CN206638274U - 一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及监测标石领域，公开了一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石。该智能标石可以集电源电压检测、外接设备输入监测、地质振动监测、标石倾斜度监测以及数据远程无线收发等功能于一体，满足对光缆线路地表环境状况进行监测的应用，同时还通过配置太阳能电池板和充电蓄电池，可以实现利用太阳能补充标石内部电路消耗电能的目的，从而利于对该智能标石进行野外布置，进一步满足场景应用需求，同时通过配置无线巡检电路单元，可以实现无线巡检确认的目的，避免巡检人员在标石巡检过程中出现重检或漏检问题。此外，所述智能标石还具有检修方便、结构简单和易于实现等特点，便于实际推广和应用。

Description

一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石

技术领域

本实用新型涉及监测标石领域，具体地，涉及一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石。

背景技术

监测标石是一种埋于地下或露出地面的、且用于对地下诸如光缆线路等管道设施进行在线监测的无人值守物件。例如实用新型专利CN201320041373.4——《3G光缆智能检测标石》提供了一种集合中心控制器、3G模块、报警装置和若干个微型摄像机的监测标石，其具有无人看护、监控和在光缆路由出现问题时可及时进行报警提示的特点。但是这些监测标石的应用功能和智能感知程度还较为有限，例如不能满足对光缆线路地表环境状况进行监测的应用，同时也不利于野外布置。

实用新型内容

针对前述目前监测标石的应用功能和智能感知程度有限，不能满足对光缆线路地表环境状况进行监测应用的问题，本实用新型提供了一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石。

本实用新型采用的技术方案,提供了一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，包括标石本体，所述标石本体为中空的筒体结构，并在所述标石本体的上部外壁面设有太阳能电池板，在所述标石本体的内部布置有充电蓄电池、稳压电路单元、中心处理单元、移动通信单元、电源电压检测单元、无线巡检电路单元、信号输入监测电路单元、振动检测电路单元和倾斜角度传感器模块；所述太阳能电池板、所述充电蓄电池和所述稳压电路单元依次电连接，所述充电蓄电池还电连接所述电源电压检测单元，所述稳压电路单元的供电输出端分别电连接所述中心处理单元、所述移动通信单元、所述无线巡检电路单元、所述信号输入监测电路单元、所述振动检测电路单元和所述倾斜角度传感器模块的电源端；所述中心处理单元分别通信连接所述移动通信单元、所述电源电压检测单元、所述无线巡检电路单元、所述信号输入监测电路单元、所述振动检测电路单元和所述倾斜角度传感器模块。

具体的，所述稳压电路单元包括3.3V稳压电路单元和4.0V稳压电路单元，其中，所述3.3V稳压电路单元的供电输出端分别电连接所述中心处理单元、所述无线巡检电路单元、所述信号输入监测电路单元和所述振动检测电路单元的电源端，所述4.0V稳压电路单元的供电输出端分别电连接所述移动通信单元和所述倾斜角度传感器模块的电源端。进一步具体的，所述3.3V稳压电路单元采用型号为SP6200-3.3的稳压芯片，所述4.0V稳压电路单元采用型号为MP2303的稳压芯片。

具体的，所述中心处理单元采用型号为MSP430F149的混合信号处理器。进一步具体的，所述电源电压检测单元包括电源输入端、电压检测输出端、第一电阻、第二电阻和第一电解电容；所述第一电阻的一端电连接所述电源输入端，所述第一电阻的另一端分别电连接所述电压检测输出端、所述第二电阻的一端和所述第一电解电容的正极，所述第二电阻的另一端和所述第一电解电容的负极分别接地；所述电源输入端电连接所述充电蓄电池，所述电压检测输出端电连接所述混合信号处理器的A/D转换检测端。

具体的，所述移动通信单元包括SIM800C通信模块、GSM卡电路和GSM天线，其中，所述SIM800V通信模块分别通信连接所述中心处理单元、所述GSM卡电路和所述GSM天线。

