CN113993223B - 一种基于5g双环通信的大范围管道检测及定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，包括MCU，还包括分别与MCU电相连的控制模块、检测模块、电力载波模块和/或5G无线通信模块，还包括依次电相连的电力线、AC/DC模块、双向DC/DC开关电源模块、备用电源，控制模块与双向DC/DC开关电源模块电相连，与AC/DC模块电相连的BUCK开关电源模块，所述检测模块用以检测管道参数。本发明解决了现有技术存在的不能准确检测石油管道问题所在位置等问题。

Description

一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统

技术领域

本发明涉及电子与信息技术领域，具体是一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统。

背景技术

目前，市面上的石油管道等管道检测系统只能测一两个数据，而且大多数不包括定位系统，这类系统通常只能警报石油管道中的是由是否出现漏油，而且其它问题无法判断，且不能准确定位问题所在。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，解决现有技术存在的不能准确检测石油管道问题所在位置等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，包括MCU，还包括分别与MCU电相连的控制模块、检测模块、电力载波模块和/或5G无线通信模块，还包括依次电相连的电力线、AC/DC模块、双向DC/DC开关电源模块、备用电源，控制模块与双向DC/DC开关电源模块电相连，与AC/DC 模块电相连的BUCK开关电源模块，所述检测模块用以检测管道参数。

作为一种优选的技术方案，电力线沿被检测管道平行布置，多个依次电相连的检测模块沿电力线间隔布置，并与电力线电相连，多个检测模块依次标号。

作为一种优选的技术方案，AC/DC模块包括LT4320芯片、IRF3710场效应管Q1、IRF3710场效应管Q2、IRF3710场效应管Q3、IRF3710场效应管Q4、电源E1、电容C1、插接件JP1、插接件JP2，LT4320芯片的1引脚与Q1的S引脚、Q3的D引脚、JP1的2引脚电连接，LT4320芯片的7引脚与Q2的G引脚电连接，LT4320芯片的6引脚与Q1的D引脚、Q2的D引脚、 C1的一端、E1的一端、JP2的1引脚电连接，LT4320芯片的5引脚与Q3 的S引脚、Q4的S引脚、C1的另一端、E1的另一端、JP2的2引脚电连接， LT4320芯片的4引脚与Q3的G引脚电连接，LT4320芯片的3引脚与Q4的 G引脚电连接，LT4320芯片的2引脚与Q1的G引脚电连接，LT4320芯片的 8引脚与JP1的1引脚、Q2的S引脚、Q4的D引脚电连接。

作为一种优选的技术方案，双向DC/DC开关电源模块包括双向DC/DC 主拓扑电路，双向DC/DC主拓扑电路包括康铜丝R15，电阻R16、R17、R18、 R19、R20、R21，滑动变阻器RP9、电容E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9， MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，芯片IR2104、LM311，接插件JP8、JP9、JP10、 J3，电感J2；双向DC/DC主拓扑电路的正向的输入为VCC，接到R15的一端和R17中间，在R17的一端和RP9的一固定端之间连接接插件JP10，作为反馈电压；滑动变阻器RP9另一固定端和滑动端连接在一起接到GND；电容R5和E6正极连接到R15的另一端和MOS管Q2的D极相连接，负极接到 GND，作用为当双向DC/DC反向时作滤波作用；MOS管Q2的S极和Q4的D 极连接到一起并且连接芯片U3的6脚；MOS管Q2和Q4的G极分别接入U3 的5脚和7脚，为PWM波的输入；MOS管Q4的S极连接到GND；在MOS管 Q2的S极和Q4的D极连接处连接到电感J2；芯片LM311，其作用为将一路 PWM波变换成两路互补的PWM波，两路波分别传输到两个芯片IR2104中，用作正向和逆向DC/DC的驱动信号；LM311的5、6、8脚悬空，7脚通过电阻R19连接到8脚且7脚为互补PWM波的输出脚，8脚为芯片的供电脚，连接到+12V；+12通过电阻R20连接到2脚，2脚通过电阻R21连接到1、4 脚，3脚为PWM波的输入。

