CN109488886A - 油气管道内检测器数据集线系统及时序控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油气管道内检测器数据集线系统及时序控制方法，所述系统包括：多通道数据接收模块、数据集线模块和数据发送模块。所述多通道数据接收模块与内检测器的多个探头电连接，用于接收所述多个探头采集的探测数据。所述数据集线模块与所述多通道数据接收模块电连接，用于接收来自所述多通道数据接收模块输出的探测数据并对所述探测数据进行压缩。所述数据发送模块分别与内检测器的数据存储模块和所述数据集线模块电连接，所述数据发送模块用于接收压缩后的探测数据。

Description

油气管道内检测器数据集线系统及时序控制方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种油气管道内检测器数据集线系统及时序控制方法。

背景技术

油气管道是能源运输的生命线，其运行状况直接影响到生态环境、国民经济和安全；油气管道金属缺失内检测技术与装备的工业化、实用化意义重大。其中，油气管道金属缺失内检测器包括变形检测机器人、漏磁检测机器人、涡流检测机器人等。

内检测器在管内运行过程中，其装配的电子系统需要实时采集、传输和存储多个传感器数据。随着管道口径的增加，内检测器周向分布的探头也增多，对于大口径管道内检测设备，一般安装的探头数量达到一百个以上。因此，所有探头传输的数据需要通过专用的装置进行集线处理。传统的内检测器的数据集线装置体积大、功耗高，且数据集线效率低，制约着内检测器的发展。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种体积小效率高的油气管道内检测器数据集线系统及时序控制方法，其中所述系统包括：

多通道数据接收模块，与内检测器的多个探头电连接，用于接收所述多个探头采集的探测数据；

数据集线模块，与所述多通道数据接收模块电连接，用于接收来自所述多通道数据接收模块输出的探测数据并对所述探测数据进行压缩；

数据发送模块，与所述数据集线模块电连接，所述数据发送模块用于接收所述数据集线模块压缩后的探测数据。

在一个实施例中，所述多通道数据接收模块采用双工通信模式，所述多通道数据接收模块用于向所述多个探头同时发送采集指令，并接收所述多个探头采集得到的探测数据。

在一个实施例中，所述多通道数据接收模块，在一次采集指令下，采集的探测数据的长度大于等于16bit小于等于32*16bit。

在一个实施例中，所述多通道数据接收模块包括差分通信芯片。

在一个实施例中，所述多通道数据接收模块包括数据接收单元，所述数据接收单元包括多个数据接收通道，所述多个探头中的每个探头分别通过对应的所述数据接收通道与所述数据接收单元电连接。

在一个实施例中，所述多通道数据接收模块还包括：

第一自恢复保险模块，电连接在所述多个探头中的每个探头与所述数据接收单元的电接收通道上。

在一个实施例中，所述数据集线模块为单片机或现场可编程门阵列。

在一个实施例中，所述数据集线模块对所述探测数据进行压缩包括对所述探测数据进行排序然后进行合并，所述排序可根据所述探测数据大小进行排序或根据所述探测数据编号进行排序。

在一个实施例中，还包括与所述数据发送模块电连接的数据存储模块。

在一个实施例中，所述数据发送模块为单通道数据发送模块，所述单通道数据发送模块包括数据发送单元，所述数据发送单元与所述数据存储装置电连接，所述单通道数据发送模块的数据传输模式为双工通讯模式。

在一个实施例中，所述数据发送模块还包括：

第二自恢复保险模块，电连接在所述数据存储装置与所述数据发送单元之间。

在一个实施例中，所述系统还包括：

时钟管理模块，分别与所述多通道数据接收模块、所述数据集线模块和所述数据发送模块电连接，用于分别为所述多通道数据接收模块、所述数据集线模块和所述数据发送模块提供时钟信号。