具体的，所述无线巡检电路单元采用型号为RX-C6的高频无线超外差接收模块。

具体的，所述倾斜角度传感器模块采用型号为GY25的高精度倾斜角度传感器模块。

优化的，在所述标石本体的顶部设有可拆卸的顶盖，和/或在所述标石本体的底部设有可拆卸的底盖。

综上，采用本实用新型所提供的适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，具有如下有益效果：(1)该智能标石可以集电源电压检测、外接设备输入监测、地质振动监测、标石倾斜度监测以及数据远程无线收发等功能于一体，满足对光缆线路地表环境状况进行监测的应用，同时还通过配置太阳能电池板和充电蓄电池，可以实现利用太阳能补充标石内部电路消耗电能的目的，从而利于对该智能标石进行野外布置，进一步满足场景应用需求；(2)通过配置无线巡检电路单元，可以实现无线巡检确认的目的，避免巡检人员在标石巡检过程中出现重检或漏检问题；(3)所述智能标石还具有检修方便、结构简单和易于实现等特点，便于实际推广和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石的外部结构示意图。

图2是本实用新型提供的适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石的内部电路结构示意图。

图3是本实用新型提供的在智能标石中中心处理单元的电路原理图。

图4是本实用新型提供的在智能标石中移动通信单元的电路原理图。

图5是本实用新型提供的在智能标石中电源电压检测单元的电路原理图。

图6是本实用新型提供的在智能标石中无线巡检电路单元的电路原理图。

图7是本实用新型提供的在智能标石中信号输入监测电路单元的电路原理图。

图8是本实用新型提供的在智能标石中振动检测电路单元的电路原理图。

图9是本实用新型提供的在智能标石中倾斜角度传感器模块的电路原理图。

图10是本实用新型提供的在智能标石中3.3V稳压电路单元的电路原理图。

图11是本实用新型提供的在智能标石中4.0V稳压电路单元的电路原理图。

上述附图中：1、标石本体 2、太阳能电池板 3、顶盖 4、底盖。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

图1示出了本实用新型提供的适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石的外部结构示意图，图2示出了本实用新型提供的适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石的内部电路结构示意图，图3示出了本实用新型提供的在智能标石中中心处理单元的电路原理图，图4示出了本实用新型提供的在智能标石中移动通信单元的电路原理图，图5示出了本实用新型提供的在智能标石中电源电压检测单元的电路原理图，图6示出了本实用新型提供的在智能标石中无线巡检电路单元的电路原理图，图7示出了本实用新型提供的在智能标石中信号输入监测电路单元的电路原理图，图8示出了本实用新型提供的在智能标石中振动检测电路单元的电路原理图，图9示出了本实用新型提供的在智能标石中倾斜角度传感器模块的电路原理图，图10示出了本实用新型提供的在智能标石中3.3V稳压电路单元的电路原理图，图11示出了本实用新型提供的在智能标石中4.0V稳压电路单元的电路原理图。

本实施例提供的所述适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，包括标石本体1，所述标石本体1为中空的筒体结构，并在所述标石本体1的上部外壁面设有太阳能电池板2，在所述标石本体1的内部布置有充电蓄电池、稳压电路单元、中心处理单元、移动通信单元、电源电压检测单元、无线巡检电路单元、信号输入监测电路单元、振动检测电路单元和倾斜角度传感器模块；所述太阳能电池板2、所述充电蓄电池和所述稳压电路单元依次电连接，所述充电蓄电池还电连接所述电源电压检测单元，所述稳压电路单元的供电输出端分别电连接所述中心处理单元、所述移动通信单元、所述无线巡检电路单元、所述信号输入监测电路单元、所述振动检测电路单元和所述倾斜角度传感器模块的电源端；所述中心处理单元分别通信连接所述移动通信单元、所述电源电压检测单元、所述无线巡检电路单元、所述信号输入监测电路单元、所述振动检测电路单元和所述倾斜角度传感器模块。

如图1和2所示，所述标石本体1可以但不限于为正方形筒体结构，并在其上部外壁面嵌设有太阳能电池板2，因此在埋设所述标石本体1时，需要使标石本体的上部露出地面，以便利用所述太阳能电池板2进行太阳能发电，最终将发电所得的电能充入至所述充电蓄电池中。此外，在所述标石本体1的外壁面还可以涂设或刻有一些标识文字或图案，例如“不准移动”等警示文字。所述充电蓄电池单元用于储存并提供电能，其可以但不限于为锂电池。所述稳压电路单元用于为各个单元中的芯片或工作模块提供相应的工作电压。