作为一种优选的技术方案，双向DC/DC开关电源模块包括还包括正向 DC/DC开关电源模块，所述正向DC/DC开关电源模块包括TL494芯片，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5，滑动变阻器RP1、RP2、 RP3，接插件1、2、3、PWM1；TL494芯片1引脚和16引脚链接接插件1和接插件3，用来接后续电压反馈和电流反馈，用于电压闭环进行限压和电流闭环进行恒流；TL494芯片2引脚和15引脚通过连接RP1和RP2滑动变阻器连接引脚14来调节其基准电压，引脚14为TL494芯片内部的基准电压，为5V；TL494芯片2引脚和15引脚通过电阻R1、R2、R3、R4和电容C1、 C2连接引脚3来进行软启动从而进行保护，引脚3为PWM波补偿输入，引脚4为死区控制，通过电阻R5来接到DGND，引脚5，6通过电容C4和滑动变阻器RP3连接在一起，并且最终连接到DGND，其为RC震荡电路，产生三角波；TL494芯片引脚7为接地脚，接到DGND；TL494芯片有两组输出，分别为引脚8，11和引脚9，10，并且通过引脚13来判断输出方式，当引脚 13为高电平时，TL494输出方式为推挽输出；当引脚13为低电平时，输出模式为单端输出；引脚13接低电平，连接到DGND，引脚12为芯片的供电脚，连接到DC/DC控制模块中的N12，引脚9为PWM输出端，通过连接接插件PWM1连接到双向DC/DC主拓扑模块中的IR2104芯片的2引脚来进行驱动，引脚8，10，11悬空。

作为一种优选的技术方案，双向DC/DC开关电源模块还包括反向DC/DC 开关电源模块，所述反向DC/DC开关电源模块包括TL494芯片，电阻R6、 R7、R8、R9、R10，电容C6、C7、C8、C9、C10，滑动变阻器RP4、RP5、RP6，接插件4、5、6、PWM2；TL494芯片1引脚和16引脚链接接插件6和接插件4，用来接后续电压反馈和电流反馈，用于电压闭环进行限压和电流闭环进行恒流，TL494芯片2引脚和15引脚通过连接RP4和RP5滑动变阻器连接引脚14来调节其基准电压，引脚14为TL494芯片内部的基准电压，为 5V；同时2引脚和15引脚同过电阻R8、R9、R6、R7和电容C7、C6连接引脚3来进行软启动从而进行保护，引脚3为PWM波补偿输入，引脚4为死区控制，通过电阻R10来接到DGND，引脚5，6通过电容C9和滑动变阻器RP6连接在一起，并且最终连接到DGND，其为RC震荡电路，产生三角波；引脚7为接地脚，接到DGND，TL494有两组输出，分别为引脚8，11和引脚9，10，并且通过引脚13来判断输出方式，当引脚13为高电平时，TL494 输出方式为推挽输出；当引脚13为低电平时，输出模式为单端输出；引脚 13接低电平，连接到DGND；引脚12为VCC即芯片的供电脚，连接到DC/DC 控制模块中的P12；引脚9为PWM输出端，通过连接接插件PWM2连接到双向DC/DC主拓扑模块中的IR2104芯片的2引脚来进行驱动，引脚8，10， 11悬空。

