CN104792407B - 一种电缆管道振动监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力设施维护领域的一种电缆管道振动监测系统，包括监测节点和数据汇集中间站，所述监测节点包括测量单片机、加速度传感器、第一多路可控电源和无线发送装置，所述加速度传感器和所述无线发送装置均与所述测量单片机连接，所述第一多路可控电源分别连接所述测量单片机、所述加速度传感器和所述无线发送装置；所述数据汇集中间站包括：汇集单片机、无线接收装置、GSM通信装置和第二多路可控电源，所述无线接收装置和所述GSM通信装置均与所述汇集单片机连接，所述第二多路可控电源分别连接所述汇集单片机、所述无线接收装置和GSM通信装置。其技术效果是：提高了电缆管道振动监测的效率，保障了供电的安全，利于对于电缆管道的长期监测。

Description

一种电缆管道振动监测系统

技术领域

本发明涉及电力设施维护领域的一种电缆管道振动监测系统。

背景技术

电缆管道是保障电缆线路正常运行的重要设施。随着市政工程、楼宇、路桥等大型工程项目的建设，强夯机、打桩机等各类强振动工程机械的使用日益频繁，对于临近施工现场的电缆管道造成了一定的危害，强烈的振动造成管道破损，出现了渗水现象，地面污水渗入管道内严重腐蚀电缆，引起电缆绝缘变坏等问题。通过对管道周围进行实时振动监测，让电缆设备主人能够及时的获取相关数据信息，从而能够第一时间防止破坏行为的发生。但是目前尚没有能够对管道周围的振动进行监测的相关产品。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种电缆管道振动监测系统，其能够提高电缆管道振动监测的效率，保障了供电的安全，利于对于电缆管道的长期监测。

实现上述目的的一种技术方案是：一种电缆管道振动监测系统，包括监测节点和数据汇集中间站，

所述监测节点包括测量单片机、加速度传感器、第一多路可控电源和无线发送装置，所述加速度传感器和所述无线发送装置均与所述测量单片机连接，所述第一多路可控电源分别连接所述测量单片机、所述加速度传感器和所述无线发送装置；

所述数据汇集中间站包括：汇集单片机、无线接收装置、GSM通信装置和第二多路可控电源，所述无线接收装置和所述GSM通信装置均与所述汇集单片机连接，所述第二多路可控电源分别连接所述汇集单片机、所述无线接收装置和GSM通信装置。

进一步的，所述加速度传感器上设有INT1引脚、SDI1引脚、SDO1引脚、CS1引脚、SCLK1引脚；

所述测量单片机设有第一I/O引脚，SIMO1引脚、SOMI1引脚、STE1引脚、UCLK1引脚、DVCC1引脚、UTXD0引脚、URXD0引脚和第二I/O引脚；

所述无线发送装置上设有：RXD0引脚、TXD0引脚、SET1引脚和VCC1引脚，

所述第一多路可控电源上设有VOUT1引脚、VOUT2引脚和VOUT3引脚,

其中所述测量单片机上的第一I/O引脚，SIMO1引脚、SOMI1引脚、STE1引脚、UCLK1引脚对应连接所述加速度传感器上的INT1引脚、SDI1引脚、SDO1引脚、CS1引脚和SCLK1引脚；

所述测量单片机上的UTXD0引脚、URXD0引脚和第二I/O引脚对应连接所述无线发送装置上的RXD0引脚、TXD0引脚和SET1引脚；

所述第一多路可控电源上的VOUT1引脚、VOUT2引脚和VOUT3引脚对应连接所述测量单片机的DVCC1引脚，所述无线发送装置上的VCC1引脚和所述加速度传感器上的VDD1引脚。

再进一步的，所述加速度传感器上还设有INT2引脚，所述第一多路可控电源上还设有EN引脚，所述INT2引脚连接所述EN引脚。

进一步的，所述汇集单片机上设有URXD1引脚、UTXD1引脚、第三I/O引脚、DVCC2引脚、第四I/O引脚、POWO引脚、URXD2引脚和UTXD2引脚，

所述无线接收装置上设有TXD1引脚、RXD1引脚、SET2引脚和VCC2引脚；

所述第二多路可控电源上设有VOUT4引脚、VOUT5引脚、VOUT5引脚和SET3引脚；

所述GSM通信装置上设有RXD2引脚、TXD2引脚、POWN引脚和VBAT引脚；

所述汇集单片机的URXD1引脚、UTXD1引脚和第三I/O引脚对应连接所述无线数据接收装置的TXD1引脚、RXD1引脚和SET2引脚；

所述汇集单片机的POWO引脚、URXD2引脚和UTXD2引脚对应连接所述GSM通信装置的POWN引脚、TXD2引脚和RXD2引脚；

所述第二多路可控电源的VOUT4引脚连接所述汇集单片机的DVCC2引脚，所述第二多路可控电源的VOUT5引脚连接所述无线接收装置的VCC2引脚，所述第二多路可控电源的VOUT6引脚连接所述GSM通信装置的VBAT引脚，所述第二多路可控电源的SET3引脚连接所述汇集单片机的第四I/O引脚。

