CN111986450A - 一种分布式周界安防系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式周界安防系统,属于管道安全技术领域,包括用于初级采集故障范围的管道安全预警系统和用于确定故障具体位置的光缆故障检测装置,所述管道安全预警系统包括预警单元,所述预警单元连接有用于感应土壤振动信号的光纤传感系统,所述光纤传感系统埋于地下,所述预警单元通讯连接有预警管理终端,一个预警管理终端连接多个预警单元,所述预警单元包括报警通讯模块、采集模块和电源模块,所述采集模块借助信号处理电路与光纤传感系统信号连接,所述采集模块的信号输出端与报警通讯模块的信号输入端连接,具有报警及时,工作状态稳定,容错率高的特点。

Description

一种分布式周界安防系统
技术领域
本发明属于管道安全技术领域,涉及到一种管道安全监测通信系统。
背景技术
目前在管道安全预警技术方面,最为成熟的技术是有利用光纤及光学原理作为安全预警的系统,该技术利用与管道同沟敷设的光缆做传感器,长距离连续实时地监测管道沿线的土壤振动信号,借助于综合信息管理平台及时分辨各种信息,对可能危害管道安全的动土事件进行报警,通过分析计算,可对事件精确定位并判断事件的类型,通过集成的管道沿线地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)以及通信系统。
管道安全检测采用管道安全预警系统和光缆故障检测装置共同配合的方式来实现问题的排查,管道安全预警系统初步确定问题出现的范围,工作人员再到现场通过光缆故障检测装置检测装置对故障的具体地点进行定位。
但是现有的系统报警方式单一,不能满足上下级同时通知的需求。
且我国长输管道很多布置于欠发达地区,当电池亏电时,在环境恶劣处不方便充电,影响光缆故障检测装置检测装置的正常使用,即便使用太阳能充电,也存在充电效率低,不稳定的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题,设计了一种管道安全监测通信系统,具有报警及时,工作状态稳定,容错率高的特点。
本发明的具体技术方案是:
一种分布式周界安防系统,包括用于初级采集故障范围的管道安全预警系统和用于确定故障具体位置的光缆故障检测装置,所述管道安全预警系统包括预警单元,所述预警单元连接有用于感应土壤振动信号的光纤传感系统,所述光纤传感系统埋于地下,所述预警单元通讯连接有预警管理终端,一个预警管理终端连接多个预警单元,所述预警单元包括报警通讯模块、采集模块和电源模块,所述采集模块借助信号处理电路与光纤传感系统信号连接,所述采集模块的信号输出端与报警通讯模块的信号输入端连接;
所述采集模块包括灯光报警模块和隔离模块;
所述灯光报警模块用于发出灯光警报提示;
所述隔离模块作为报警通讯模块的开关,
所述灯光报警模块的输入端作为采集模块的采集端,所述隔离模块的输出端作为采集模块的输出端;
所述光缆故障检测装置,包括控制器、供电模块和故障检测模块,所述控制器和故障检测模块通讯连接,所述供电模块与控制器和故障检测模块形成供电连接,所述供电模块包括太阳能供电模块和电源选择模块,所述太阳能供电模块的供电输出端与电源选择模块的输入端相连,所述电源选择模块的输出端作为电压源VCC。
所述灯光报警模块包括555计时器U5、三极管Q5和发光二极管LED1,所述555计时器U5的GND管脚连接三极管Q5的集电极,三极管Q5的发射极接地,所述555计时器的TRIG管脚和THRES管脚连接,所述555计时器的DISCH管脚经过电阻R9连接5V电压源,所述555计时器的THRES管脚经过电阻RP1连接DISCH管脚,所述555计时器U5的OUT管脚连接发光二极管LED1的负极,所述发光二极管LED1的正极经过电阻R10连接5V电压源,所述三极管Q5的基极作为灯光报警模块的输入端,所述三极管Q5的基极连接有电阻R12和稳压管D5。