作为一种优选的技术方案，所述BUCK开关电源模块包括电阻R1、R3、 R4、R6、R7、R8、R9、R11，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、 C10、C11、C12、C13，滑动变阻器R2、R5、R10、R12、R13，接插件P1、 P2、P3、P4、P5、反馈电压1和反馈电压2，二极管D1、D4、D5，MOS管Q1、Q2，和芯片TL494、IR2104、INA282，电感L1；TL494芯片1引脚和 16引脚链接接插件反馈电压1和反馈电压2，用来接后续电压反馈和电流反馈，用于电压闭环进行限压和电流闭环进行恒流，TL494芯片2引脚和 15引脚通过连接R2和R10滑动变阻器连接引脚14来调节其基准电压，引脚14为TL494芯片内部的基准电压，为5V；同时2引脚和15引脚同过电阻R1、R3、R6、R7和电容C1、C11连接引脚3来进行软启动从而进行保护，引脚3为PWM波补偿输入，引脚4为死区控制，通过电阻R10来接到GND 并且通过电容C6来连接到引脚14，引脚5，6通过电容C7和滑动变阻器 R5连接在一起，并且最终连接到GND，其为RC震荡电路，产生三角波；引脚7为接地脚，接到DGND。TL494有两组输出，分别为引脚8，11和引脚9， 10，并且通过引脚13来判断输出方式，当引脚13为高电平时，TL494输出方式为推挽输出；当引脚13为低电平时，输出模式为单端输出；引脚13 接低电平，连接到GND，引脚12为VCC即芯片的供电脚，引脚9、10为PWM 输出端，连接到BUCK降压模块中的IR2104芯片的2引脚来进行驱动，引脚8，11接到引脚12；芯片IR2104的1、3脚接到+12电用来供电，4脚为 GND，4脚与3脚间用一个电容C8来连接，C8为退耦电容；二极管D1正极连接到芯片IR2104的1脚，负极连接到芯片IR2104的8脚，并通过电容 C3连接到芯片IR2104的6脚；芯片IR2104的6脚连接到MOS管Q1的S极和MOS管Q2的D极，芯片的5脚连接到MOS管Q2的G极，芯片的7脚来连接到MOS管Q1的G极。MOS管Q1的D极连接到VCC，为电压的输入； MOS管Q2的S极连接到GND，电阻R8、电容C9和二极管D4为MOS管Q1的保护电路，同理电容C9、电阻R9和二极管D5为MOS管Q2的保护电路，电容C4、C5分别正极连接到VCC，负极连接到GND为退耦电容，用来滤波。电感L一端连接到芯片IR2104的6脚，另一端连接到电容P_C1和P_C2的正极和康铜丝的一端，康铜丝的另一端连接到输出端子，芯片INA282的1、 8脚分别连接康铜丝P1的两端，用来电流采集，芯片INA282的2脚连接 GND，3脚通过滑动变阻器连接到+12V和GND，用来调节基准电压，电阻R11 和滑动变阻器R13串联，电阻R11另一端连接到芯片INA282的1脚，滑动变阻器R13另一端连接到GND并且中间脚位连接到接插件P4用来做电压反馈进行电压闭环，芯片INA282的7脚连接到GND，6脚连接到+12V，用来供电，5脚连接到接插件P5用作电流反馈，进行电流闭环，4脚悬空，并且在+12V和GND间有电容C12和C13，为退耦电容，进行滤波。

作为一种优选的技术方案，备用电源模块包括锂蓄电池，当电力线中有电时，锂蓄电池通过双向DC/DC开关电源模块正向充电；当电力线中没有电，即电力线短路、断路或者停电时，由锂蓄电池进行放电，通过双向 DC/DC开关电源模块进行反向放电。

作为一种优选的技术方案，检测模块包括管道压力检测模块、管道流速检测模块和管道温度检测模块，三个模块通过探针插入管道进行测量管道数据，并将数据依次传输给MCU、电力载波模块或5G无线通信模块、主机，并且在主机上显示。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明通过采用5G无线通信技术、电力载波技术两种有线和无线通信方式的巧妙结合、一根电力线实现供电和通讯媒介的巧妙运用，实现了以更高的可靠性和更低的成本保障管道的运输正常进行，精确定位故障位置有效地降低了维护成本，从而弥补了传统定期人工检测故障的模式；

(2)本发明大大节省了寻找管道问题的具体位置，防止因寻找过程而出现的不可控的局面，从根本上节省了花销。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明布置多个检测模块的结构框图；

图3为本发明AC/DC模块的电路图；

图4为本发明正向DC/DC开关电源模块的电路图；

图5为本发明反向DC/DC开关电源模块的电路图；

图6为本发明双向DC/DC主拓扑电路的电路图；

图7为图6的局部放大图之一；

图8为图6的局部放大图之二；

图9为本发明双向DC/DC开关电源模块的控制电源模块的电路图；

图10为本发明电流采样闭环模块的电路图；

图11为本发明BUCK开关电源模块的电路图；

图12为图11的局部放大图之一；

图13为图11的局部放大图之二；

图14为本发明辅助电源模块的电路图；

图15为图14的局部放大图之一；

图16为图14的局部放大图之二。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图16所示，系统包括管道参数检测模块，其与MCU模块相连； MCU模块在于电力载波模块和5G无线通信模块相连。

优选的，包括传输及供电电线的有线传输以及断电时的5G无线通信。所述电力线是通过电力载波进行传输数据，电力载波与单片机相连通过MCU 模块储存数据，并且可以通过5G无线通信进行传输。当MCU模块检测到前级AC/DC电源模块有电时，采用电力载波有线通信模式；当MCU模块检测到前级AC/DC模块没有电时，采用5G无线通信模块向主机发送电力线及石油管道数据情况。