再进一步的，所述无线接收装置是德州仪器的CC1101无线传输芯片和亚诺德的ADV611解压缩芯片的集成。

再进一步的，所述第二多路可控电源上集成了亚诺德公司的ADP1741可调型低压差线性稳压器和亚诺德公司的ADP320多路电源输出调节器，所述多路可控电源上的SET3引脚是DP1741可调型低压差线性稳压器和ADP320多路电源输出调节器公用的，所述VOUT4引脚和所述VOUT5引脚位于ADP320多路电源输出调节器上，所述VOUT3引脚位于ADP1741可调型低压差线性稳压器上。

采用了本发明的一种电缆管道振动监测系统的技术方案，包括监测节点和数据汇集中间站，所述监测节点包括测量单片机、加速度传感器、第一多路可控电源和无线发送装置，所述加速度传感器和所述无线发送装置均与所述测量单片机连接，所述第一多路可控电源分别连接所述测量单片机、所述加速度传感器和所述无线发送装置；所述数据汇集中间站包括：汇集单片机、无线接收装置、GSM通信装置和第二多路可控电源，所述无线接收装置和所述GSM通信装置均与所述汇集单片机连接，所述第二多路可控电源分别连接所述汇集单片机、所述无线接收装置和GSM通信装置。其技术效果是：提高了电缆管道振动监测的效率，保障了供电的安全，利于对于电缆管道的长期监测。

附图说明

图1为本发明的一种电缆管道振动监测系统的结构示意图。

图2为本发明的一种电缆管道振动监测系统中监测节点的结构示意图。

图3为本发明的一种电缆管道振动监测系统中数据汇集中间站的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

在工程实用现场，强夯施工过程中夯锤落地瞬间，部分动能转化为冲击波，以夯点为中心通过波的形式向外传播，并引起地表振动，这种振动在一定条件下可能成为振害，影响到电缆管道的安全。

强夯时夯锤以冲击力贯入地基内，能量是通过夯锤底部和侧面以弹性波的应变能形式向外扩散而传递的，能量化为体波和面波传到土里。面波分为压缩波、剪切波和瑞利波。面波中首先压缩波到达，剪切波次之，瑞利波最后。其中振动能量压缩波占7％，剪切波占26％，瑞利波占67％，且体波衰减比瑞利波快。因此，面波成为影响振动程度的主导波，并且随着距离的增加而影响增大。随着夯锤入土深度的增加，强夯振动在地面的影响范围也增大。由于强夯往往是连续施加，当多次重复具有一定振幅的振波叠加就会使土体孔压增加，总应力增大，应变能累积加大，从而引起电缆管道的振动烈度增大。

通过对面波传播的分析可知，地面振动可分为垂直向、水平径向和水平切向。在同一测试点上，水平径向振动最大，垂直向次之，水平切向最小。根据工程现场环境实测，水平径向与电缆管道轴线垂直，对于电缆管道侧面影响最为严重。

本发明的一种电缆管道振动监测系统就是为了解决强夯施工过程中对于电缆管道振动的监测难题的。

请参阅图1，本发明的一种电缆管道振动监测系统，包括若干个监测节点1和一个数据汇集中间站2。监测节点1和数据汇集中间站2之间无线连接。

请参阅图2，监测节点1包括：测量单片机11、加速度传感器12、第一多路可控电源13和无线发送装置14。加速度传感器12、第一多路可控电源13和无线发送装置14均与测量单片机11连接。

本实施例中，加速度传感器12选用了亚诺德公司的ADXL345三轴加速传感器。加速度传感器12的量程可为：+2g、+4g、+8g、+16g，最高分辨率为0.004g。加速度传感器12内置一个32位的先进先出缓冲器，可用于存储测量数据，从而将测量单片机11的负荷降至最低，并降低整体系统功耗；具有敲击检测功能、活动和非活动检测、自由落体检测功能。其中，加速度传感器12上的引脚包括INT2引脚，INT1引脚、SDI1引脚、SDO1引脚、CS1引脚、SCLK1引脚和VDD1引脚。