所述的隔离模块包括光耦合器U4,所述光耦合器U4的输入端与发光二极管LED并联,所述光耦合器U4的上接口连接5V电压源,所述光耦合器 U4的下接口作为隔离模块的输出端。
所述供电模块包括太阳能供电模块和电源选择模块,所述太阳能供电模块的供电输出端与电源选择模块的输入端相连,所述电源选择模块的输出端作为电压源VCC。
所述太阳能供电模块包括稳压器U1、功率管Q1和太阳能电池板B1,所述稳压器U1的VIN管脚连接太阳能电池板B1的正极,所述稳压器U1的 ILIM管脚两个电阻R1连接太阳能电池板B1的正极,所述稳压器U1的SW1 管脚与太阳能电池板B1的正极之间连接电感L1,所述稳压器U1的SW2管脚连接所述功率管Q1的漏极,所述功率管Q1的源极接地,所述稳压器U1的A0管脚与所述功率管Q1的栅极相连,所述稳压器U1的A0管脚与所述功率管Q1的栅极的串联点经过串联的电阻R2和电阻R3与太阳能电池板B1 的正极相连,所述电阻R2和电阻R3的串联点与地之间连接有串联的电阻 R4和电阻R5,所述稳压器U1的SW1管脚连接有二极管D1的正极,所述二极管D1的负极作为太阳能供电模块的供电输出端。
所述电源选择模块包括NPN三极管Q4、NPN三极管Q2和PNP三极管Q3、充电电池B2、稳压器U2和U3,所述NPN三极管Q4的基极连接有电阻R7,所述电阻R7的另一端连接NPN三极管Q4的集电极,所述NPN三极管Q4的集电极作为电源选择模块的输入端,所述NPN三极管Q4的发射极连接充电电池B2的正极,所述充电电池B2的负极接地,所述NPN三极管Q4的集电极连接所述NPN三极管Q2的集电极,所述NPN三极管Q2的集电极与所述 NPN三极管Q2的基极之间连接有电阻R6,所述NPN三极管Q2的发射极经过电阻R8连接所述PNP三极管Q3的基极,所述PNP三极管Q3的集电极连接充电电池B2的正极,所述NPN三极管Q2的发射极连接稳压器U1的Vin 管脚,所述PNP三极管Q3的发射极连接稳压器U3的Vin管脚,所述稳压器U2和U3分别连接有二极管D3和D4的正极,所述二极管D3和D4的负极相连作为电压源VCC。
本发明的有益效果是:
当光纤传感系统感应到土壤震动后,在发送控制器处理时,上传终端时,还会被并联的采集模块收集经转换后的电压信号,若出现问题,则采集到的电压超过设定电压,灯光报警模块闪动,通知附近工作人员,同时报警通讯模块向终端发送报警信息,将问题信息上报。
太阳能电池板的设定可以支持太阳能充电,但是由于太阳能的使用不稳定,电源选择模块可以实现当太阳能电池板有电时,装置由太阳能电池直接供电,当太阳能电池板亏电时,断开太阳能电池板和充电电池间的连接,有充电电池供电。不会出现共同供电的情况,保证了供电的稳定性。
附图说明
图1为本发明中采集模块的电路原理图;
图2为本发明中太阳能供电模块的电路原理图;
图3为本发明中电源选择模块的电路原理图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细的描述,但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
一种分布式周界安防系统,包括用于初级采集故障范围的管道安全预警系统和用于确定故障具体位置的光缆故障检测装置,所述管道安全预警系统包括预警单元,所述预警单元连接有用于感应土壤振动信号的光纤传感系统,所述光纤传感系统埋于地下,所述预警单元通讯连接有预警管理终端,一个预警管理终端连接多个预警单元,其特征在于:所述预警单元包括报警通讯模块、采集模块和电源模块,所述采集模块借助信号处理电路与光纤传感系统信号连接,所述采集模块的信号输出端与报警通讯模块的信号输入端连接;
所述采集模块包括灯光报警模块和隔离模块;
所述灯光报警模块用于发出灯光警报提示;
所述隔离模块作为报警通讯模块的开关,
所述灯光报警模块的输入端作为采集模块的采集端,所述隔离模块的输出端作为采集模块的输出端;
所述光缆故障检测装置,包括控制器和供电模块,所述供电模块包括太阳能供电模块和电源选择模块,所述太阳能供电模块的供电输出端与电源选择模块的输入端相连,所述电源选择模块的输出端作为电压源VCC。
