大调节电路、故障保护电路和数字解码电路。接收信号滤波电路包括耦合线圈L1，耦合线圈L1对天线接收到的信号进行耦合后送去滤波。接收信号滤波电路的具体结构包括二极管D1、D2，二极管D1的阳极连接耦合线圈L1的一端，并通过并联的电容C1、C2连接电阻R2、R4、电容C4的一端，电阻R2的另一端连接电阻R3、电容C5的一端和+5V电源，电容C5的另一端接地，电阻R3的另一端通过电感L2连接三极管VT1的发射极，电阻R4的另一端连接三极管VT1的基极，电容C4的另一端接地，二极管D1的阴极连接D2的阳极，并依次通过电阻R1、电容C3连接三极管VT1的集电极，二极管D2的阴极与耦合线圈L1的另一端接地。
接收信号滤波电路中二极管D1、D2的作用是利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器变容二极管与反向偏压件，有效地对耦合线圈L1的输出信号进行自动调谐。同时，电容C1、C2、C4与电阻R2、R4形成RC滤波网络对耦合线圈L1的输出信号进行准确的频率选择，从而准确地还原接收信号。三极管VT1对滤波后的信号进行放大，电容C3在放大过程中起到正反馈的作用，通过调谐回路的谐振频率并利用回路的滤波特性来达到选频放大的目的，避免接收信号的中心频率偏移或频率特性畸变。
经三极管VT1放大后分两路输出到双通道放大调节电路中进行处理，双通道放大调节电路包括运放器U1，运放器U1的同相输入端通过电容C6连接三极管VT1的集电极，运放器U1的反相输入端、输出端连接电阻R6的一端和变阻器RP1的引脚1，电阻R6的另一端连接电阻R7、电容C9的一端，变阻器RP1的引脚2接地，变阻器RP1的引脚3通过电容C7连接电阻R8、电容C8的一端，电阻R7、电容C8的另一端连接运放器U2A的同相输入端，运放器U2A的反相输入端、输出端通过电阻R9连接运放器U2B的同相输入端和电阻R10的一端，运放器U2A的反相输入端、输出端连接电阻R8、电容C9的另一端，电阻R10的另一端接地。其中，运放器U1运用电压跟随器原理对三极管VT1集电极的输出信号进行隔离输出，从而使后级电路与接收信号滤波电路形成电气隔离，降低后级电路处理存在的数模之间干扰。由于射频电路对电源噪声相当敏感，因此将运放器U1的输出信号送入RC元件组成的双T滤波器中进行调节，同时加入运放器U2A、U2B构成运放正反馈滤波网络，有效提高双T滤波器的Q值，从而对电源噪声引起的毛刺电压和其他高频谐波有很好地抑制作用。
双通道放大调节电路还包括电容C11，电容C11的一端连接三极管VT1的发射极，电容C11的另一端连接电阻R11、电容C12的一端，电阻R11的另一端通过电感L3连接电阻R12、电容C13、TVS管D4的一端和三极管VT2的发射极，电容C12的另一端连接电阻R12、TVS管D4的另一端、电容C14的一端和三极管VT2的基极，电容C13、C14的另一端接地，三极管VT2的集电极通过电阻R13连接运放器U2A的输出端和电容C15的一端，电容C15的另一端接地。由于RFID读写设备在接收微弱的射频信号时受到外界干扰影响较大，因此采用电容C11与电感L2形成LC并联谐振来消除外部电磁噪声杂波干扰。然后由电阻R11、电容C12与电感L3形成的阻抗对LC滤波后的信号进行匹配，在均匀放大有用信号的同时又能有效地抑制频带以外的无用信号。当RFID读写设备内部电路遭受雷电或静电影响时，TVS管D4可以有效地对尖峰脉冲电压进行缓冲抑制，然后经电容低通降噪后送入三极管VT2中放大，从而对信号的读取过程起到很好的保护作用。
由于TVS管D4所能承受的瞬态脉冲是不重复的，为了避免持续的浪涌电压造成RFID读写设备电路故障，采用故障保护电路对双通道放大调节电路的信号进行采样控制。故障保护电路的具体结构包括运放器U3，运放器U3的同相输入端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极通过电容C16连接电阻R14、R15的一端，电阻R14的另一端连接运放器U2B的同相输入端，电阻R15的另一端接地，运放器U3的反相输入端连接电阻R16、R17的一端，电阻R16的另一端连接+5V电源，电阻R17的另一端接地，运放器U3的输出端通过电阻R18连接电容C17的一端和MOS管Q1的栅极，电容C17的另一端接地，MOS管Q1的漏极通过电阻R5连接三极管VT1的集电极，MOS管Q1的源极接地。其中，电阻R14与电阻R15运用电阻分压原理对运放器U2B同相输入端的电压进行采样，然后经电容C16耦合和二极管D3单向导通后送入运放器U3中。电阻R16与电阻R17运用电阻分压原理在运放器U3的反相输入端形成阈值电压，运放器U3运用比较器原理对采样电压进行比较输出，当存在持续的浪涌电压干扰时，双通道放大调节电路中存在持续的异常高压信号，因此采样电压值也会随之增大超出阈值电压，从而使运放器U3翻转输出高电平信号，该高电平信号控制MOS管栅极得电导通，继而将三极管VT1的输出异常高压泄放至大地，使电路内部产生的浪涌电压得电及时控制，有效避免设备内部电路产生故障损坏。