测量单片机11选用了德州仪器的MSP430F149单片机。MSP430F149单片机运行稳定、可靠、低功耗且功能齐全，因此在电池供电的仪器设备中广泛使用。测量单片机11具有2个16位计数器。测量单片机11还具有捕获和门限功能。测量单片机11内置12位内部ADC转换器；测量单片机11具有48个串行接口，内含两个通用同步/异步串行收发器，可以同时完成两组SPI串行通信以及两组异步串行通信。测量单片机11上设有第一I/O引脚，SIMO1引脚、SOMI1引脚、STE1引脚、UCLK1引脚、DVCC1引脚、UTXD0引脚、URXD0引脚、第二I/O引脚和冗余I/O引脚。

测量单片机11的SIMO1引脚连接加速度传感器12的SDI1引脚，测量单片机11的SOMI1引脚连接加速度传感器12的SDO1引脚，测量单片机11的STE1引脚连接加速度传感器12的CS1引脚，测量单片机11的UCLK1引脚连接加速度传感器12的SCLK1引脚，测量单片机11的第一I/O引脚连接加速度传感器12的INT1引脚。

无线发送装置14采用思为公司的SX1212无线数传芯片，其射频频率范围在300MHz～510MHz且功耗低。SX1212无线数传芯片内部拥有数据速率可达150kb/s的基带处理器，其数据处理器包含了一个64字节的RX和TX数据的FIFO存储器，具有数据封包处理等功能。无线发送装置14通信采用了半双工通信方式，实现多机通信。无线发送装置14的引脚包括：RXD0引脚、TXD0引脚、SET1引脚和VCC1引脚，其中无线发送装置14的RXD0引脚连接测量单片机11的UTXD0引脚、无线发送装置14的TXD0引脚连接测量单片机11的URXD0引脚，无线发送装置14的SET1引脚连接测量单片机11的第二I/O引脚。

加速度传感器12内部设有比较器，加速度传感器12采集周围环境中的振动数据，所述比较器实时与所设定的阈值进行比较，若超出阈值，则加速度传感器12立刻通过中断启动测量单片机11。当测量单片机11正常工作后，加速度传感器12将测试数据通过INT1引脚送至测量单片机11。测量单片机11再通过UTXD0引脚和第一I/O引脚将数据流送至无线发送装置14。无线发送装置14再将数据封包，无线发送至数据汇集中继站2。

第一多路可控电源13能够提高电池供电的效率，进一步降低功耗，第一多路可控电源13控制测量单片机11、加速度传感器12和无线发送装置14的电源供给。当测量单片机11、加速度传感器12或无线发送装置14不需要工作时，就直接切断电源；当需要调用测量单片机11、加速度传感器12或无线发送装置14时，重新启用电源供给。

第一多路可控电源13选用了亚诺德公司的ADP320多路电源输出调节器。亚诺德公司的ADP320多路电源输出调节器采用的是三通道线性稳压器，并设有三个独立的VOUT引脚，即VOUT1引脚、VOUT2引脚和VOUT3引脚，对应连接测量单片机11的DVCC1引脚、无线发送装置14的VCC1引脚和加速度传感器12的VDD1引脚，并对应向测量单片机11、无线发送装置14和加速度传感器12输出高电平信号，具有高电源抑制比和低输出噪声。第一多路可控电源13上VOUT1引脚、VOUT2引脚和VOUT3引脚输出电压的范围在1.8～5.5V之间；第一多路可控电源13上还设有VIN1引脚与GND1引脚。第一多路可控电源13上的VIN1引脚连接电池组的正极，GND1引脚连接电池组的负极。第一多路可控电源13的OUT1引脚、VOUT2引脚和VOUT3引脚的输出电压对应通过一个输入电流为200mA的低压差调节器进行调节的。第一多路可控电源13上的引脚还包括EN引脚，第一多路可控电源13的EN引脚连接加速度传感器12的INT2引脚，使监测节点1能以敲击方式开机。

请参图图3，数据汇集中间站2，包括汇集单片机21、无线接收装置22、GSM通信装置23和第二多路可控电源24。其中，无线接收装置22设有一块解压缩芯片，数据汇集中间站2主要通过无线接收装置22，完成接收监测节点1发送的数据，通过所述解压缩芯片的解包处理后，发送至汇集单片机21中，汇集单片机21再通过GSM通信装置23，将监测节点1发送的数据通过短信，发送至指定的工程技术人员手机中。