优选的，采用有电时通过AC/DC电源模块和BUCK开关电源模块供电及无电时的备用电池模块两种供电模式，可以不间断式监测。其控制系统根据MCU模块程序所控制，当MCU模块检测前级AC/DC电源模块有电压时， MCU模块向晶闸管输出一个高电平，晶闸管截止，光耦双向DC/DC开关电源模块给备用电池模块，并且通过BUCK开关电源模块给MCU模块供电；当MCU 模块检测前级AC/DC电源模块时，备用电池模块通过双向DC/DC开关电源模块给MCU模块供电，MCU模块继续检测并收发数据。

优选的，存在两种工作模式通过MCU模块控制晶闸管的开关来进行。

模式1：晶闸管关闭，AC/DC电源模块通过BUCK模块给MCU模块供电并且通过双向DC/DC开关电源模块给备用电池模块充电，管道参数检测模块检测管道数据，MCU模块通过电力载波进行有线传输。

模式2：晶闸管导通，备用电池模块通过双向DC/DC开关电源模块给 MCU模块进行供电，管道参数检测模块检测管道数据，MCU模块通过5G无线通信发送管道数据和电力线情况。

优选的，MCU供电系统所要求电源为3.3V供电，所控制管道为晶闸管。

优选的，所述系统还包括辅助电源模块，其作用为给管道检测模块进行供电。

系统往往由一个总通信终端、一系列检测模块以及一条与被检测管道平行布置的电力线组成。实践当中，本发明提供的检测系统可实现对石油管道等各种长距离管道运输进行实时监测、实时上报故障类型及位置等功能。

总通信终端由带有有线和无线通信信号接收装置的计算机组成。通过接收检测模块传来的故障信息，将石油管道信息直观地反映给维修人员。

所述检测模块包含AC/DC电源模块、BUCK开关电源模块、双向DC/DC 开关电源模块、MCU模块、备用电池模块、电力载波模块、5G无线通信模块、管道参数检测模块(检测模块)。具体的，检测模块每隔一定距离沿电力线布置，并与电力线连接。检测模块依次标号，用以标记故障位置并作其他子检测的前一通信目标地址。当石油管道及电力线正常工作时，电力线给检测模块供电，并给备用电池充电，5G无线通信模块保持静默。当管道参数检测模块发现石油管道出现异常时，若电力线正常工作，则MCU系统通过电力载波模块，以电力线为媒介向前一通讯地址的检测模块发送故障类型及位置等信息，故障信息依次向前传递，直至到达总通信终端，告知维护人员，5G无线通信模块依旧保持静默；若电力线亦出现故障，则改由备用电池向MCU系统提供电源，同时MCU系统通过5G无线通信模块以同样的方式依次将故障信息向前传递，直至到达总通信终端。当石油管道正常工作而电力线出现故障时，检测模块同样由备用电池提供电源，并由5G 无线通信模块向前传输电力线故障信息，同时管道参数检测模块继续监测石油管道的工作状态。

具体实施例中，检测模块的电源来源(电力线或备用电池)由MCU系统决定。实现这一功能需要使用单片机的模数转换模块(ADC)以及I/O口资源。具体的，单片机通过模数转换模块监测电源检测点的电压数据，若电压高于正常电压，则令I/O口输出高电平，使晶闸管截止，改变双向升降压模块的工作方向，实现电力线供电，并同时给蓄电池充电；反之，则令 I/O口输出低电平，使晶闸管导通，改变双向升降压模块的工作方向，实现蓄电池供电，保障检测工作的正常进行及故障信息的正常传递。

进一步的，系统供电采用两条支供电电路，一条由电力线通过AC/DC 模块分别与BUCK模块和正向DC/DC模块组成电力线供电架构，BUCK电路为系统供电，正向DC/DC为电池充电。包括AC/DC同步整流控制电路，开关电源驱动电路，BUCK主拓扑电路，双向DC/DC主拓扑电路。所述四项子电路将三个TL494开关电源控制电路的控制信号进行驱动后加之于拓扑电路上来进行功率级的电源配置。其中还包含BUCK电路输出级的电压反馈电路与双向DC/DC输出级的电流反馈和电压反馈电路。其中BUCK电压反馈和双向DC/DC电压反馈由在输出端由两个电阻分压后接入三个TL494芯片的16 脚进行电压闭环控制，特别的，因为正向DC/DC的输出级要接备用电池为电池充电，所以要加电流反馈配合电压反馈进行恒流限压控制。通过INA282 在输出级将测流电阻的电压差分放大后，将INA282的输出与TL494的1脚连接进行电流闭环控制。当电力线故障或停电时，由第二条进行系统供电，既由电池通过逆向DC/DC电路为系统供电。而是否需要电池供电由MCU 对电力线输入级电压进行检测，通过可控硅对光耦进行控制，光耦与两路双向DC/DC的TL494控制电路连接，以此使得双向DC/DC的两路TL494控制电路在电力线工作与不工作时分别控制双向DC/DC的正逆向工作。