所述移动通信模块用于接入移动通信网络，以便该智能标石能够与同样接入移动通信网络的远端监控中心进行信息交互，实现数据的远程无线收发。所述电源电压检测单元用于监测所述充电蓄电池的即时电源电压，并将测量值送至所述中心处理单元，以便所述中心处理单元在判定所述充电蓄电池的电源电压低于预设值(即欠压状态)时，向远端监控中心发送电池欠压消息。所述无线巡检电路单元用于在接收到巡检无线遥控信号时，触发所述中心处理单元向远端监控中心发送巡检消息，实现巡检确认，避免巡检人员在巡检过程中出现重检或漏检问题。所述信号输入监测电路单元用于外接其它扩展设备(例如水位报警设备等)，满足多种运用环境下的扩展功能需求，其在外接其它扩展设备时，驱动产生有效电平，以便所述中心处理单元能够扫描输入。所述振动检测电路单元用于在地质活动时产生振动信号，并将所述振动信号传送至所述中心处理单元。所述倾斜角度传感器模块用于输出倾斜角度数据，并将所述倾斜角度数据送至所述中心处理单元。所述中心处理单元一方面用于对来自其它单元的数据进行相应分析处理，例如根据所述振动信号和所述倾斜角度数据分析当前的地表环境状况，另一方面用于管理其它单元或模块的工作状态，在符合预设条件的情况下进行数据的及时上报，并接收和执行来自远端监控中心的控制指令。

由此针对所述智能标石，可以集电源电压检测、外接设备输入监测、地质振动监测、标石倾斜度监测以及数据远程无线收发等功能于一体，满足对光缆线路地表环境状况进行监测的应用，同时还通过配置太阳能电池板和充电蓄电池，可以实现利用太阳能补充标石内部电路消耗电能的目的，从而利于对该智能标石进行野外布置，进一步满足场景应用需求。此外，通过配置无线巡检电路单元，还可以实现无线巡检确认的目的，避免巡检人员在标石巡检过程中出现重检或漏检问题。

具体的，所述稳压电路单元包括3.3V稳压电路单元和4.0V稳压电路单元，其中，所述3.3V稳压电路单元的供电输出端分别电连接所述中心处理单元、所述无线巡检电路单元、所述信号输入监测电路单元和所述振动检测电路单元的电源端，所述4.0V稳压电路单元的供电输出端分别电连接所述移动通信单元和所述倾斜角度传感器模块的电源端。如图2、10和11所示，所述充电蓄电池的直流输出电压设计为6.1～7.8V，为了满足主要芯片及移动通信单元不同的工作电压需求，分别配置的3.3V和4.0V两种稳压电路单元。所述3.3V稳压电路单元的电路原理图如图10所示，其可以但不限于采用型号为SP6200-3.3的稳压芯片，可使该稳压电路单元的输出电压固定在3.3V，输出最大电流为200mA，最大关断电流为1uA，输出电压精度为2％，低压差为160mV(在输出电流为100mA时)，同时还具有外围电路少、微功耗、成本低、输出电压稳定的特点。所述4.0V稳压电路单元的电路原理图如图11所示，其可以当不限于采用型号为MP2303的稳压芯片，由此可组成一个可调的开关电源稳压电路，不但具有较好的线性和负载调节能力，还可使输出电流达到3A，工作频率达到340KHz。同时将该开关电源稳压电路电路的芯片使能控制脚(即芯片MP2303的EN脚)连接所述中心处理单元的输出控制端(针对型号为MSP430F149的混合信号处理器，具体为如图3所示的P1.3/TA2引脚/KA节点端)，实现4.0V电压输出的关断和开启。

具体的，所述中心处理单元可以但不限于采用型号为MSP430F149的混合信号处理器。如图3所示，所述混合信号处理器是由美国德州仪器(TI)推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器,其可将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供多种用途的解决方案。详细的，所述混合信号处理器的芯片结构具有最大48个可编程输入/输出端口、最大8个可编程ADC转换接口和容量为60KB的程序存储，且工作电压为1.8－3.6V。此外，可配置容量为8K的外部存储器和外部时钟晶体。