在一个实施例中，所述系统还包括：

电源管理模块，与所述多通道数据接收模块、所述数据集线模块和所述数据发送模块电连接，用于给所述多通道数据接收模块、所述数据集线模块和所述数据发送模块供电。

本发明还提供一种应用于上述任一项的数据集线系统的时序控制方法，所述方法包括：

通过所述多通道数据接收模块向所述多个探头发送采集指令以使所述多通道数据接收模块通过所述多个探头采集探测数据；

通过所述多通道数据接收模块向所述数据集线模块发送触发指令；

所述数据集线模块根据所述触发指令接收来自所述多个探头的探测数据，将所述探测数据进行压缩，并将压缩后的所述探测数据传输至单通道数据发送模块。

本发明所提供的油气管道内检测器数据集线系统，所述多通道数据接收模块可同时接收来自多个探头的探测数据，所述数据集线模块将所述探测数据进行压缩，使得本发明体积小，数据效率高。

附图说明

图1为一个实施例的油气管道内检测器数据集线系统的功能模块图；

图2为另一个实施例的油气管道内检测器数据集线系统的功能模块图；

图3为一个实施例的油气管道内检测器数据集线系统的结构示意图；

图4为一个实施例的油气管道内检测器数据集线系统的时序控制方法流程图；

图5为一个实施例的油气管道内检测器数据集线系统的时序图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明的技术方案，并不用于限定本发明的技术方案。

请参阅图1，为本发明一个实施例提供的油气管道内检测器数据集线系统10，包括：多通道数据接收模块100、数据集线模块200和数据发送模块300。所述多通道数据接收模块100与内检测器的多个探头900电连接，用于接收所述多个探头采集的探测数据。所述数据集线模块200与所述多通道数据接收模块100电连接，用于接收来自所述多通道数据接收模块100输出的探测数据并对所述探测数据进行压缩。所述数据发送模块300与所述数据集线模块200电连接，所述数据发送模块300用于接收压缩后的探测数据。所述多通道数据接收模块100的数据通讯模式可采用单工通讯模式或双工通讯模式。所述双工通讯模式又包括半双工通讯模式或全双工通讯模式。所述多通道数据接收模块100与内检测器的所述多个探头900电连接。所述数据集线模块200可以为集线器等。所述数据集线模块200与所述多通道数据接收模块100电连接，用于接收来自所述多通道数据接收模块100输出的所述探测数据并对所述探测数据进行压缩。

本发明所提供的油气管道内检测器数据集线系统10，所述多通道数据接收模块100可同时接收来自所述多个探头900的所述探测数据，所述数据集线模块200将所述探测数据进行压缩，使得本发明体积小，数据处理效率高。

在一个实施例中，所述多通道数据接收模块100采用双工通信模式，所述多通道数据接收模块100用于向所述多个探头900同时发送采集指令，并接收所述多个探头900采集得到的探测数据。所述的双工通信模式，包括所述的多通道数据接收模块100向多个探头900同时发送采集指令，并接收多通道内检测器的所述多个探头900采集得到的探测数据。所述的所述多个探头900采集得到的数据类型包括多种，例如变形内检测器采集得到管壁变形数据，漏磁内检测器采集得到管壁缺陷数据。在一个实施例中，所述的多通道数据接收模块100采用RS-485双工通信模式，传输速率达20-50Mbps，可以有效抵抗电磁干扰。

在一个实施例中，所述多通道数据接收模块100，在一次采集指令下，采集的所述探测数据长度大于等于16bit小于等于32*16bit。

所述多通道数据接收模块100包括差分通信芯片。

在一个实施例中，所述油气管道内检测器数据集线系统10还包括：

时钟管理模块400，分别与所述多通道数据接收模块100、所述数据集线模块200和所述数据发送模块300电连接，分别用于为所述多通道数据接收模块100、所述数据集线模块200和所述数据发送模块300提供接时钟信号。