在系统即将开始工作时，由电池与双向DC/DC电路构成的子电力系统为系统供电，MCU启动后对AC/DC后电压线电压采样点进行检测，MCU将采集到的AD信号与系统预设值进行比较判断，若电力线正常则MCU对可控硅进行控制切断第一路光耦打开第二路光耦由电力线通过BUCK模块为进行系统级供电同时为电池进行恒流限压充电，若电力线不正常，则系统继续由电池供电。而电力线电压监测点与MCU的中断连接在电力线工作向不工作或者不工作向工作改变时将系统供电及时切换。

进一步的，所述通信部分，包含基于电力载波技术的通信模式以及基于5G技术的通信模式。简而言之，分为有线通信和无线通信两部分，以下分别进行说明。有线通信模式工作在电力线正常工作的情况下。当管道检测装置检测到石油管道的压力、流速及温度等出现异常时，单片机系统将故障类型及故障位置等信息进行简化处理，电力载波发送器将数据调制到一个高频载波上，经过功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上，以电力线作为媒介，传达信息；无线通信模式工作在电力线故障的情况下。如上所述，此时子检测系统由蓄电池供电，电力线不再适于作为通信媒介，无法采用电力载波技术。此时，MCU将通信方式切换为无线通信模式，采用 5G无线通信模块将故障信息实时联网传出。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过采用5G无线通信技术、电力载波技术两种有线和无线通信方式的巧妙结合、一根电力线实现供电和通讯媒介的巧妙运用，实现了以更高的可靠性和更低的成本保障石油管道的运输正常进行，精确定位故障位置有效地降低了维护成本，从而弥补了传统定期人工检测故障的模式。此外本发明不仅可用于石油管道的故障检测定位，还可用于对天然气、自来水等管道的检测定位。

实施例2

如图1至图16所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：

本实例提供一种基于5G无线与电力载波双通信的高效管道运输数据检测及定位系统，包括AC/DC电源模块、BUCK开关电源模块、双向DC/DC开关电源模块、MCU模块、备用电池模块、电力载波模块、5G无线通信模块、管道参数检测模块。所述AC/DC电源模块分别与BUCK和双向DC/DC电源模块连接，为后续电路供电并为备用电池充电。所述MCU模块分别与双向DC/DC 开关电源模块、5G无线通信模块、电力载波模块与和管道参数检测模块连接。具体的，根据电力线供电情况，将管道参数检测模块采集到的数据由MCU选择从5G无线通信模块或电力载波模块发送到主机。

供电实施：如图所示，系统供电采用两条支供电电路，一条由电力线通过AC/DC模块分别与BUCK模块和正向DC/DC模块组成电力线供电架构， BUCK电路为系统供电，正向DC/DC为电池充电。包括AC/DC同步整流控制电路，开关电源驱动电路，BUCK主拓扑电路，双向DC/DC主拓扑电路。所述四项子电路将三个TL494开关电源控制电路的控制信号进行驱动后加之于拓扑电路上来进行功率级的电源配置。其中还包含BUCK电路输出级的电压反馈电路与双向DC/DC输出级的电流反馈和电压反馈电路。其中BUCK电压反馈和双向DC/DC电压反馈由在输出端由两个电阻分压后接入三个TL494 芯片的16脚进行电压闭环控制，特别的，因为正向DC/DC的输出级要接备用电池为电池充电，所以要加电流反馈配合电压反馈进行恒流限压控制。通过INA282在输出级将测流电阻的电压差分放大后，将INA282的输出与TL494的1脚连接进行电流闭环控制。当电力线故障或停电时，由第二条进行系统供电，既由电池通过逆向DC/DC电路为系统供电。而是否需要电池供电由MCU对电力线输入级电压进行检测，通过可控硅对光耦进行控制，光耦与两路双向DC/DC的TL494控制电路连接，以此使得双向DC/DC的两路TL494控制电路在电力线工作与不工作时分别控制双向DC/DC的正逆向工作。

在系统即将开始工作时，由电池与双向DC/DC电路构成的子电力系统为系统供电，MCU启动后对AC/DC后电压线电压采样点进行检测，MCU将采集到的AD信号与系统预设值进行比较判断，若电力线正常则MCU对可控硅进行控制切断第一路光耦打开第二路光耦由电力线通过BUCK模块为进行系统级供电同时为电池进行恒流限压充电，若电力线不正常，则系统继续由电池供电。而电力线电压监测点与MCU的中断连接在电力线工作向不工作或者不工作向工作改变时将系统供电及时切换。

通信实施：同样的，如图所示，通信部分采用电力载波与5G无线的双环通信架构，在供电实施结束后系统进行实时的管道数据检测，MCU将从检测模块接受到的数据保存到外部ROM中后，若在电力线工作时就由电力载波中的信号调制电路将数据转为高频的模拟信号加在工频交流电上，主机可通过主电力载波模块将解调后的数据接收后进行处理。当在电力线不能工作时，MCU将采集端的数据保存后通过5G无线通信向上一个从机发送，上一个从机再将自己的数据和接受到的数据再向上一级从机发送，以此类推，最终发送到主机，这样做是因为两机间5G无线通信的范围小而设置基站成本过高而决定的，5G通信的峰值理论可达10G/S,所以通信速度只会在毫秒级有较小差异。通过这种双环通信系统向主机通信，数据丢失的可能性会大大降低。

定位实施：在解决管道的点位上，本发明采用编号定位法。在铺设本系统时，对所有从机进行编号，并对各编号子机铺设位置进行记录，在主机接受到从机发来的数据后，若数据超过危险阈值，主机将向管理员报警并显示从机编号，修检人员可根据从机编号快速确定出问题的管道的位置，这样大大节省了检修人员在确定管道时花费的时间。若传输电力线存在故障，从机可向前级通过5G无线传输发送问题所在，在发送石油管道的实时监测情况的同时也向前级发送电力线故障所在，电力线短路，短路或者是停电均可检测出来。这样虽然加大了电力线的故障修复问题，但是大大节省了寻找石油管道问题的具体位置，防止因寻找过程而出现的不可控的局面，从根本上节省了花销。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，其特征在于，包括MCU，还包括分别与MCU电相连的控制模块、检测模块、电力载波模块和5G无线通信模块，还包括依次电相连的电力线、AC/DC模块、双向DC/DC开关电源模块、备用电源，控制模块与双向DC/DC开关电源模块电相连，与AC/DC模块电相连的BUCK开关电源模块，所述检测模块用以检测管道参数；

电力线沿被检测管道平行布置，多个依次电相连的检测模块每隔设定距离沿电力线布置，并与电力线连接；多个检测模块依次标号，用以标记故障位置并作其他子检测的前一通信目标地址；当石油管道及电力线正常工作时，电力线给检测模块供电，并给备用电池充电，5G无线通信模块保持静默；当管道参数检测模块发现石油管道出现异常时，若电力线正常工作，则MCU系统通过电力载波模块，以电力线为媒介向前一通讯地址的检测模块发送故障类型及位置信息，故障信息依次向前传递，直至到达总通信终端，5G无线通信模块依旧保持静默；若电力线亦出现故障，则改由备用电池向MCU系统提供电源，同时MCU系统通过5G无线通信模块以同样的方式依次将故障信息向前传递，直至到达总通信终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，其特征在于，AC/DC模块包括LT4320芯片、IRF3710场效应管Q1、IRF3710场效应管Q2、IRF3710场效应管Q3、IRF3710场效应管Q4、电源E1、电容C1、插接件JP1、插接件JP2，LT4320芯片的1引脚与Q1的S引脚、Q3的D引脚、JP1的2引脚电连接，LT4320芯片的7引脚与Q2的G引脚电连接，LT4320芯片的6引脚与Q1的D引脚、Q2的D引脚、C1的一端、E1的一端、JP2的1引脚电连接，LT4320芯片的5引脚与Q3的S引脚、Q4的S引脚、C1的另一端、E1的另一端、JP2的2引脚电连接，LT4320芯片的4引脚与Q3的G引脚电连接，LT4320芯片的3引脚与Q4的G引脚电连接，LT4320芯片的2引脚与Q1的G引脚电连接，LT4320芯片的8引脚与JP1的1引脚、Q2的S引脚、Q4的D引脚电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，其特征在于，双向DC/DC开关电源模块包括双向DC/DC主拓扑电路，双向DC/DC主拓扑电路包括康铜丝R15，电阻R16、R17、R18、R19、R20、R21，滑动变阻器RP9、电容E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9，MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，芯片IR2104、LM311，接插件JP8、JP9、JP10、J3，电感J2；双向DC/DC主拓扑电路的正向的输入为VCC，接到R15的一端和R17中间，在R17的一端和RP9的一固定端之间连接接插件JP10，作为反馈电压；滑动变阻器RP9另一固定端和滑动端连接在一起接到GND；电容R5和E6正极连接到R15的另一端和MOS管Q2的D极相连接，负极接到GND，作用为当双向DC/DC反向时作滤波作用；MOS管Q2的S极和Q4的D极连接到一起并且连接芯片U3的6脚；MOS管Q2和Q4的G极分别接入U3的5脚和7脚，为PWM波的输入；MOS管Q4的S极连接到GND；在MOS管Q2的S极和Q4的D极连接处连接到电感J2；芯片LM311，其作用为将一路PWM波变换成两路互补的PWM波，两路波分别传输到两个芯片IR2104中，用作正向和逆向DC/DC的驱动信号；LM311的5、6、8脚悬空，7脚通过电阻R19连接到8脚且7脚为互补PWM波的输出脚，8脚为芯片的供电脚，连接到+12V；+12通过电阻R20连接到2脚，2脚通过电阻R21连接到1、4脚，3脚为PWM波的输入。

