基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型是一種用于管道運輸系統(tǒng)的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。系統(tǒng)包括陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的采集器、硬件通信結(jié)點、結(jié)點之間的通信；系統(tǒng)在每一條管線布設(shè)了一個線性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，于每條管線的起始位置安置數(shù)據(jù)接入Sink結(jié)點，在管線上需要采集陰極保護數(shù)據(jù)的位置布設(shè)數(shù)據(jù)采集終端ED結(jié)點；在Sink結(jié)點處布設(shè)管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫與其有輸入、輸出連接，并接有低級用戶的輸出；如此的多個管線之管理系統(tǒng)輸出接有高級用戶和數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)。本實用新型能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、定時監(jiān)控及管理，且能保障網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的靈活性和兼容性以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能的完整性、穩(wěn)定性和健壯性。
【專利說明】基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是一種用于管道運輸系統(tǒng)的安全管理維護的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。涉及金屬材料的一般防蝕、數(shù)據(jù)的識別和管道系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]管道運輸是國民經(jīng)濟的五大運輸方式之一，能源等物資輸送管道通常要穿越漫長的無人地區(qū)，管道信息(如陰極保護電位信息，可用于監(jiān)控金屬運輸管道腐蝕狀況)的準(zhǔn)確采集對保障管道運輸?shù)陌踩院涂煽啃缘确矫嬗兄浅Ｖ匾囊饬x?，F(xiàn)有的能源輸送管道的監(jiān)控和管理仍然以人工為主，數(shù)據(jù)采集成本巨大，數(shù)據(jù)管理成本較高，困難較多。因此，建立強大、智能的自動監(jiān)控管理體系是最新管道監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的方向。
[0003]現(xiàn)實的需求是推動新技術(shù)發(fā)展的動力，近兩年來，迅速發(fā)展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(ffSN:ffireless Sensor Network)極大地擴展了現(xiàn)有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，為解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集方式提供了新的思路。WSN通常是由部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器結(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到管道運輸?shù)年帢O保護數(shù)據(jù)自動監(jiān)控管理系統(tǒng)中，可以大大降低數(shù)據(jù)監(jiān)控成本，在無持續(xù)能源供給的惡劣環(huán)境中實現(xiàn)陰極保護數(shù)據(jù)自動采集監(jiān)控，基于此本發(fā)明給出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，包括陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的采集器，硬件通信結(jié)點，結(jié)點之間的通信協(xié)議，以及陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)上位機管理軟件的設(shè)計。
[0004]CN102186258A公開了一種基于線形長距離的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議方法，但網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的靈活性和兼容性以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能的完整性、穩(wěn)定性和健壯性都不太理想。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是設(shè)計一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的、能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、定時監(jiān)控及管理的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。
[0006]為了克服現(xiàn)有管道運輸中數(shù)據(jù)采集、管道監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理都是以低效率的人工方式進行的局限，在對管道運輸安全管理的需求進行分析以后，本實用新型開發(fā)了一套基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的采集器、硬件通信結(jié)點、結(jié)點之間的通信。