进一步具体的，所述电源电压检测单元包括电源输入端VIN、电压检测输出端ADC1、第一电阻R36、第二电阻R37和第一电解电容C36；所述第一电阻R36的一端电连接所述电源输入端VIN，所述第一电阻R36的另一端分别电连接所述电压检测输出端ADC1、所述第二电阻R37的一端和所述第一电解电容C36的正极，所述第二电阻R37的另一端和所述第一电解电容C36的负极分别接地；所述电源输入端VIN电连接所述充电蓄电池，所述电压检测输出端ADC1电连接所述混合信号处理器的A/D转换检测端P6.1/AI。如图5所示，通过分压和平滑处理，可在所述电压检测输出端ADC1得到1/6所述充电蓄电池的电压值(即VIN/6)，然后送到所述混合信号处理器的A/D转换检测端P6.1/AI进行分析测量，得到所述充电蓄电池的实时输出电压值。

具体的，所述移动通信单元包括SIM800C通信模块、GSM卡电路和GSM天线，其中，所述SIM800V通信模块分别通信连接所述中心处理单元、所述GSM卡电路和所述GSM天线。如图4所示，所述SIM800C通信模块是一款尺寸紧凑的高可靠性无线模块，采用SMT封装的四频GSM/GPRS模块，基于STE的单芯片方案，具有两路串口、一路USB接口、一路音频接口、一路SIM卡接口等，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。本实施例主要运用所述SIM800C通信模块的SMS传输功能，通过核心处理器发送国际通用AT指令(GSM07.07，07.05和增强AT命令)，完成数据短信的接收和发送。

具体的，所述无线巡检电路单元可以但不限于采用型号为RX-C6的高频无线超外差接收模块。如图6所示，所述高频无线超外差接收模块是一款性价比较高的ISM频段的接收模块，具有较高的接收灵敏度，接收灵敏度达到-110dBm，工作频率通常为315MHz或433MHz，工作电压3.3V-5.5V，具有良好的选择性及杂散辐射和本振抑制能力。所述高频无线超外差接收模块在接收到有效遥控信号后，其VT引脚将发生电位反翻转，从而驱动晶体管Q3的集电极电位翻转，使蜂鸣器BY2发声，并点亮巡检指示灯XJ(即发光二极管LED3)，同时使A1连接端的输出电位发生改变，所述中心处理单元在扫描检测到A1连接端电位发生变化后，立即向远端监控中心发送巡检消息。

具体的，如图7所示，所述信号输入监测电路单元为设置有8路输入信号监测端口的电路，其中，可分配两路端口用于监测无线巡检信号和振动信号，两路端口用于监测水位状态和断线情况，其余4路作为扩展报警输入监测端口使用。每路输入信号监测端口采用上拉电阻对输入信号(开关量信号或处于接入规定范围内的高低电平信号)进行上拉，以便所述中心处理单元准确扫描获取各路输入信号监测端口的监测电平信号。

具体的，如图8所示，所述振动检测电路单元的工作原理是将探头捕捉到的振动信号转化为交流振荡信号，并通过两级运算放大器的处理，以高低电平形式输出，以确保电平信号有足够的宽度，然后送至所述中心处理单元。此外，振动信号的灵敏度可以通过改变图8电路中的电阻取值来进行调整，进一步方便灵活设计。

具体的，所述倾斜角度传感器模块可以但不限于采用型号为GY25的高精度倾斜角度传感器模块。如图9所示，所述高精度倾斜角度传感器模块内置有MPU6050三轴陀螺仪芯片，可以输出精准的三轴角度数据，其测量范围为-180°～180°，角度分辨率为0.01°，测量精度为1°，工作电压为3～5V。

优化的，在所述标石本体1的顶部设有可拆卸的顶盖3，和/或在所述标石本体1的底部设有可拆卸的底盖4。如图1所示，通过配置所述顶盖3和/或所述底盖4，可以打开所述标石本体1的内部，方便对内部的电路或器件进行检修。