数字解码电路包括运放器U4和解码器，运放器U4对双通道放大调节电路输出的模拟信号进行数字恢复后送入解码器中识别。运放器U4的同相输入端通过电容C10连接运放器U2A的输出端，运放器U4的反相输入端连接变阻器RP2的引脚3，变阻器RP2的引脚1通过电阻R19连接+5V电源，变阻器RP2的引脚2接地。
本发明在具体使用时，将一个或者多个桥梁施工场地内的施工人员或施工设备进行同步监测，如图2所示。在桥梁施工场地的各个通道内设置RFID读写设备，当施工人员或施工设备通过该通道时，RFID读写设备会读取到相应的RFID标签信息，该RFID标签信息通过耦合线圈L1转换为电信号，然后利用RC滤波准确地还原接收信号，三极管VT1对滤波后的信号进行放大，并在放大过程中加入电容正反馈实现选频，避免接收信号的中心频率偏移或频率特性畸变。双通道放大调节电路运用电压跟随器原理对三极管VT1集电极的输出信号进行隔离输出，降低后级电路处理存在的数模之间干扰，并运用双T滤波器消除电源噪声，同时可有效消除外部电磁噪声，降低雷电或静电引起的尖峰脉冲影响，保证信号的正常接收与处理。采用故障保护电路对双通道放大调节电路的信号进行采样控制，在发生持续的浪涌电压时及时对异常高压进行泄放，对RFID读写设备起到很好的保护作用。数字解码电路对双通道放大调节电路输出的模拟信号进行数字恢复后送入解码器中识别、解码，然后送入微处理器中进行数据处理，微处理器将处理后的定位数据信息通过无线模块发送到计算机监控终端，以实现对识别信息的采集、处理及远程传送等数据管理功能。计算机监控终端可以通过无线通信网络将各个RFID读写设备连接起来，构成总控制信息平台，根据不同的需求实现不同的应用功能。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于区块链的桥梁施工监测系统，包括RFID标签、RFID读写设备和计算机监控终端，RFID读写设备包括天线、信号处理单元、微处理器和无线模块，无线模块用于RFID读写设备与计算机监控终端之间形成远程通讯，其特征在于：所述信号处理单元包括接收信号滤波电路、双通道放大调节电路、故障保护电路和数字解码电路，所述接收信号滤波电路包括耦合线圈L1、三极管VT1和二极管D1、D2，所述耦合线圈L1对所述天线接收到的信号进行耦合后送去滤波，二极管D1的阳极连接耦合线圈L1的一端，并通过并联的电容C1、C2连接电阻R2、R4、电容C4的一端，电阻R2的另一端连接电阻R3、电容C5的一端和+5V电源，电容C5的另一端接地，电阻R3的另一端通过电感L2连接三极管VT1的发射极，电阻R4的另一端连接三极管VT1的基极，电容C4的另一端接地，二极管D1的阴极连接D2的阳极，并依次通过电阻R1、电容C3连接三极管VT1的集电极，二极管D2的阴极与耦合线圈L1的另一端接地，经三极管VT1放大后信号分两路输出到所述双通道放大调节电路中进行处理；
所述双通道放大调节电路包括运放器U1，运放器U1的同相输入端通过电容C6连接三极管VT1的集电极，运放器U1的反相输入端、输出端连接电阻R6的一端和变阻器RP1的引脚1，电阻R6的另一端连接电阻R7、电容C9的一端，变阻器RP1的引脚2接地，变阻器RP1的引脚3通过电容C7连接电阻R8、电容C8的一端，电阻R7、电容C8的另一端连接运放器U2A的同相输入端，运放器U2A的反相输入端、输出端通过电阻R9连接运放器U2B的同相输入端和电阻R10的一端，运放器U2B的反相输入端、输出端连接电阻R8、电容C9的另一端，电阻R10的另一端接地；
还包括电容C11，电容C11的一端连接三极管VT1的发射极，电容C11的另一端连接电阻R11、电容C12的一端，电阻R11的另一端通过电感L3连接电阻R12、电容C13、TVS管D4的一端和三极管VT2的发射极，电容C12的另一端连接电阻R12、TVS管D4的另一端、电容C14的一端和三极管VT2的基极，电容C13、C14的另一端接地，三极管VT2的集电极通过电阻R13连接运放器U2A的输出端和电容C15的一端，电容C15的另一端接地；
所述故障保护电路包括运放器U3，运放器U3的同相输入端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极通过电容C16连接电阻R14、R15的一端，电阻R14的另一端连接运放器U2B的同相输入端，电阻R15的另一端接地，运放器U3的反相输入端连接电阻R16、R17的一端，电阻R16的另一端连接+5V电源，电阻R17的另一端接地，运放器U3的输出端通过电阻R18连接电容C17的一端和MOS管Q1的栅极，电容C17的另一端接地，MOS管Q1的漏极通过电阻R5连接三极管VT1的集电极，MOS管Q1的源极接地；
所述数字解码电路包括运放器U4和解码器，运放器U4对所述双通道放大调节电路的输出信号进行数字恢复后送入所述解码器中识别。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的桥梁施工监测系统，其特征在于：所述运放器U4的同相输入端通过电容C10连接运放器U2A的输出端，运放器U4的反相输入端连接变阻器RP2的引脚3，变阻器RP2的引脚1通过电阻R19连接+5V电源，变阻器RP2的引脚2接地。
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