[0007]本發(fā)明系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示，系統(tǒng)在每一條管線布設(shè)了一個線性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，于每條管線的起始位置安置數(shù)據(jù)接入結(jié)點(以下簡稱Sink結(jié)點，如圖1所示)，在管線上需要采集陰極保護數(shù)據(jù)的位置布設(shè)數(shù)據(jù)采集終端結(jié)點(以下簡稱ED結(jié)點，如圖1所示)。在Sink結(jié)點處布設(shè)管理系統(tǒng)，所以Sink節(jié)點是管理系統(tǒng)中單管線無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理者，該管理系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫與其有輸入、輸出連接，并接有低級用戶的輸出。如此的多個管線之管理系統(tǒng)輸出接有高級用戶和數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)。[0008]其中:
[0009]所述陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器是一款基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、工作在391MHz-464MHz頻段、具有3_5公里傳輸能力的大功率硬件通信結(jié)點；本結(jié)點以德州儀器芯片CClllO為基礎(chǔ)，采用時分復(fù)用工作方式，整個系統(tǒng)主要由太陽能供電模塊、射頻收發(fā)器CC1110、下行鏈路(主要包括由射頻前端功放、3db電橋組成的平衡功率放大器)、上行鏈路(主要包括低噪聲放大器)以及射頻開關(guān)組成，如圖2所示；太陽能供電模塊接射頻收發(fā)器CCl 110，射頻收發(fā)器CCl 110中的數(shù)據(jù)存儲器接數(shù)據(jù)采集器輸出，射頻收發(fā)器CCl 110差分接口接阻抗變換器，阻抗變換器與第一射頻開關(guān)互有輸入和輸出連接；第一射頻開關(guān)輸出接包括由射頻前端功放、3db電橋組成的平衡功率放大器的下行鏈路，下行鏈路再接第二射頻開關(guān)后接收發(fā)天線；第二射頻開關(guān)輸出經(jīng)主要包括低噪聲放大器的上行鏈路接第一射頻開關(guān)；其中，在下行鏈路采用的平衡式放大器，是實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信所需功率的關(guān)鍵設(shè)計；
[0010]所述陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的結(jié)點之間通信協(xié)議是用來實現(xiàn)適用于能源管道運輸環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的保障通信；該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞植蓟緸榫€形(直線或曲線，沒有交叉或重疊)，具有跨度范圍長、傳感器結(jié)點密度低等特點；
[0011]所述陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的上位機管理軟件的系統(tǒng)用戶分為五個級別:管理員級、總控級、站場級、管線級和保護站級，級別從高到低；該管理軟件包括用戶管理模塊，結(jié)點管理模塊，各級結(jié)點拓?fù)鋱D模塊，數(shù)據(jù)的處理和分析模塊，各級數(shù)據(jù)庫的備份和上傳模塊以及硬件控制模塊；所述的用戶管理模塊基于該系統(tǒng)的管理特性，設(shè)計了五個級別的用戶，分別為管理員級、總控級、站場級、管線級和保護站級，而管理員級的用戶能對其他各個級別的用戶進行添加、刪除、修改和顯示用戶信息這幾個功能。
[0012]本實用新型能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、定時監(jiān)控及管理。提高了管道運輸管理效率，保證了管道運輸?shù)陌踩浴?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖
[0014]圖2采集器硬件通信結(jié)點結(jié)構(gòu)圖
【具體實施方式】
[0015]為了更好的理解本實用新型的上述技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖進行進一步的詳細(xì)描述。
[0016]實施例.本例主要用來實現(xiàn)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動采集、定時監(jiān)控和管理等功能，以保障管道運輸安全運行，其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，每一條管線布設(shè)一個線性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在Sink結(jié)點處布設(shè)上位機管理軟件。管理人員可通過上位機管理軟件向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的Sink結(jié)點發(fā)出網(wǎng)絡(luò)控制指令，由Sink結(jié)點將控制指令發(fā)送至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，各結(jié)點接收指令并執(zhí)行，最終將執(zhí)行結(jié)果進行打包處理，通過多跳接力方式將獲取數(shù)據(jù)返回給Sink結(jié)點，并由Sink結(jié)點通過硬件控制模塊的串口或USB接口將數(shù)據(jù)上傳至上位機管理軟件進行管理。