本实施例中，汇集单片机21选用德州仪器的MSP430F149单片机，能够充分满足数据汇集中间站2的性能需求。

为匹配监测节点1，无线接收装置22是由德州仪器的CC1101无线传输芯片和亚诺德的ADV611解压缩芯片的集成。

本实施例中，GSM通信装置23选用了亚诺德的SIM900A双频段GSM/GPRS芯片。GSM通信装置23有三种工作模式：正常工作、掉电模式、最小功能模式。

由于GSM通信装置23在发送信号时功率较大，峰值电流可达到2A，需要选用满足最大电流需求的第二多路可控电源24。而汇集单片机21和无线接收装置22均为较低功耗电路，第二多路可控电源24上集成了亚诺德公司的ADP1741可调型低压差线性稳压器和亚诺德公司的ADP320多路电源输出调节器。

针对GSM通信装置23大电流的需求，选用了亚诺德公司的ADP1741可调型低压差线性稳压器,可通过外部分压器在0.75V至3.3V范围内调节输出电压，输出电流高达2A。ADP1741可调型低压差线性稳压器具有高电源抑制比和低噪声特性，仅利用一个4.7μF小型陶瓷输出电容，便可实现线路与负载瞬态响应性能。ADP1741可调型低压差线性稳压器最大输出电流为2A，而关断电流仅为2μA，压差仅为160mV，负载电流为2A；同时具有限流和热过载保护功能。

ADP1741可调型低压差线性稳压器内置一个基准电压源、一个误差放大器、一个反馈分压器和一个PMOS整流管。输出电流经由所述PMOS整流管提供，并受所述误差放大器控制。所述误差放大器比较基准电压与所述反馈分压器输出端输出的反馈电压，并放大该差值。如果所述反馈分压器输出端输出反馈电压低于基准电压，所述PMOS整流管的栅极电压将被拉低，以便通过更多电流，提高输出电压。如果所述反馈分压器输出端输出反馈电压高于基准电压，所述PMOS整流管的栅极电压将被拉高，以便通过更少电流，提高输出电压。

本实施例中，汇集单片机21上设有URXD1引脚、UTXD1引脚、第三I/O引脚、DVCC2引脚、第四I/O引脚、POWO引脚、URXD2引脚和UTXD2引脚，无线接收装置22上设有TXD1引脚、RXD1引脚、SET2引脚、VCC2引脚和RF引脚。GSM通信装置23上设有RXD2引脚、TXD2引脚、POWN引脚和VBAT引脚。第二多路可控电源24上设有VOUT4引脚、VOUT5引脚、VOUT6引脚和SET3引脚。

其中第二多路可控电源24上的ADP1741可调型低压差线性稳压器和ADP320多路电源输出调节器公用一个SET3引脚，VOUT4引脚、VOUT5引脚位于ADP320多路电源输出调节器上，VOU6引脚位于ADP1741可调型低压差线性稳压器上。

同时ADP1741可调型低压差线性稳压器和ADP320多路电源输出调节器上均设有一对GND2引脚和VIN2引脚，用于连接电池组。

其中汇集单片机21的URXD1引脚、UTXD1引脚、第三I/O引脚对应连接无线接收装置22的TXD1引脚、RXD1引脚、SET2引脚，其中汇集单片机21的URXD1引脚用于接收无线接收装置22的TXD1引脚传输过来的数据，同时无线接收装置22唤醒汇集单片机21。汇集单片机21的UTXD1引脚向无线接收装置22的RXD1引脚进行反馈，汇集单片机21的第三I/O引脚通过无线接收装置22的SET2引脚对无线接收装置22进行参数设定。无线接收装置22的RF引脚连接接收频率为433Hz天线。

汇集单片机21的POWO引脚、URXD2引脚和UTXD2引脚，对应连接GSM通信装置23的POWN引脚、TXD2引脚和RXD2引脚。其中汇集单片机21的POWO引脚用于开启GSM通信装置23。汇集单片机21的UTXD2引脚用于向GSM通信装置23的RXD2引脚发送数据，汇集单片机21的URXD2引脚用于接受GSM通信装置23通过其TXD2引脚发送的反馈信息。GSM通信装置23上还连接有发射频率为900Mhz/1800MHz的发射天线。

第二多路可控电源24的VOUT6引脚连接GSM通信装置23的VBAT引脚，向GSM通信装置23供电，第二多路可控电源24的VOUT5引脚连接无线接收装置22的VCC2引脚，向无线接收装置22供电，第二多路可控电源24的VOUT4引脚连接汇集单片机21的DVCC2引脚，向汇集单片机21供电。汇集单片机21的第四I/O引脚连接第二多路可控电源24的SET3引脚，用于对第二多路可控电源24进行设定。

