[发明专利]级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置及计算方法

说明书

本发明公开了级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置及计算方法，属于建筑安全检测技术领域，级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置包括无线采集器、倾角计及RS485连接线，倾角计通过RS485总线级联多个节点组网，总线被无线采集器轮询采集上传到云平台，每个倾角计节点有不同的寄存器物理地址来区分，本发明的有益效果为可在三维空间、多节点组网监测，应用在各种崩塌坠落等场景下监测物体倾斜形变安全，并及时预警预报，通过内置的嵌入式算法可灵活对任意安装姿态进行判决，并自动选择最佳的稳定性判断算法，对于突变的崩塌情况可以第一时间本地声光报警。

技术领域

本发明涉及建筑安全监测，更具体地说，它涉及级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置及计算方法。

背景技术

市面上对建筑安全监测时，在进行布置监测安装点时，三维空间需要有不同方向的形变监测方法，缺乏一套设备可以兼顾各个方向形变的全面监控装置和嵌入式计算方法；而单节点倾角计监测的设备很难全面反应被监测体物形变特征，若在被监测体布置若干多个单体倾角计，每台设备均需要无线组网、供电、信号处理成本提高；

市面上倾角计对安装的初始姿态、放置方向有要求，缺乏一种可以兼顾任意安装监测的计算方法。

市面上倾角计大多通过无线传输到云平台进行分析、预警预报；有些危险物崩塌非常迅速，由于其加速破坏阶段时间短，传统方法很难达到早期预警的目的。如危岩坠落，只有数秒的时间，来不及传输到云平台处理，必须有本地嵌入式分析能力和及时警报躲避功能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种解决背景技术中所述问题的级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置及计算方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置，包括无线采集器、倾角计及RS485连接线，倾角计通过RS485总线级联多个节点组网，总线被无线采集器轮询采集上传到云平台，每个倾角计节点有不同的寄存器物理地址来区分。

进一步的，监测装置还包括与倾角计电性连接的扬声器和报警灯，倾角计包括微处理器、灯光驱动电路模块、扬声器驱动电路模块、三轴的MEMS加速度计、无线通信模块及电源模块，当倾角计三轴角度与初始姿态角度有明显变化时，微处理器会唤醒无线通信模块向云平台报告并驱动扬声器、报警灯本地报警。

进一步的，倾角计由三轴的MEMS 加速度计构成，三维空间任意姿态可以通过倾角计的三个角度来表征：

R（Roll）表示水平面与加速度计x轴之间的夹角，也反映了设备沿y轴旋转的角度；

P（Pitch）表示水平面与加速度计y轴之间的夹角，也反映了设备沿x轴旋转的角度；

Y（Yaw）表示重力矢量与z轴之间的夹角，反映了重力因素产生的倾角；

当位于x和y轴的0 g以及z轴的1g初始位置时，所有计算的角度均为0°；

P,R,Y 三维角度的计算方法如下：

（1）

（2）

（3）

其中，atan2（y,x）是基于arctan()的函数，值域为-180°~180°，

。

进一步的，对于地面不均匀沉降监测：当地面支撑的持力层发生不均匀的沉降或者塌陷时，可将倾角计固定在水平的平面上，z轴竖直；

对于垂直直立面的监测：挡土墙鼓起、岩体的倾倒，可将倾角计固定在垂直的岩土面上，y轴竖直；

对于旋转90°的垂直直立面的形变监测：当多点级联时，固定在垂直的平面上倾角计x轴竖直；

对于监测区域的不规则形态，倾角的初始安装姿态随着岩体土体的形状而固定，可能是任意倾斜的角度。