CN105682005A - 一种管道内超细缆驿站式通信系统及通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道内超细缆驿站式通信系统，包括管道通信系统和探伤机器人组成，管道通信系统包括铺设有在役管道内的两根超细缆，两根超细缆之间并联设置有若干智能节点，探伤机器人与智能节点间采用无线短距通信，智能节点间进行驿站式有线通信，管道外沿线还依次设置有若干泵站，每个泵站内设置有控制终端、电源、总开关、接口板卡以及电流检测传感器，探伤机器人将管道沿线任一点的管道壁探伤信息通过驿站式通信链路传输给管道外泵站处控制终端，本发明还公开了管道内超细缆驿站式通信系统的通信方法，本发明解决了目前在役管道内拖缆方式使移动终端探伤机器人与泵站控制终端之间通信距离有限，导致移动终端探伤机器人作业距离有限的问题。
Description
技术领域
本发明属于通信系统技术领域，具体涉及一种管道内超细缆驿站式通信系统，本发明还涉及管道内超细缆驿站式通信系统的通信方法。
背景技术
在役管道内探伤机器人与外界的通信有拖缆(电缆和光缆)通信，机器人进入管道通过拖曳电缆或光缆与管道外泵站处控制终端通信。拖缆通信使机器人作业距离受限，为了使管道内机器人终端与管道外控制终端长远距离通讯，若采用布缆机构将超细缆线布设于管道内壁，探伤机器人能够与管道内缆线中内嵌的智能节点进行无线短距通信，则探伤机器人在管道内任意位置均能将管壁探伤数据传输给沿线泵站处控制终端。如果采用铺设光缆，在沿线光缆上需要设置光缆接口，由于光接口设计困难及光能量泄露！无法满足探伤机器人在管道内任意位置均能将探伤数据传输给沿线泵站处控制终端的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道内超细缆驿站式通信系统，解决了现有技术中存在的在役管道内拖缆方式使移动终端探伤机器人与泵站控制终端之间通信距离有限，导致移动终端探伤机器人作业距离有限的问题。
本发明的另一目的是提供一种管道内超细缆驿站式通信系统的通信方法。
本发明所采用的第一技术方案是，一种管道内超细缆驿站式通信系统，包括管道通信系统和探伤机器人组成，管道通信系统包括铺设在在役管道内的两根超细缆，两根超细缆分别为线缆V+和参考电位线缆Vr，两根超细缆之间并联设置有若干智能节点，探伤机器人与智能节点间采用无线短距通信，智能节点间进行驿站式有线通信，管道外沿线还依次设置有若干泵站。
本发明第一技术方案的特点还在于，
每个智能节点的具体内部电路结构为：包括控制器，控制器的第三i/o口与开关K2连接后连接至超细缆的线缆V+上，开关K2为N沟道增强型mos管，控制器的电源端VC与充电芯片电能输出端Cout连接，控制器的第一i/o口与开关K1连接后连接至超细缆的线缆V+上，开关K1为P沟道耗尽型mos管，开关K1的漏极又与控制器的第二i/o口连接，同时，开关K1的漏极连接电阻R后又连接至充电芯片，充电芯片的电能输入端连接电容C1后接地，充电芯片的C+和C-之间连接有电容C2，充电芯片的电能输出端Cout与接地端还连接带中间抽头的超级电容C，记作电容C3和电容C4。
智能节点采用超级电容或储能电池供电。
每个泵站内设置有控制终端，控制终端连接有电源，电源又与电流检测传感器连接，电流检测传感器又与总开关连接，控制终端还与接口板卡连接，接口板卡同时也与总开关连接，总开关为单刀双掷开关，探伤机器人将管道沿线任一点的管道壁探伤信息通过驿站式通信链路传输给管道外泵站处控制终端。
本发明所采用的第二技术方案是，一种管道内超细缆驿站式通信系统的通信方法，基于管道内超细缆驿站式通信系统，具体按照以下步骤实施：
步骤1、当探伤机器人行走在管道内任一智能节点处时，智能节点和探伤机器人之间实现短距无线通信，由管道外泵站的控制终端、接口板卡、电源、电流检测传感器、总开关、内嵌有智能节点的细缆、探伤机器人终端构成驿站式通信链路的物理层，为驿站式通信做好准备；