具体实施方式,如说明书附图1所示,灯光报警模块包括555计时器 U5、三极管Q5和发光二极管LED1,所述555计时器U5的GND管脚连接三极管Q5的集电极,三极管Q5的发射极接地,所述555计时器的TRIG管脚和THRES管脚连接,所述555计时器的DISCH管脚经过电阻R9连接5V电压源,所述555计时器的THRES管脚经过电阻RP1连接DISCH管脚,所述 555计时器U5的OUT管脚连接发光二极管LED1的负极,所述发光二极管LED1的正极经过电阻R10连接5V电压源,所述三极管Q5的基极作为灯光报警模块的输入端,所述三极管Q5的基极连接有电阻R12和稳压管D5。
Input接口采集到电压信号后,经过稳压传递至三极管Q5的基极,当电压超过设定值时,稳压管D5导通,发光二极管LED1发光,实现灯光报警,可以提示附近工作人员。
所述的隔离模块包括光耦合器U4,所述光耦合器U4的输入端与发光二极管LED并联,所述光耦合器U4的上接口连接5V电压源,所述光耦合器 U4的下接口作为隔离模块的输出端。
所述隔离模块可以将报警通讯模块与前级电路隔离,起到保护电路的作用,当出现震动情况后,可以及时向报警通讯模块发送问题信息。
如说明书附图2所示,所述太阳能供电模块包括稳压器U1、功率管Q1 和太阳能电池板B1,所述稳压器U1的VIN管脚连接太阳能电池板B1的正极,所述稳压器U1的ILIM管脚两个电阻R1连接太阳能电池板B1的正极,所述稳压器U1的SW1管脚与太阳能电池板B1的正极之间连接电感L1,所述稳压器U1的SW2管脚连接所述功率管Q1的漏极,所述功率管Q1的源极接地,所述稳压器U1的A0管脚与所述功率管Q1的栅极相连,所述稳压器 U1的A0管脚与所述功率管Q1的栅极的串联点经过串联的电阻R2和电阻 R3与太阳能电池板B1的正极相连,所述电阻R2和电阻R3的串联点与地之间连接有串联的电阻R4和电阻R5,所述稳压器U1的SW1管脚连接有二极管D1的正极,所述二极管D1的负极作为太阳能供电模块的供电输出端。
所述稳压器U1的型号为LT1073,可以将太阳能电池板所产生的电压稳定输出到后级电路。
如说明书附图3所示,所述电源选择模块包括NPN三极管Q4、NPN三极管Q2和PNP三极管Q3、充电电池B2、稳压器U2和U3,所述NPN三极管 Q4的基极连接有电阻R7,所述电阻R7的另一端连接NPN三极管Q4的集电极,所述NPN三极管Q4的集电极作为电源选择模块的输入端,所述NPN三极管Q4的发射极连接充电电池B2的正极,所述充电电池B2的负极接地,所述NPN三极管Q4的集电极连接所述NPN三极管Q2的集电极,所述NPN 三极管Q2的集电极与所述NPN三极管Q2的基极之间连接有电阻R6,所述 NPN三极管Q2的发射极经过电阻R8连接所述PNP三极管Q3的基极,所述 PNP三极管Q3的集电极连接充电电池B2的正极,所述NPN三极管Q2的发射极连接稳压器U1的Vin管脚,所述PNP三极管Q3的发射极连接稳压器 U3的Vin管脚,所述稳压器U2和U3分别连接有二极管D3和D4的正极,所述二极管D3和D4的负极相连作为电压源VCC。
当太阳能供电模块有电压输出时,NPN三极管Q4的基极为高电位导通,太阳能供电模块向充电电池充电,同时NPN三极管Q2导通,向稳压器U2 的Vin管脚供电,当Q2经过电流时,PNP三极管Q3截止,充电电池B2无法与稳压器U3连接;当太阳能供电模块亏电,没有有电压输出时,NPN三极管Q4的基极为低电位截止充电电池B2与太阳能供电模块端口联系,NPN三极管Q2截止,PNP三极管Q3导通,充电电池B2的正极与稳压管U3的 Vin形成通路。
所述太阳能电池板B1的正负极之间连接有电容C1。所述电容C1起到滤波的作用,防止通断电瞬间对器件的损坏。
所述二极管D1与地之间连接有稳压管D2,所述稳压管负极与二极管 D1负极相连。所述稳压管保证了从太阳能供电模块向电源选择模块电压流入的平稳。

Claims (5)