在一个实施例中，所述油气管道内检测器数据集线系统10还包括：

电源管理模块500，与所述多通道数据接收模块100、所述数据集线模块200和所述数据发送模块300电连接，用于给所述多通道数据接收模块100、所述数据集线模块200和所述数据发送模块300供电。

请参阅图2，在一个实施例中，所述多通道数据接收模块100包括多个数据接收单元110。所述多个数据接收单元110的每个数据接收单元110为一个数据接收通道。所述多个探头900中的每个探头分别通过对应的所述数据接收通道与所述数据接收单元电连接。

在一个实施例中，所述油气管道内检测器数据集线系统10还包括：

第一自恢复保险模块610，设置在所述多个探头900中的每个探头与所述数据接收单元110的数据接收通道上。所述第一自恢复保险模块610对所述数据接收单元110进行电流保护，避免短路引起的系统故障。

在一个实施例中，所述数据集线模块200为单片机或现场可编程门阵列FPGA。所述数据集线模块200可以为单片机或FPGA(Field－ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)等。优选地，本实施例中可以采用具有较强逻辑信号处理的现场可编程门阵列FPGA，以保证准确、快速地完成数据集线处理。

在一个实施例中，所述数据集线模块200用于接收来自所述多通道数据接收模块100输出的探测数据并对所述探测数据进行压缩。所述探测数据经过压缩并于传输。

在一个实施例中，所述数据集线模块200对探测数据进行压缩包括对所述探测数据进行排序然后进行合并，所述排序可根据所述探测数据大小进行排序或根据所述数据编号进行排序。具体地，在一个实施例中个，所述的排序是指按照所述数据接收单元110对应接收所述多个探头900中每个探头900的数据从小到大依次排序，所述的合并是指消除每个探头900的探测数据内部、所述多个探头900的探测数据之间空隙。在另一个实施例中，另一种排序方法是，所述排序是按所述多个探头900的编号顺序，对所述多个探头900的探测数据依次排序，对所述探测数据进行压缩是指对所有探测数据进行实时压缩，消除每一个探测数据之间空隙。

在一个实施例中，所述数据发送模块300与内检测器的数据存储模块800电连接，将接收到的探测数据发送给所述数据存储模块800存储。

在一个实施例中，所述数据发送模块300为单通道数据发送模块。所述单通道数据发送模块包括数据发送单元310。所述数据发送单元310与所述数据存储模块800电连接。所述单通道数据发送模块300的数据传输模式为双工通讯模式。

在一个实施例中，所述油气管道内检测器数据集线系统10还包括：

第二自恢复保险模块620电连接在所述数据存储模块800与所述数据发送单元310之间。所述第二自恢复保险模块620对所述数据发送单元310进行电流保护，避免短路引起的系统故障。

请参照图3，本发明所述油气管道内检测器数据集线系统10具体实施如下：

所述的多通道数据接收模块100可以采用SN65HVD77芯片，该芯片可为RS-485差分通信芯片，功耗低，传输距离远，传输速度达20-50Mbps，可以有效抵抗外界电磁干扰。所述多个探头为8个。所述的多通道数据接收模块100接收8个探头900的探测数据，每一个探头900均单独电连接至SN65HVD77数据接收单元110。其中，在每一个接收通道上，均电连接了自恢复保险610，保证任何一个探头900或对应的连接线在发生短路故障时，迅速引发对应接口上的自恢复保险610电阻升高，从而及时断开故障线路，保证内检测器电子系统运行的可靠性和稳定。所述探头不限为8个。

所述数据集线模块200和时钟管理模块400可以采用EP3C25E144I7N芯片实现。EP3C25E144I7N芯片内可包括FPGA处理器，可用输入输出接口数可达83个，共有24624个逻辑单元和4个PLL锁相环，工作温度可达-40度至100度。所述的数据集线模块200电连接至八通道SN65HVD77数据接收单元110，接收所有探测数据。所述时钟管理模块400的输入时钟频率为50MHz，经FPGA内部的两个PLL锁相环，产生频率为200MHz的接收信号时钟和频率为50MHz的发送信号时钟。所述的接收信号时钟输入至多通道数据接收模块100和数据集线模块200，所述的发送信号时钟输入至单通道数据发送模块300。