本实施例提供的所述适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，具有如下有益效果：(1)该智能标石可以集电源电压检测、外接设备输入监测、地质振动监测、标石倾斜度监测以及数据远程无线收发等功能于一体，满足对光缆线路地表环境状况进行监测的应用，同时还通过配置太阳能电池板和充电蓄电池，可以实现利用太阳能补充标石内部电路消耗电能的目的，从而利于对该智能标石进行野外布置，进一步满足场景应用需求；(2)通过配置无线巡检电路单元，可以实现无线巡检确认的目的，避免巡检人员在标石巡检过程中出现重检或漏检问题；(3)所述智能标石还具有检修方便、结构简单和易于实现等特点，便于实际推广和应用。

如上所述，可较好的实现本实用新型。对于本领域的技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出不同形式的适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石并不需要创造性的劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，包括标石本体(1)，其特征在于，所述标石本体(1)为中空的筒体结构，并在所述标石本体(1)的上部外壁面设有太阳能电池板(2)，在所述标石本体(1)的内部布置有充电蓄电池、稳压电路单元、中心处理单元、移动通信单元、电源电压检测单元、无线巡检电路单元、信号输入监测电路单元、振动检测电路单元和倾斜角度传感器模块；

所述太阳能电池板(2)、所述充电蓄电池和所述稳压电路单元依次电连接，所述充电蓄电池还电连接所述电源电压检测单元，所述稳压电路单元的供电输出端分别电连接所述中心处理单元、所述移动通信单元、所述无线巡检电路单元、所述信号输入监测电路单元、所述振动检测电路单元和所述倾斜角度传感器模块的电源端；

所述中心处理单元分别通信连接所述移动通信单元、所述电源电压检测单元、所述无线巡检电路单元、所述信号输入监测电路单元、所述振动检测电路单元和所述倾斜角度传感器模块。

2.如权利要求1所述的一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，其特征在于，所述稳压电路单元包括3.3V稳压电路单元和4.0V稳压电路单元，其中，所述3.3V稳压电路单元的供电输出端分别电连接所述中心处理单元、所述无线巡检电路单元、所述信号输入监测电路单元和所述振动检测电路单元的电源端，所述4.0V稳压电路单元的供电输出端分别电连接所述移动通信单元和所述倾斜角度传感器模块的电源端。

3.如权利要求2所述的一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，其特征在于，所述3.3V稳压电路单元采用型号为SP6200-3.3的稳压芯片，所述4.0V稳压电路单元采用型号为MP2303的稳压芯片。

4.如权利要求1所述的一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，其特征在于，所述中心处理单元采用型号为MSP430F149的混合信号处理器。

5.如权利要求4所述的一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，其特征在于，所述电源电压检测单元包括电源输入端(VIN)、电压检测输出端(ADC1)、第一电阻(R36)、第二电阻(R37)和第一电解电容(C36)；

所述第一电阻(R36)的一端电连接所述电源输入端(VIN)，所述第一电阻(R36)的另一端分别电连接所述电压检测输出端(ADC1)、所述第二电阻(R37)的一端和所述第一电解电容(C36)的正极，所述第二电阻(R37)的另一端和所述第一电解电容(C36)的负极分别接地；

所述电源输入端(VIN)电连接所述充电蓄电池，所述电压检测输出端(ADC1)电连接所述混合信号处理器的A/D转换检测端(P6.1/AI)。

6.如权利要求1所述的一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，其特征在于，所述移动通信单元包括SIM800C通信模块、GSM卡电路和GSM天线，其中，所述SIM800V通信模块分别通信连接所述中心处理单元、所述GSM卡电路和所述GSM天线。

7.如权利要求1所述的一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，其特征在于，所述无线巡检电路单元采用型号为RX-C6的高频无线超外差接收模块。

8.如权利要求1所述的一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，其特征在于，所述倾斜角度传感器模块采用型号为GY25的高精度倾斜角度传感器模块。

9.如权利要求1所述的一种适用于光缆线路地表环境状况监测的智能标石，其特征在于，在所述标石本体(1)的顶部设有可拆卸的顶盖(3)，和/或在所述标石本体(1)的底部设有可拆卸的底盖(4)。