CN207766556U - 一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，包括主机单元、供电单元、客户端，所述主机单元与供电单元有线连接，所述主机单元包括控制器主板、图像传感器、电压检测模块、传感分立模块、工作指示灯、控制按键、无线通信模块、语音告警器、红外探测器，所述图像传感器、电压检测模块、传感分立模块、工作指示灯、控制按键、无线通信模块、语音告警器、红外探测器都与控制器主板有线连接，本实用新型结构简单，成本低，免管道运维和管理工作中大量人力巡检带来的数据采集周期长、异常问题反映滞后、人工采集操作误差多的问题，同时还节省了管道运维和管理的成本，提高了管道巡检的效率和质量，避免人为破坏设备。

Description

一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统。

背景技术

石油石化、天然气行业一直是国家安全防范的重点行业，一旦发生火灾或爆炸等事故，将会造成重大的人员伤亡和国家财产的严重损失。回顾2010—2014年间，大连石化公司发生的“四年八爆”仍历历在目，在国内众多油气管道已经运营多年的情况下，油气管道的安全问题日益凸显，而对油气管道安全隐患进行定期排查、巡检亟待进行。

传统的对石油管道泄漏进行检测的方法往往是通过探测仪和人力巡逻的方法,由于依靠人力，其劳动强度大、作业程序复杂、资源配置臃肿繁多、工效低、周期较长，特别是在困难地段往往无法按时保质保量完成测量任务，不能实时地对石油管道进行全面监控，所以并不能有效地保证管道线路的安全。

因此，为了保证石油管道线路的安全运输，石油石化行业迫切需要一种高效、简便、低成本的电子监测系统来替代传统的监测手段，实现对石油天然气输送管道进行自动的数据采集和上报，使得泄漏能被及时发现,并采取补救措施，从而达到降低企业经济损失，减少环境污染的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决管道运维和管理过程中数据采集难、采集周期长、数据异常反馈滞后和运维的成本高的问题，提供一种基于低功耗远距离无线多跳网络技术的管道腐蚀电位监测系统。

为了达到上述目的，本实用新型专利是通过以下技术方案实现的：

一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，包括主机单元、供电单元、客户端，所述主机单元与供电单元有线连接，所述主机单元包括控制器主板、图像传感器、电压检测模块、传感分立模块、工作指示灯、控制按键、无线通信模块、语音告警器、红外探测器，所述图像传感器、电压检测模块、传感分立模块、工作指示灯、控制按键、无线通信模块、语音告警器、红外探测器都与控制器主板有线连接，所述供电单元包括太阳能电池板、太阳能充电器、电池、供电控制器，所述太阳能电池板通过太阳能充电器与电池有线连接，所述电池与供电控制器有线连接，所述主机单元通过无线通信模块与客户端无线连接。本实用新型高效运用各种模块，实现分立功能的模块化，实现对管道沿线观测站腐蚀电位监测。

无线通信模块包括无线通信单元、若干个LoRa无线通信、GPRS/3G通信、RDSS通信，所述若干个LoRa无线通信、GPRS/3G通信、RDSS通信都与无线通信单元有线连接，若干个LoRa无线通信之间采用无线多跳自组网方式连接。

电压检测模块包含运算放大器U12A、运算放大器U12B、连接端子JK、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108、滑动变阻器VR1、电容C101、电容C102、电容C103、电容C104，所述连接端子JK的一端通过引线连接地下管道，所述连接端子JK的另一端连接硫酸铜参比电极，所述连接端子JK的另一端还通过电阻R101连接电阻R102的一端，所述电阻R102的另一端连接运算放大器U12A的同向输入端，所述电阻R102的一端通过电容C101连接地信号GND，所述运算放大器U12A的反向输入端连接运算放大器U12A的输出端，所述运算放大器U12A的输出端通过电阻R108连接滑动变阻器VR1的一个固定端，所述滑动变阻器VR1的另一个固定端连接地信号GND，所述滑动变阻器VR1的滑动端通过电阻R103连接电阻R104的一端，所述电阻R104的一端通过电容C103连接地信号GND，所述电容C102与电阻R103相并联，所述电阻R104的另一端连接运算放大器U12B的同向输入端，所述运算放大器U12B的反向输入端通过电阻R105连接地信号GND，所述运算放大器U12B的反向输入端通过电阻R106连接运算放大器U12B的输出端，所述电容C104与电阻R106相并联，所述运算放大器U12B的输出端通过电阻R107连接控制器主板。