1.一种分布式周界安防系统,包括用于初级采集故障范围的管道安全预警系统和用于确定故障具体位置的光缆故障检测装置,所述管道安全预警系统包括预警单元,所述预警单元连接有用于感应土壤振动信号的光纤传感系统,所述光纤传感系统埋于地下,所述预警单元通讯连接有预警管理终端,一个预警管理终端连接多个预警单元,其特征在于:所述预警单元包括报警通讯模块、采集模块和电源模块,所述采集模块借助信号处理电路与光纤传感系统信号连接,所述采集模块的信号输出端与报警通讯模块的信号输入端连接;
所述采集模块包括灯光报警模块和隔离模块;
所述灯光报警模块用于发出灯光警报提示;
所述隔离模块作为报警通讯模块的开关,
所述灯光报警模块的输入端作为采集模块的采集端,所述隔离模块的输出端作为采集模块的输出端;
所述光缆故障检测装置,包括控制器、供电模块和故障检测模块,所述控制器和故障检测模块通讯连接,所述供电模块与控制器和故障检测模块形成供电连接,所述供电模块包括太阳能供电模块和电源选择模块,所述太阳能供电模块的供电输出端与电源选择模块的输入端相连,所述电源选择模块的输出端作为电压源VCC。
2.根据权利要求1所述的分布式周界安防系统,其特征在于:所述灯光报警模块包括555计时器U5、三极管Q5和发光二极管LED1,所述555计时器U5的GND管脚连接三极管Q5的集电极,三极管Q5的发射极接地,所述555计时器的TRIG管脚和THRES管脚连接,所述555计时器的DISCH管脚经过电阻R9连接5V电压源,所述555计时器的THRES管脚经过电阻RP1连接DISCH管脚,所述555计时器U5的OUT管脚连接发光二极管LED1的负极,所述发光二极管LED1的正极经过电阻R10连接5V电压源,所述三极管Q5的基极作为灯光报警模块的输入端,所述三极管Q5的基极连接有电阻R12和稳压管D5。
3.根据权利要求2所述的分布式周界安防系统,其特征在于:所述的隔离模块包括光耦合器U4,所述光耦合器U4的输入端与发光二极管LED并联,所述光耦合器U4的上接口连接5V电压源,所述光耦合器U4的下接口作为隔离模块的输出端。
4.根据权利要求1所述的分布式周界安防系统,其特征在于:所述太阳能供电模块包括稳压器U1、功率管Q1和太阳能电池板B1,所述稳压器U1的VIN管脚连接太阳能电池板B1的正极,所述稳压器U1的ILIM管脚两个电阻R1连接太阳能电池板B1的正极,所述稳压器U1的SW1管脚与太阳能电池板B1的正极之间连接电感L1,所述稳压器U1的SW2管脚连接所述功率管Q1的漏极,所述功率管Q1的源极接地,所述稳压器U1的A0管脚与所述功率管Q1的栅极相连,所述稳压器U1的A0管脚与所述功率管Q1的栅极的串联点经过串联的电阻R2和电阻R3与太阳能电池板B1的正极相连,所述电阻R2和电阻R3的串联点与地之间连接有串联的电阻R4和电阻R5,所述稳压器U1的SW1管脚连接有二极管D1的正极,所述二极管D1的负极作为太阳能供电模块的供电输出端。
5.根据权利要求4所述的分布式周界安防系统,其特征在于:所述电源选择模块包括NPN三极管Q4、NPN三极管Q2和PNP三极管Q3、充电电池B2、稳压器U2和U3,所述NPN三极管Q4的基极连接有电阻R7,所述电阻R7的另一端连接NPN三极管Q4的集电极,所述NPN三极管Q4的集电极作为电源选择模块的输入端,所述NPN三极管Q4的发射极连接充电电池B2的正极,所述充电电池B2的负极接地,所述NPN三极管Q4的集电极连接所述NPN三极管Q2的集电极,所述NPN三极管Q2的集电极与所述NPN三极管Q2的基极之间连接有电阻R6,所述NPN三极管Q2的发射极经过电阻R8连接所述PNP三极管Q3的基极,所述PNP三极管Q3的集电极连接充电电池B2的正极,所述NPN三极管Q2的发射极连接稳压器U1的Vin管脚,所述PNP三极管Q3的发射极连接稳压器U3的Vin管脚,所述稳压器U2和U3分别连接有二极管D3和D4的正极,所述二极管D3和D4的负极相连作为电压源VCC。
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