4.根据权利要求3所述的一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，其特征在于，双向DC/DC开关电源模块包括还包括正向DC/DC开关电源模块，所述正向DC/DC开关电源模块包括TL494芯片，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5，滑动变阻器RP1、RP2、RP3，接插件1、2、3、PWM1；TL494芯片1引脚和16引脚链接接插件1和接插件3，用来接后续电压反馈和电流反馈，用于电压闭环进行限压和电流闭环进行恒流；TL494芯片2引脚和15引脚通过连接RP1和RP2滑动变阻器连接引脚14来调节其基准电压，引脚14为TL494芯片内部的基准电压，为5V；TL494芯片2引脚和15引脚通过电阻R1、R2、R3、R4和电容C1、C2连接引脚3来进行软启动从而进行保护，引脚3为PWM波补偿输入，引脚4为死区控制，通过电阻R5来接到DGND，引脚5，6通过电容C4和滑动变阻器RP3连接在一起，并且最终连接到DGND，其为RC震荡电路，产生三角波；TL494芯片引脚7为接地脚，接到DGND；TL494芯片有两组输出，分别为引脚8，11和引脚9，10，并且通过引脚13来判断输出方式，当引脚13为高电平时，TL494输出方式为推挽输出；当引脚13为低电平时，输出模式为单端输出；引脚13接低电平，连接到DGND，引脚12为芯片的供电脚，连接到DC/DC控制模块中的N12，引脚9为PWM输出端，通过连接接插件PWM1连接到双向DC/DC主拓扑模块中的IR2104芯片的2引脚来进行驱动，引脚8，10，11悬空。

5.根据权利要求4所述的一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，其特征在于，双向DC/DC开关电源模块还包括反向DC/DC开关电源模块，所述反向DC/DC开关电源模块包括TL494芯片，电阻R6、R7、R8、R9、R10，电容C6、C7、C8、C9、C10，滑动变阻器RP4、RP5、RP6，接插件4、5、6、PWM2；TL494芯片1引脚和16引脚链接接插件6和接插件4，用来接后续电压反馈和电流反馈，用于电压闭环进行限压和电流闭环进行恒流，TL494芯片2引脚和15引脚通过连接RP4和RP5滑动变阻器连接引脚14来调节其基准电压，引脚14为TL494芯片内部的基准电压，为5V；同时2引脚和15引脚同过电阻R8、R9、R6、R7和电容C7、C6连接引脚3来进行软启动从而进行保护，引脚3为PWM波补偿输入，引脚4为死区控制，通过电阻R10来接到DGND，引脚5，6通过电容C9和滑动变阻器RP6连接在一起，并且最终连接到DGND，其为RC震荡电路，产生三角波；引脚7为接地脚，接到DGND，TL494有两组输出，分别为引脚8，11和引脚9，10，并且通过引脚13来判断输出方式，当引脚13为高电平时，TL494输出方式为推挽输出；当引脚13为低电平时，输出模式为单端输出；引脚13接低电平，连接到DGND；引脚12为VCC即芯片的供电脚，连接到DC/DC控制模块中的P12；引脚9为PWM输出端，通过连接接插件PWM2连接到双向DC/DC主拓扑模块中的IR2104芯片的2引脚来进行驱动，引脚8，10，11悬空。