本发明的一种电缆管道振动监测系统，监测节点1可以实时搜集电缆管道的振动数据，并在振动数据超过阈值时，及时将数据通过无线发送装置14将数据上传给数据汇集中间站2，数据汇集中间站2可通过无线接收装置22，及时收集电监测节点1所发出的数据，并将其以短信发送给工程人员的手机。通过上述的技术手段，提高了电缆管道振动监测的效率，保障了供电的安全，同时省电，利于对于电缆管道的长期监测。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种电缆管道振动监测系统，包括监测节点和数据汇集中间站，其特征在于：

所述监测节点包括测量单片机、加速度传感器、第一多路可控电源和无线发送装置，所述加速度传感器和所述无线发送装置均与所述测量单片机连接，所述第一多路可控电源分别连接所述测量单片机、所述加速度传感器和所述无线发送装置；

所述数据汇集中间站包括：汇集单片机、无线接收装置、GSM通信装置和第二多路可控电源，所述无线接收装置和所述GSM通信装置均与所述汇集单片机连接，所述第二多路可控电源分别连接所述汇集单片机、所述无线接收装置和GSM通信装置，

所述加速度传感器上设有INT1引脚、SDI1引脚、SDO1引脚、CS1引脚、SCLK1引脚；

所述测量单片机设有第一I/O引脚，SIMO1引脚、SOMI1引脚、STE1引脚、UCLK1引脚、DVCC1引脚、UTXD0引脚、URXD0引脚和第二I/O引脚；

所述无线发送装置上设有：RXD0引脚、TXD0引脚、SET1引脚和VCC1引脚，

所述第一多路可控电源上设有VOUT1引脚、VOUT2引脚和VOUT3引脚,其中所述测量单片机上的第一I/O引脚，SIMO1引脚、SOMI1引脚、STE1引脚、UCLK1引脚对应连接所述加速度传感器上的INT1引脚、SDI1引脚、SDO1引脚、CS1引脚和SCLK1引脚；

所述测量单片机上的UTXD0引脚、URXD0引脚和第二I/O引脚对应连接所述无线发送装置上的RXD0引脚、TXD0引脚和SET1引脚；

所述第一多路可控电源上的VOUT1引脚、VOUT2引脚和VOUT3引脚对应连接所述测量单片机的DVCC1引脚，所述无线发送装置上的VCC1引脚和所述加速度传感器上的VDD1引脚，

所述汇集单片机上设有URXD1引脚、UTXD1引脚、第三I/O引脚、DVCC2引脚、第四I/O引脚、POWO引脚、URXD2引脚和UTXD2引脚，

所述无线接收装置上设有TXD1引脚、RXD1引脚、SET2引脚和VCC2引脚；

所述第二多路可控电源上设有VOUT4引脚、VOUT5引脚、VOUT5引脚和SET3引脚；

所述GSM通信装置上设有RXD2引脚、TXD2引脚、POWN引脚和VBAT引脚；

所述汇集单片机的URXD1引脚、UTXD1引脚和第三I/O引脚对应连接所述无线数据接收装置的TXD1引脚、RXD1引脚和SET2引脚；

所述汇集单片机的POWO引脚、URXD2引脚和UTXD2引脚对应连接所述GSM通信装置的POWN引脚、TXD2引脚和RXD2引脚；

所述第二多路可控电源的VOUT4引脚连接所述汇集单片机的DVCC2引脚，所述第二多路可控电源的VOUT5引脚连接所述无线接收装置的VCC2引脚，所述第二多路可控电源的VOUT6引脚连接所述GSM通信装置的VBAT引脚，所述第二多路可控电源的SET3引脚连接所述汇集单片机的第四I/O引脚。

2.根据权利要求1所述一种电缆管道振动监测系统，其特征在于：所述加速度传感器上还设有INT2引脚，所述第一多路可控电源上还设有EN引脚，所述INT2引脚连接所述EN引脚。

3.根据权利要求1所述的一种电缆管道振动监测系统，其特征在于：所述无线接收装置是德州仪器的CC1101无线传输芯片和亚诺德的ADV611解压缩芯片的集成。

4.根据权利要求1所述的电缆电缆管道振动监测系统，其特征在于：所述第二多路可控电源上集成了亚诺德公司的ADP1741可调型低压差线性稳压器和亚诺德公司的ADP320多路电源输出调节器，所述多路可控电源上的SET3引脚是DP1741可调型低压差线性稳压器和ADP320多路电源输出调节器公用的，所述VOUT4引脚和所述VOUT5引脚位于ADP320多路电源输出调节器上，所述VOUT3引脚位于ADP1741可调型低压差线性稳压器上。