步骤2、若步骤1中的智能节点中超级电容C电量充足满足通信需求，则实现通信：探伤机器人检测到管壁信息，当其行走到任一智能节点处，该智能节点和探伤机器人短距无线通信，管壁探伤信息传给该智能节点，该智能节点将信息传给上行链路方向的下一节点，上行链路方向指探伤机器人至控制终端的传递方向，实现上行信息的驿站式传输，当控制终端传递信息给智能节点或探伤机器人时，首先控制终端传递信息给临近的智能节点，智能节点间接续传递数据包，当需要传给探伤机器人时，距探伤机器人最近的智能节点和探伤机器人间无线短距通信，实现下行链路方向信息的驿站式传输，所述下行链路方向是指控制终端至探伤机器人终端；
步骤3、当步骤2中管道内外信息长时间长距离传输时，智能节点中超级电容C电能存在消耗，当出现智能节点中超级电容C的电压降低到设定阈值Q时，通过控制总开关和开关K1及开关K2，智能节点中控制器和总线线缆V+的串口通信连接断开，智能节点和电源间充电链路形成，整个系统从通信状态转到充电状态；
步骤4、当步骤3系统转到充电状态后，对智能节点中的电容C3、电容C4充电使超级电容电压到一定阈值时，通过控制开关K1，若干智能节点中的充电芯片和电容C3、电容C4依次从电源总线线缆V+上摘除，在此期间通过电流检测传感器监测总线上充电电流，当总线上充电电流小于设定的阈值IH时,控制总开关使其切断电源与总线的连接，通过控制开关K2，使智能节点中控制器和总线线缆V+的串口通信连路闭合，若干智能节点依次通过线缆V+和参考电位线缆Vr以及泵站处的控制终端机连接形成通信链路。
本发明的有益效果是，一种管道内超细缆驿站式通信系统，通过在管道内的细缆中每间隔一定距离嵌入智能节点，链路上的智能节点采用超级电容供电，泵站处的电源通过细缆对超级电容充电，实现了管道内探伤机器人与智能节点间采用无线短距通信，智能节点间进行驿站式有线通信，达到使整个管道通信系统功耗低、通讯效果好的目的，管道内超细缆驿站式通信系统的通信方法，实现步骤简单有效可控。
附图说明
图1是发明一种管道内超细缆驿站式通信系统的结构示意图；
图2是发明一种管道内超细缆驿站式通信系统中每个智能节点的结构示意图；
图3是发明一种管道内超细缆驿站式通信系统中每个泵站的结构示意图。
图中，1.智能节点，2.管道，3.泵站，4.探伤机器人，5.超细缆，6.电源，7.控制终端，8.接口板卡，9.电流检测传感器，10.总开关。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明针对现有在役管道，在管道内壁布设两根超细线缆，实现在管道内超细缆通信，移动终端(探伤机器人)在管道内任意位置可以通过两根超细缆和管道外进行通信，超细缆内嵌有间隔一定距离的智能节点，智能节点间驿站式有线通信，驿站式有线通信时可以实现跨智能节点通信。
本发明一种管道内超细缆驿站式通信系统，结构如图1所示，包括管道通信系统和探伤机器人4组成，管道通信系统包括铺设在在役管道内的两根超细缆5，两根超细缆5分别为线缆V+和参考电位线缆Vr，所述两根超细缆5之间并联设置有若干智能节点1，一般实际应用中，每个智能节点1间间隔距离为10～14m，智能节点1采用超级电容或储能电池供电，探伤机器人4与智能节点1间采用无线短距通信，智能节点和移动终端探伤机器人间通信接口采用短距无线收发模块，智能节点1间进行驿站式有线通信，管道2外沿线还依次设置有若干泵站3，每个智能节点1的具体内部电路结构为：包括控制器，本申请中控制器型号为MSP430系列微处理器，控制器的第三i/o口与开关K2连接后连接至超细缆5的线缆V+上，开关K2为N沟道增强型mos管，控制器的电源端VC与充电芯片电能输出端Cout连接，控制器的第一i/o口与开关K1连接后连接至超细缆5的线缆V+上，开关K1为P沟道耗尽型mos管，开关K1的漏极又与控制器的第二i/o口连接，同时，开关K1的漏极连接电阻R后又连接至充电芯片，本申请中的充电芯片型号为Itc3225，充电芯片的电能输入端连接电容C1后接地，充电芯片的C+和C-之间连接有电容C2，充电芯片的电能输出端Cout与接地端还连接带中间抽头的超级电容C，记作电容C3和电容C4，每个泵站3内设置有控制终端7，控制终端7连接有电源6，电源6又与电流检测传感器9连接，电流检测传感器9又与总开关10连接，控制终端7还与接口板卡8连接，接口板卡8同时也与总开关10连接，总开关10为单刀双掷开关，探伤机器人4将管道2沿线任一点的管道壁探伤信息通过驿站式通信链路传输给管道外泵站3处控制终端7。