所述的单通道数据发送模块300可以采用SN65HVD77芯片，电连接至FPGA处理器，将压缩后的探测数据发送至数据存储模块800。所述数据存储模块800和单通道数据发送模块300之间电连接自恢复保险620，当所述单通道数据发送模块300或者连接线发生短路故障时，及时断开故障线路，保证所述油气管道内检测器数据集线系统10运行的可靠性和稳定性。

所述的电源管理模块500提供4种不同电压，可以包括5V、3.3V、2.5V和1.2V，其中，TPS63133降压芯片输出5V电源电压，TPS63132降压芯片输出3.3V电压，两款芯片由德州仪器公司生产，具有纹波小，效率高，输出电流大，达25到3A的特点。2.5V和1.2V电压可以采用AMS1117芯片产生。如图4所示，所述的多通道数据接收模块100由5V电压和3.3V电压驱动，所述的FPGA处理器由3.3V，2.5V和1.2V电压驱动，所述的单通道数据发送单元由3.3V电压驱动。本具体实施例中的具体参数可根据实际情况进行调节。具体电压参数可根据实际需要进行调节。

请参照图4，本发明还提供一种应用于前述任一实施例的油气管道内检测器数据集线系统10的时序控制方法，所述方法包括：

S100，通过所述多通道数据接收模块向所述多个探头发送采集指令以使所述多通道数据接收模块通过所述多个探头采集探测数据；

S200，通过所述多通道数据接收模块向所述数据集线模块发送触发指令；

S300，所述数据集线模块根据所述触发指令接收来自所述多个探头的探测数据，将所述探测数据进行压缩，并将压缩后的所述探测数据传输至单通道数据发送模块。

请参照图5，本发明采用的一种油气管道内检测器数据集线装置的集线时序图。

图5所示，时序图中分为两个部分，包括所述的单通道数据发送模块时序和多通道数据接收模块时序，其中，多通道数据接收模块包括三个通道的时序，分别为接收通道1、2和8。具体通道的时序不限于分别接收通道1、2和8。

单通道数据发送模块时序图包括：由所述数据存储模块发送给所述的单通道数据发送模块的工作指令，由所述的单通道数据发送模块发送给数据存储模块的压缩探测数据。

进一步地，工作指令是一个下降沿脉冲，持续时间短，可以采用的时间可以为10μs。所述的工作指令将同时触发三个事件：一是所述的多通道数据接收模块向探头同时发送采集指令，该指令也同样是下降沿脉冲，持续时间为10μs。二是所述的多通道数据接收模块进入接收数据模式，依次接收各探头的采集探测数据，如对于接收通道1，接收1A，1B和1C数据。三是单通道数据发送模块将上一包，即第N-1次压缩探测数据发送至数据存储模块。

此后，当所述多通道数据接收模块接收完所有探头的探测数据以后，将触发数据集线模块，对此刻接收到的探测数据进行压缩；如图4所示，当多通道数据接收模块接收完从1A到8C所有探测数据后，将对此次第N次探测数据进行压缩，得到第N次的压缩探测数据。进一步地，第N次压缩探测数据是对第N次所有探头探测数据进行排序和合并，消除每一个探头探测数据内部、多个探头的探测数据之间空隙；当压缩结束以后，压缩的探测数据将传输到单通道数据发送模块，等待下一次所述的工作指令，在工作指令的触发下，单通道数据发送模块将第N次压缩探测数据发送到数据存储模块。