6.根据权利要求5所述的一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，其特征在于，所述BUCK开关电源模块包括电阻R1、R3、R4、R6、R7、R8、R9、R11，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13，滑动变阻器R2、R5、R10、R12、R13，接插件P1、P2、P3、P4、P5、反馈电压1和反馈电压2，二极管D1、D4、D5，MOS管Q1、Q2，和芯片TL494、IR2104、INA282，电感L1；TL494芯片1引脚和16引脚链接接插件反馈电压1和反馈电压2，用来接后续电压反馈和电流反馈，用于电压闭环进行限压和电流闭环进行恒流，TL494芯片2引脚和15引脚通过连接R2和R10滑动变阻器连接引脚14来调节其基准电压，引脚14为TL494芯片内部的基准电压，为5V；同时2引脚和15引脚同过电阻R1、R3、R6、R7和电容C1、C11连接引脚3来进行软启动从而进行保护，引脚3为PWM波补偿输入，引脚4为死区控制，通过电阻R10来接到GND并且通过电容C6来连接到引脚14，引脚5，6通过电容C7和滑动变阻器R5连接在一起，并且最终连接到GND，其为RC震荡电路，产生三角波；引脚7为接地脚，接到DGND；TL494有两组输出，分别为引脚8，11和引脚9，10，并且通过引脚13来判断输出方式，当引脚13为高电平时，TL494输出方式为推挽输出；当引脚13为低电平时，输出模式为单端输出；引脚13接低电平，连接到GND，引脚12为VCC即芯片的供电脚，引脚9、10为PWM输出端，连接到BUCK降压模块中的IR2104芯片的2引脚来进行驱动，引脚8，11接到引脚12；芯片IR2104的1、3脚接到+12电用来供电，4脚为GND，4脚与3脚间用一个电容C8来连接，C8为退耦电容；二极管D1正极连接到芯片IR2104的1脚，负极连接到芯片IR2104的8脚，并通过电容C3连接到芯片IR2104的6脚；芯片IR2104的6脚连接到MOS管Q1的S极和MOS管Q2的D极，芯片的5脚连接到MOS管Q2的G极，芯片的7脚来连接到MOS管Q1的G极；MOS管Q1的D极连接到VCC，为电压的输入；MOS管Q2的S极连接到GND，电阻R8、电容C9和二极管D4为MOS管Q1的保护电路，同理电容C9、电阻R9和二极管D5为MOS管Q2的保护电路，电容C4、C5分别正极连接到VCC，负极连接到GND为退耦电容，用来滤波；电感L一端连接到芯片IR2104的6脚，另一端连接到电容P_C1和P_C2的正极和康铜丝的一端，康铜丝的另一端连接到输出端子，芯片INA282的1、8脚分别连接康铜丝P1的两端，用来电流采集，芯片INA282的2脚连接GND，3脚通过滑动变阻器连接到+12V和GND，用来调节基准电压，电阻R11和滑动变阻器R13串联，电阻R11另一端连接到芯片INA282的1脚，滑动变阻器R13另一端连接到GND并且中间脚位连接到接插件P4用来做电压反馈进行电压闭环，芯片INA282的7脚连接到GND，6脚连接到+12V，用来供电，5脚连接到接插件P5用作电流反馈，进行电流闭环，4脚悬空，并且在+12V和GND间有电容C12和C13，为退耦电容，进行滤波。

7.根据权利要求6所述的一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，其特征在于，备用电源模块包括锂蓄电池，当电力线中有电时，锂蓄电池通过双向DC/DC开关电源模块正向充电；当电力线中没有电，即电力线短路、断路或者停电时，由锂蓄电池进行放电，通过双向DC/DC开关电源模块进行反向放电。

8.根据权利要求7所述的一种基于5G双环通信的大范围管道检测及定位系统，其特征在于，检测模块包括管道压力检测模块、管道流速检测模块和管道温度检测模块，三个模块通过探针插入管道进行测量管道数据，并将数据依次传输给MCU、电力载波模块或5G无线通信模块、主机，并且在主机上显示。

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