一种管道内超细缆驿站式通信系统的通信方法，基于管道内超细缆驿站式通信系统进行，具体按照以下步骤实施：
步骤1、当探伤机器人4行走在管道2内任一智能节点1处时，智能节点1和探伤机器人4之间实现短距无线通信，由管道2外泵站3的控制终端7、接口板卡8、电源6、电流检测传感器9、总开关10、内嵌有智能节点1的细缆5、移动终端探伤机器人4终端构成驿站式通信链路的物理层，为驿站式通信做好准备；
步骤2、若步骤1中的智能节点1中超级电容C电量充足满足通信需求，则实现通信：探伤机器人4检测到管壁信息，当其行走到任一智能节点1处，该智能节点1和探伤机器人4短距无线通信，管壁探伤信息传给该智能节点1，该智能节点1将信息传给上行链路方向的下一节点，上行链路方向指探伤机器人4至控制终端7的传递方向，实现上行信息的驿站式传输，当控制终端7传递信息给智能节点1或探伤机器人4时，首先控制终端7传递信息给临近的智能节点1，智能节点1间接续传递数据包，当需要传给探伤机器人4时，距探伤机器人4最近的智能节点1和探伤机器人4间无线短距通信，实现下行链路方向信息的驿站式传输，下行链路方向是指控制终端至探伤机器人终端；
步骤3、当步骤2中管道内外信息长时间长距离传输时，智能节点1中超级电容C电能存在消耗，当出现智能节点1中超级电容C的电压降低到设定阈值Q时，(在实际应用中，阈值Q可以根据实际情况自行设定，一般设阈值为3V)，通过控制总开关10和开关K1及开关K2，智能节点1中控制器和总线线缆V+的串口通信连接断开，智能节点1和电源6间充电链路形成，整个系统从通信状态转到充电状态；
步骤4、当所述步骤3系统转到充电状态后，对电容C3、电容C4充电使超级电容电压到一定阈值时，通过控制开关K1，若干智能节点1中的充电芯片和电容C3、电容C4依次从电源总线线缆V+上摘除，在此期间通过电流检测传感器9监测总线上充电电流，当总线上充电电流小于设定的阈值IH时,在实际应用中，阈值IH可以根据实际情况自行设定，控制总开关10使其切断电源6与总线的连接，通过控制开关K2，使控制器和总线线缆V+的串口通信连路闭合，若干智能节点1依次通过线缆V+和参考电位线缆Vr和泵站处的控制终端连接形成通信链路。
整个系统中，泵站3间间隔近百公里左右，智能节点1间间隔12.5米左右，泵站3中电源6是非恒压非恒流源，电源6提供给相邻两泵站3间智能节点1中超级电容充电，除此之外承担泵站3中控制终端7及其它模块的供电工作。图3中电流检测传感器9为霍尔电流传感器，检测电缆线上充电电流，当充电电流小于一定值，控制终端7控制总开关10切断智能节点1充电回路，接通智能节点1和控制终端7间的通信回路，霍尔电流传感器处线缆螺旋环绕，霍尔电流传感器置入螺旋管线内，这样提高了磁感应强度B，提高了检测灵敏度，在低频通信时，螺旋线管L对信息传输影响不大。
每个智能节点1的具体工作原理为：
图2中V+，Vr是两根超细缆5，Vr作为参考电位线缆，开关K1采用P沟道耗尽型mos管(常闭型)、开关K2采用N沟道增强型mos管(常开型)，泵站3中控制终端7根据线路上电流检测传感器9采集的充电电流判断链路中智能节点的超级电容充电是否完成，决定是否要控制总开关10切换线路到通信状态，当总开关10切换到充电状态，K1闭合，K2断开，泵站3中电源6通过两根超细电缆对智能节点1中的超级电容充电，其中LTC3225是充电芯片，LTC3225的输出Vout连接超级电容，超级电容提供给节点内MSP430控制器电能。当K1断开，K2闭合，总开关10切换到通信状态，泵站3中控制终端7通过两根细电缆和智能节点1及探伤机器人4进行驿站式通信，链路上智能节点1内MSP430控制器板级间通过串口RX/TX一根线进行半双工通信，智能节点1与探伤机器人4通过Bluetooth无线收发模块无线短距通信。
Claims (5)