本发明还提供一种应用于前述任一实施例的油气管道内检测器数据集线系统10的时序控制方法能够充分利用每一个工作指令间的时间。每一个工作指令将同时触发多通道数据接收模块接收探头数据，并触发单通道数据发送模块发送前一包的压缩数据，保证接收数据和压缩数据可以独立进行，避免在一个工作指令期间内，产生接收完数据再压缩、再发送的问题。保证各部分模块拥有充裕的采集和发送时间，极大地提升数据传输效率。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的相关装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或电连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或电连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述程序可存储于一计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，所述程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被所述计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种油气管道内检测器的数据集线系统，其特征在于，所述系统包括：

多通道数据接收模块，与内检测器的多个探头电连接，用于接收所述多个探头采集的探测数据；

数据集线模块，与所述多通道数据接收模块电连接，用于接收来自所述多通道数据接收模块输出的探测数据并对所述探测数据进行压缩；

数据发送模块，与所述数据集线模块电连接，所述数据发送模块用于接收所述数据集线模块压缩后的探测数据。

2.如权利要求1所述的数据集线系统，其特征在于，所述多通道数据接收模块采用双工通信模式，所述多通道数据接收模块用于向所述多个探头同时发送采集指令，并接收所述多个探头采集得到的探测数据。

3.如权利要求2所述的数据集线系统，其特征在于，所述多通道数据接收模块，在一次采集指令下，采集的探测数据的长度大于等于16bit小于等于32*16bit。

4.如权利要求1所述的数据集线系统，其特征在于，所述多通道数据接收模块包括差分通信芯片。

5.如权利要求1所述的数据集线系统，其特征在于，所述多通道数据接收模块包括数据接收单元，所述数据接收单元包括多个数据接收通道，所述多个探头中的每个探头分别通过对应的所述数据接收通道与所述数据接收单元电连接。

6.如权利要求5所述的数据集线系统，其特征在于，还包括：

第一自恢复保险模块，电连接在所述多个探头中的每个探头与所述数据接收单元的电接收通道上。

7.如权利要求1所述的数据集线系统，其特征在于，所述数据集线模块为单片机或现场可编程门阵列。

8.如权利要求1所述的数据集线系统，其特征在于，所述数据集线模块对所述探测数据进行压缩包括对所述探测数据进行排序然后进行合并，所述排序可根据所述探测数据大小进行排序或根据所述探测数据编号进行排序。

9.如权利要求1所述的数据集线系统，其特征在于，还包括与所述数据发送模块电连接的数据存储模块。

10.如权利要求9所述的数据集线系统，其特征在于，所述数据发送模块为单通道数据发送模块，所述单通道数据发送模块包括数据发送单元，所述数据发送单元与所述数据存储装置电连接，所述单通道数据发送模块的数据传输模式为双工通讯模式。

11.如权利要求10所述的数据集线系统，其特征在于，还包括：

第二自恢复保险模块，电连接在所述数据存储装置与所述数据发送单元之间。

12.如权利要求1所述的数据集线系统，其特征在于，还包括：

时钟管理模块，分别与所述多通道数据接收模块、所述数据集线模块和所述数据发送模块电连接，用于分别为所述多通道数据接收模块、所述数据集线模块和所述数据发送模块提供时钟信号。

13.如权利要求1所述的数据集线系统，其特征在于，还包括：

电源管理模块，与所述多通道数据接收模块、所述数据集线模块和所述数据发送模块电连接，用于给所述多通道数据接收模块、所述数据集线模块和所述数据发送模块供电。

14.一种应用于权利要求1-13任一项所述的数据集线系统的时序控制方法，所述方法包括：

通过所述多通道数据接收模块向所述多个探头发送采集指令以使所述多通道数据接收模块通过所述多个探头采集探测数据；

通过所述多通道数据接收模块向所述数据集线模块发送触发指令；

所述数据集线模块根据所述触发指令接收来自所述多个探头的探测数据，将所述探测数据进行压缩，并将压缩后的所述探测数据传输至单通道数据发送模块。