CN204496218U - 一种用于地下管线监测的集中器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于地下管线监测的集中器，包括集中器外壳、控制器、电池外壳和锂电池。所述的控制器安装于集中器外壳内部，所述的锂电池安装于电池外壳内部，所述的电池外壳设于集中器外壳外部，所述的控制器和锂电池通过一联络线电连接。所述的控制器由微控制器模块、无线组网模块、以太网接口模块、存储模块、调试升级模块以及电源模块构成。本实用新型的优点和有益效果在于，集中器集无线网关和无线路由功能于一体，在地下管线监测系统中发挥无线网络建立和管理、导出网络拓扑图、无线通信中继等作用，实现现场采集器与云端服务器的通信。

Description

一种用于地下管线监测的集中器

技术领域

本实用新型涉及城市地下管线及其附属设施信息化领域，特别涉及一种用于地下管线监测的集中器。

背景技术

近年来，随着城市快速发展，地下空间建设规模不足、管理水平不高等问题凸显。一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。2014年6月14日，国务院正式发布《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》。《意见》中鼓励在地下管线规划建设、运行维护及应急防灾等工作中，广泛应用精确测控、示踪标识、物联网监测和隐患事故预警等先进技术。

地下管线监测系统是对地下管线的运行状态和环境参数进行监测的物联网系统。通过在窨井及周边管线上安装一些压力、水位、温湿度、可燃气浓度等传感器，利用物联网技术将数据发送到云端服务器平台，实现管线运行状态的监测和管理。

地下管线监测系统利用采集器解决了多传感器信号接入、数据格式不统一、无线信号屏蔽等一系列问题，并将现场数据以433MHz无线信号的形式传输到地面上。地下管线监测点数量多、分散广，而433MHz射频通信又存在传输距离近、传输速率较低问题，单层网络无法完成采集器与云端服务器的通信。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种用于地下管线监测的集中器，通过433MHz无线自组网，实现了地下管线监测系统中采集器与云 端服务器平台的通信。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种用于地下管线监测的集中器，包括集中器外壳、控制器、电池外壳和锂电池，其特征在于，所述的控制器安装于集中器外壳内部，所述的锂电池安装于电池外壳内部，所述的电池外壳设于集中器器外壳外部，所述的控制器和锂电池通过一联络线电连接；所述的控制器由微控制器模块、无线组网模块、以太网接口模块、存储模块、调试升级模块以及电源模块构成。

所述的微控制器模块可采用ARM芯片作为微控制器芯片。

所述的无线组网模块为一个串口转433MHz无线微功率透传模块，包括射频收发模块和天线部分。

所述的以太网接口模块由以太网控制器和RJ45接口组成；所述的以太网接口模块与微控制器芯片通过SPI接口连接。

所述的存储模块采用SD卡，用于存储系统日志；所述的微控制器模块通过SPI总线读写SD卡。

所述的调试升级模块为用于下载调试和软件升级的接口电路。

所述的电源模块包括稳压控制电路和变压器。

所述的集中器外壳为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的集中器外壳上设有一用于安装集中器的挂接件；所述的集中器外壳的外部设有一凹槽，用于安装电池外壳。

所述的电池外壳为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的电池外壳安装在集中器外壳的外部凹槽内。

为了克服433MHz射频通信传输距离近、速率低的问题，地下管线监测系统采用433MHz无线自组网技术进行网络通信。433MHz无线自组网络包含无线终端、无线路由和无线网关三种工作模式。采集器是无线传输的起点，仅工作在无线终端模式。集中器可担当无线路由或无线网关，在特定情况下可以转化工作模式。无线自组网技术的自我配置、多跳联接、低功耗等特性正好适应地下管线监测系统的特点。由于每个通信节点只是与其相邻的节点通信，因而不需要较大的发射功率，既降低了每个通信节点的成本又降低功耗，完全可以采用锂电池供电方案，增加了通信系统的灵活性，便于安装和维护。

本实用新型能够实现的有益效果：

1、集中器工作在无线网关模式时，负责创建与管理一个433MHz无线网络，支持大批量数据压缩和实时拓扑结构计算。

2、集中器工作在无线路由模式时，负责无线数据的接收与转发，延长无线通信距离，扩大无线覆盖半径。

3、集中器的电源模块提供锂电池和外部电源两种供电方式，当使用外部电源时启动无线网关模式，当使用锂电池时启动无线路由模式。有效解决了集中器工作模式切换，以及作为无线网关时耗电量高的问题。

4、集中器利用SD卡记录运行中的日志信息，用于故障排查和设备检修。

5、集中器通过监测锂电池电量信息，及时提醒工作人员更换电池，从而保证系统的正常运行。

6、集中器采用锂电池和控制器分体安装的方式，便于更换电池。

7、集中器保留了调试升级模块，用于程序的下载、调试，方便以后程序版本的升级。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的集中器结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处 所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1所示为本实用新型的结构示意图，用于地下管线监测的集中器包括集中器外壳(8)、控制器、电池外壳(9)和锂电池(7)，其特征在于，所述的控制器固定于集中器外壳(8)内部，所述的锂电池安装于电池外壳(9)内部，所述的控制器和锂电池(7)通过一联络线电连接，同时该联络线也将集中器外壳(8)和电池外壳(9)连接。所述的控制器由微控制器模块(1)、无线组网模块(2)、以太网接口模块(3)、存储模块(4)、调试升级模块(5)以及电源模块(6)构成。无线组网模块(2)、以太网接口模块(3)、存储模块(4)、调试升级模块(5)、电源模块(6)与微控制器模块(1)的输入输出端口连接。

所述的电源模块(6)包括稳压控制电路和变压器，其中，稳压控制电路由稳压电路、电压检测电路和控制开关三个部分构成。控制开关用于选择锂电池供电或外部电源供电，锂电池供电时集中器工作在无线路由模式，外部电源供电时集中器工作在无线网关模式。另外，通过电压检测电路检测锂电池电量信息，利用网络上传至云端服务器平台，及时提醒工作人员更换电池，从而保证系统的正常运行。

所述的微控制器模块(1)可采用ARM芯片作为主控制芯片，用于处理数据压缩、无线网路管理、Ethernet远程通讯和故障诊断等任务。

所述的无线组网模块(2)为一个串口转433MHz无线微功率透传模块，包括射频收发模块和天线部分，所述的射频收发模块与ARM芯片的串口、SPI或者I2C进行连接。

所述的以太网接口模块(3)由以太网控制器和RJ45接口组成，所述的以太网接口模块(3)与ARM芯片通过SPI接口连接，是集中器作为无线网关工作时与互联网连接的接口。

所述的存储模块(4)采用SD卡，用于存储系统日志；所述的微控制 器模块(1)通过SPI总线读写SD卡。

所述的调试升级模块(5)为用于下载调试和软件升级的接口电路。所述的调试升级模块(5)通过下载器与PC相连，进行程序下载和在线调试，方便以后程序版本的升级。

所述的集中器外壳为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性。所述的集中器外壳上设有一用于安装集中器的挂接件；所述的集中器外壳可安装在线杆、路灯或墙体上。考虑防盗、防损，可通过在线杆上设置防护箱，将集中器安装于其中。

具体的，用于地下管线监测的集中器的工作过程如下：

地下管线监测系统包含现场传感器、无线传输网络、云端服务器平台三个部分。现场传感器负责采集地下管线及附属设施的状态信息和环境参数，采集的数据通过无线传输网络上传至云端服务器平台，用于地下管线运行监测和管理。无线传输网络为433MHz无线自组织网络，包括无线终端(采集器)、无线路由和无线网关三种网络设备。首先，无线网关发起建立网络，进行网络初始化；然后，无线路由加入到网络中；最后，无线终端再加入到网络拓扑中。

集中器集无线自组网的关键技术于一体，可任意担当无线网关或无线路由。一个无线自组织网络中仅包含一个无线网关，是网络唯一的信息出口。集中器选择外部电源，初始化后进入无线网关模式，通过无线自组网模块(2)根据预设参数建立并广播网络。网络中还包含若干个以锂电池供电工作于无线路由模式的集中器，它们通过检查广播报文来确定是否加入该网络。仅当这些设备成功通过网络验证后，才能够实现互相间的通信。验证成功的集中器既可以与担当无线网关的集中器直接通信，也能够与其它集中器通过手拉手接力方式向无线网关传输数据。最终，由担当无线网关的集中器通过以太网接口与互联网连接，这种有线宽带方式保证了整个 网络与云端通信的可靠性和即时性。

集中器在整个无线传输网络中扮演着非常重要的角色，作为整个网络中的动态路由节点，需要完成所覆盖区域内采集器管理、路由寻径以及网络链路动态维护等任务，以及日志管理、故障报警等其他任务。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于地下管线监测的集中器，包括集中器外壳、控制器、电池外壳和锂电池，其特征在于，所述的控制器安装于集中器外壳内部，所述的锂电池安装于电池外壳内部，所述的电池外壳设于集中器外壳外部，所述的控制器和锂电池通过一联络线电连接；所述的控制器由微控制器模块、无线组网模块、以太网接口模块、存储模块、调试升级模块以及电源模块构成。

2.根据权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述的微控制器模块可采用ARM芯片作为微控制器芯片。

3.根据权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述的无线组网模块为一个串口转433MHz无线微功率透传模块，包括射频收发模块和天线部分。

4.根据权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述的以太网接口模块由以太网控制器和RJ45接口组成；所述的以太网接口模块与微控制器芯片通过SPI接口连接。

5.根据权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述的存储模块采用SD卡，用于存储系统日志；所述的微控制器模块通过SPI总线读写SD卡。

6.根据权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述的调试升级模块为用于下载调试和软件升级的接口电路。

7.根据权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述的电源模块包括稳压控制电路和变压器。

8.根据权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述的集中器外壳为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的集中器外壳上设有一用于安装集中器的挂接件；所述的集中器外壳的外部设有一凹槽，用于安装电池外壳。

9.根据权利要求1所述的集中器，其特征在于，所述的电池外壳为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的电池外壳安装在集中器外壳的外部凹槽内。