1.一种管道内超细缆驿站式通信系统，其特征在于，包括管道通信系统和探伤机器人(4)组成，所述管道通信系统包括铺设在在役管道(2)内的两根超细缆(5)，两根超细缆(5)分别为线缆V+和参考电位线缆Vr，所述两根超细缆(5)之间并联设置有若干智能节点(1)，所述探伤机器人(4)与智能节点(1)间采用无线短距通信，智能节点(1)间进行驿站式有线通信，所述管道(2)外沿线还依次设置有若干泵站(3)。
2.根据权利要求1所述的一种管道内超细缆驿站式通信系统，其特征在于，所述每个智能节点(1)的具体内部电路结构为：包括控制器，所述控制器的第三i/o口与开关K2连接后连接至超细缆(5)的线缆V+上，所述开关K2为N沟道增强型mos管，所述控制器的电源端VC与充电芯片电能输出端Cout连接，控制器的第一i/o口与开关K1连接后连接至超细缆(5)的线缆V+上，所述开关K1为P沟道耗尽型mos管，开关K1的漏极又与控制器的第二i/o口连接，同时，开关K1的漏极连接电阻R后又连接至充电芯片，所述充电芯片的电能输入端连接电容C1后接地，充电芯片的C+和C-之间连接有电容C2，充电芯片的电能输出端Cout与接地端还连接带中间抽头的超级电容C，记作电容C3和电容C4。
3.根据权利要求2所述的一种管道内超细缆驿站式通信系统，其特征在于，所述智能节点(1)采用超级电容或储能电池供电。
4.根据权利要求1所述的一种管道内超细缆驿站式通信系统，其特征在于，所述每个泵站(3)内设置有控制终端(7)，控制终端(7)连接有电源(6)，电源(6)又与电流检测传感器(9)连接，电流检测传感器(9)又与总开关(10)连接，所述控制终端(7)还与接口板卡(8)连接，接口板卡(8)同时也与总开关(10)连接，所述总开关(10)为单刀双掷开关，所述探伤机器人(4)将管道(2)沿线任一点的管道内壁探伤信息通过驿站式通信链路传输给管道外泵站(3)处控制终端(7)。
5.一种管道内超细缆驿站式通信系统的通信方法，其特征在于，基于权利要求1所述的管道内超超细缆驿站式通信系统，具体按照以下步骤实施：
步骤1、当探伤机器人(4)行走在管道(2)内任一智能节点(1)处时，所述智能节点(1)和探伤机器人(4)之间实现短距无线通信，由管道(2)外泵站(3)的控制终端(7)、接口板卡(8)、电源(6)、电流检测传感器(9)、总开关(10)、内嵌有智能节点(1)的细缆(5)、探伤机器人(4)终端构成驿站式通信链路的物理层，为驿站式通信做好准备；
步骤2、若所述步骤1中的智能节点(1)中超级电容C电量充足满足通信需求，则实现通信：探伤机器人(4)检测到管壁信息，当其行走到任一智能节点(1)处，该智能节点(1)和探伤机器人(4)短距无线通信，管壁探伤信息传给该智能节点(1)，该智能节点(1)将信息传给上行链路方向的下一节点，所述上行链路方向指探伤机器人(4)至控制终端(7)的传递方向，实现上行信息的驿站式传输，当控制终端(7)传递信息给智能节点(1)或探伤机器人(4)时，首先控制终端(7)传递信息给临近的智能节点(1)，智能节点(1)间接续传递数据包，当需要传给探伤机器人(4)时，距探伤机器人(4)最近的智能节点(1)和探伤机器人(4)间无线短距通信，实现下行链路方向信息的驿站式传输，所述下行链路方向是指控制终端至探伤机器人终端；
步骤3、当所述步骤2中管道内外信息长时间长距离传输时，智能节点(1)中超级电容C电能存在消耗，当出现智能节点(1)中超级电容C的电压降低到设定阈值Q时，通过控制总开关(10)和开关K1及开关K2，智能节点(1)中控制器和总线线缆V+的串口通信连接断开，智能节点(1)和电源(6)间充电链路形成，整个系统从通信状态转到充电状态；
步骤4、当所述步骤3系统转到充电状态后，对电容C3、电容C4充电使超级电容电压到一定阈值时，通过控制开关K1，若干智能节点(1)中的充电芯片和电容C3、电容C4依次从电源总线线缆V+上摘除，在此期间通过电流检测传感器(9)监测总线上充电电流，当总线上充电电流小于设定的阈值IH时,控制总开关(10)使其切断电源(6)与总线的连接，通过控制开关K2，使控制器和总线线缆V+的串口通信连路闭合，若干智能节点(1)依次通过线缆V+和参考电位线缆Vr和泵站处的控制终端连接形成通信链路。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |