混凝土流量监控系统的设计

龙源期刊网混凝土流量监控系统的设计作者：梁旭王红来源：《科学与财富》2018年第34期摘要：混凝土是现代建筑业重要的建筑材料。随着建筑增多，混凝土的需求量也日渐增大，如何精准的监控混凝土的流量就成为了亟待解决的问题。在混凝土的流量监控中，需要构建无线传感网络，基于ZigBee技术实现监测数据的传递。本文主要阐述了混凝土流量监控系统的系统结构和系统中采用的通信技术。关键词：ZigBee；电磁流量计；混凝土；流量监控1引言生产预制混凝土构件的公司在浇筑模型时需要对所用的混凝土量进行监测，但检测设备的价格较高，所以中小型的公司仍然主要通过管道直径及水泵送出压力值计算混凝土的流量。此方法精度低仍需大量员工现场操作。该项目在了解各类传感器特点的基础上，研究混凝土构成及特点，设计用于检测混凝土流量的传感器系统，可实现对所出混凝土量及剩余混凝土量的计算，对提高生产预制混凝土构件公司的生产效率及降低产品成本有积极的意义。2混凝土概述2.1混凝土混凝土，简称为“砼”，是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料，与水（可含外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。2.2常用混凝土配比及相关参数混凝土配合比是指混凝土中各组成材料之间的比例关系。混凝土配合比通常用每立方米混凝土中各种材料的质量来表示，或以各种材料用料量的比例表示（水泥的质量为1）。设计混凝土配合比的基本要求：（1）满足混凝土设计的强度等级。（2）满足施工要求的混凝土和易性。（3）满足混凝土使用要求的耐久性。龙源期刊网（4）满足上述条件下做到节约水泥和降低混凝土成本。从表面上看，混凝土配合比计算只是水泥、砂子、石子、水这四种组成材料的用量。实质上是根据组成材料的情况，确定满足上述四项基本要求的三大参数：水灰比、单位用水量和砂率。混凝土按强度分成若干强度等级，混凝土的强度等级是按立方体抗压强度标准值划分的。立方体抗压强度标准值是立方抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%，即有95%的保证率。混凝土的强度分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等十二个等级。混凝土配合比是指混凝土中各组成材料（水泥、水、砂、石）之间的比例关系。有两种表示方法：一种是以1立方米混凝土中各种材料用量；另一种是用单位质量的水泥与各种材料用量的比值及混凝土的水灰比来表示。例如：3系统设计3.1系统结构混凝土流量监控系统主要由数据采集设备、数据处理中心和数据查看终端构成。为精确、实时测量混凝土流量，本系统采用电磁流量计进行混凝土流量的监测，配合微处理器进行数据的处理和发送。电磁流量计可将混凝土的流量转换为电压信号，再经过激励线圈产生感应电势，感应电势被送到转换器进行信号的处理。经过处理的信号通过微处理器的收发模块，利用ZigBee技术发送到本地服务器，进行数据的实时处理和分析。本地服务器主要任务是通过混凝土搅拌车流量数据计算车内剩余混凝土体积和剩余出料时间，结合工程本阶段所需混凝土数量对混凝土运输车辆进行合理调配。现场施工人员可以通过手机电脑等终端设备查看实时数据，及时安排工作，节省施工时间，保证项目及时完工。下图1是混凝土流量监控系统的系统结构图如图1所示：2.2微处理器微处理器选用Chipcon公司出品的CC2430。CC2430由CC2420芯片升级而来。CC2420是其早期出品的一款硬件射频无线电芯片，硬件上使用针对2.4GHzIEEE802.15.4标准设计的RF收发器，在业界是较为领先的。该收发器可配合其它芯片厂商生产的微处理进行搭建系统，构建无线模块，因为其专门为符合IEEE802.15.4标准设计的芯片，所以功能上区别于其他类型的无线收发器。CC2430这款芯片包含了一颗8051内核、CC2420无线电内核，及相关功能部件，是一个新型的无线传感器网络应用硬件方案。其减少了一个微处理器芯片，同时增加了集成度和可靠性，集成了必然降低整体功耗。2.3ZigBee技术龙源期刊网标准上经过改进和发展得到常用的无线网络标准技术。主要选用在低功耗，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长；低成本，每块芯片的价格大约为2美元；短时延，ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s；高容量，ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网；免执照频段，使用工业科学医疗（ISM）频段，915MHz（美国），868MHz（欧洲），2.4GHz（全球）。3总结与展望该系统利用无线传感器节点和无线通信技术，可以实现精确实时的监测混凝土搅拌车的出料情况，从而计算出剩余混凝土的体积和出料时间，为施工人员提供了便利，同时能够节省工程成本，合理安排施工时间。因施工现场情况复杂，干扰因素较多，会出现系统不稳定的情况，这一问题将会在日后的研究中进行改进，希望本系统能够真正应用于生产生活中，为施工带来便利。参考文献：[1]张昊.低功耗电池供电的电磁流量计研究与设计[D].天津大学，2016.[2]沙永健.无线传感器网络在温室监测系统中的应用[D].东华大学，2015.[3]和亮.冲量式固体流量计的计量监控及波动原因.水泥工程1（2017）：72-73..作者简介：梁旭，山东协和学院计算机学院2015级学生，物联网工程专业*项目基金：2017年国家级大学生创新创业训练计划项目（项目名称：混凝土流量监控系统的设计，项目编号：201713324082）