如圖1所示，本發(fā)明根據(jù)具體情況對使用上位機管理軟件的用戶設(shè)定不同權(quán)限，不同的用戶登陸管理系統(tǒng)只能管理自己權(quán)限以內(nèi)的管道數(shù)據(jù)。設(shè)計的各級數(shù)據(jù)庫備份和上傳模塊在不連網(wǎng)時備份本地數(shù)據(jù)，在聯(lián)網(wǎng)時則將本地數(shù)據(jù)上傳至它的上一級數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)管道陰極保護數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離可靠自動米集、傳輸及管理。
[0017]本例中采集器硬件通信結(jié)點結(jié)構(gòu)如圖2所示。太陽能供電模塊是一個高效的供電系統(tǒng)，整個供電模塊由太陽能電池板、充電管理電路、充電電池組(鋰電池)、穩(wěn)壓電路、防雷擊電路組成；射頻收發(fā)器CClllO是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理的核心，它負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)采集器進行數(shù)據(jù)通信，并完成數(shù)據(jù)打包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)校驗，發(fā)射功率控制、系統(tǒng)待機/喚醒、實現(xiàn)跳頻等功能；下行鏈路主要有射頻前端功放、3db電橋組成，它是實現(xiàn)結(jié)點遠(yuǎn)距離通信的關(guān)鍵?？梢允沟媒Y(jié)點比單獨使用一片功率放大器時的發(fā)射功率提高3dB，提高了發(fā)射功率較小的功率放大器的應(yīng)用范圍，使得系統(tǒng)最大發(fā)射功率達到5.3W ;系統(tǒng)通信接口使用國際標(biāo)準(zhǔn)的I2C通信協(xié)議，通過I2C總線接口與油氣管道陰極保護數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以進行數(shù)據(jù)互聯(lián)互通；射頻開關(guān)是由CClllO芯片I/O 口通過射頻開關(guān)控制電路對結(jié)點收/發(fā)通路進行選擇，可以滿足不同功率傳輸下的設(shè)計要求。
[0018]本例經(jīng)試驗，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、定時監(jiān)控及管理；提高了管道運輸管理效率，保證了管道運輸?shù)陌踩浴?br> 【權(quán)利要求】
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的采集器、硬件通信結(jié)點、結(jié)點之間的通信；系統(tǒng)在每一條管線布設(shè)了一個線性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，于每條管線的起始位置安置數(shù)據(jù)接入Sink結(jié)點，在管線上需要采集陰極保護數(shù)據(jù)的位置布設(shè)數(shù)據(jù)采集終端ED結(jié)點；在Sink結(jié)點處布設(shè)管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫與其有輸入、輸出連接，并接有低級用戶的輸出；如此的多個管線之管理系統(tǒng)輸出接有高級用戶和數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的采集器是一款基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、工作在391MHz-464MHz頻段、具有3_5公里傳輸能力的大功率硬件通信結(jié)點；本結(jié)點以德州儀器芯片CClllO為基礎(chǔ)，采用時分復(fù)用工作方式，整個系統(tǒng)主要由太陽能供電模塊、射頻收發(fā)器CC1110、主要包括由射頻前端功放、3db電橋組成的平衡功率放大器的下行鏈路、主要包括低噪聲放大器的上行鏈路以及射頻開關(guān)組成；太陽能供電模塊接射頻收發(fā)器CC1110，射頻收發(fā)器CCl 110中的數(shù)據(jù)存儲器接數(shù)據(jù)采集器輸出，射頻收發(fā)器CCl 110差分接口接阻抗變換器，阻抗變換器與第一射頻開關(guān)互有輸入和輸出連接；第一射頻開關(guān)輸出接包括由射頻前端功放、3db電橋組成的平衡功率放大器的下行鏈路，下行鏈路再接第二射頻開關(guān)后接收發(fā)天線；第二射頻開關(guān)輸出經(jīng)主要包括低噪聲放大器的上行鏈路接第一射頻開關(guān)；所述下行鏈路采用的是平衡式放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的結(jié)點之間采用直線或曲線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞植冀Y(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H04W84/18GK203422833SQ201320319856
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】薛致遠(yuǎn), 徐承偉, 陳洪源, 趙君, 畢武喜, 郭正虹, 陳新華, 姜有文, 徐華天, 吳長訪, 劉文會, 陳振華, 趙晉云, 張豐 申請人:中國石油天然氣股份有限公司