控制器主板包括控制器主板U1A、控制器主板U1B。

所述LoRa无线通信包括无线扩频模块U3、电阻R31、通信天线RF1、电感L6、电容C40、电容C41，所述无线扩频模块U3的NC端通过电阻R31连接控制器主板，所述无线扩频模块U3的DIO_0端、DIO_1端、DIO_2端、DIO_3端、DIO_5端、RST端、SEL/NSS端、MOSI端、MISO端、CLK端都连接控制器主板，所述无线扩频模块U3的ANT端通过电感L6连接天线RF1的ANT端，所述天线RF1的GND端连接地信号GND，所述无线扩频模块U3通过电容C40连接地信号GND，所述天线RF1的ANT端通过电容C41连接地信号GND。

GPRS/3G通信包括无线通信模块U6，所述无线通信模块U6的型号为MG3732。

RDSS通信包块RDSS通信模块U7，所述RDSS通信模块U7的型号为RD0538T1。

无线扩频模块U3的型号为ZM470SX-M。

运算放大器U12A、运算放大器U12B的型号都为LM324。

控制器主板U1A、控制器主板U1B的型号都为RaspberryPi3B。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型结构简单，成本低，本实用新型完成了自动化管道腐蚀电位数据检测，减少了系统中网络连接终端的数量，实现了无线多跳传输，保证了通信的安全，扩展了无线通信的距离，降低了设备功耗，并且可以将采集数据与图片远程上报给客户端，避免管道运维和管理工作中大量人力巡检带来的数据采集周期长、异常问题反映滞后、人工采集操作误差多的问题，同时还节省了管道运维和管理的成本，提高了管道巡检的效率和质量，为推动管道信息化发展打下了坚实的基础。本实用新型所述红外探测器用于检测是否有人员接近，并通过语音告警器发出警告，避免人为破坏设备。本实用新型所述控制按键与工作指示灯用于维护设备时，对设备进行本地操作控制与工作状态指示。本实用新型所述图像传感器用于抓拍重要管线路段的图像信息，及时发现周围施工、破坏情况。本实用新型所述传感分立模块用于对传感器数据进行封包处理，便于后续不同类型的传感器快速接入所述监测系统。本实用新型采购太阳能加储能电池供电方式，可以有效应对户外无人值守的环境，降低系统维护的工作量和难度。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的无线通信模块的系统框图；

图3为本实用新型的电压检测模块的电路原理图；

图4为本实用新型的LoRa无线通信的电路原理图；

图5为本实用新型的GPRS/3G通信的电路原理图；

图6为本实用新型的RDSS通信的电路原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步说明：

如图1所示，一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，包括主机单元1、供电单元2、客户端3，所述主机单元1与供电单元2有线连接，所述主机单元1包括控制器主板11、图像传感器12、电压检测模块13、传感分立模块14、工作指示灯15、控制按键16、无线通信模块17、语音告警器18、红外探测器19，所述图像传感器12、电压检测模块13、传感分立模块14、工作指示灯15、控制按键16、无线通信模块17、语音告警器18、红外探测器19都与控制器主板11有线连接，所述供电单元2包括太阳能电池板21、太阳能充电器22、电池23、供电控制器24，所述太阳能电池板21通过太阳能充电器22与电池23有线连接，所述电池23与供电控制器24有线连接，所述主机单元1通过无线通信模块17与客户端3无线连接。所述控制器主板包括控制器主板U1A、控制器主板U1B。控制器主板U1A、控制器主板U1B的型号都为RaspberryPi3B。

如图2所示，所述无线通信模块17包括无线通信单元31、若干个LoRa无线通信32、GPRS/3G通信33、RDSS通信34，所述若干个LoRa无线通信32、GPRS/3G通信33、RDSS通信34都与无线通信单元31有线连接，若干个LoRa无线通信之间采用无线多跳自组网方式连接，实现中继传输，因此LoRa无线通信模块实现无线多跳组网功能，扩展无线通信距离，LoRa无线通信32实现无线多跳组网功能，扩展无线通信距离。GPRS/3G通信33实现城市范围数据发送给客户端，RDSS通信34实现野外场景北斗短报文发送给后台服务器。

如图3所示，电压检测模块13包含运算放大器U12A、运算放大器U12B、连接端子JK、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108、滑动变阻器VR1、电容C101、电容C102、电容C103、电容C104，所述连接端子JK的一端通过引线连接地下管道，所述连接端子JK的另一端连接硫酸铜参比电极，所述连接端子JK的另一端还通过电阻R101连接电阻R102的一端，所述电阻R102的另一端连接运算放大器U12A的同向输入端，所述电阻R102的一端通过电容C101连接地信号GND，所述运算放大器U12A的反向输入端连接运算放大器U12A的输出端，所述运算放大器U12A的输出端通过电阻R108连接滑动变阻器VR1的一个固定端，所述滑动变阻器VR1的另一个固定端连接地信号GND，所述滑动变阻器VR1的滑动端通过电阻R103连接电阻R104的一端，所述电阻R104的一端通过电容C103连接地信号GND，所述电容C102与电阻R103相并联，所述电阻R104的另一端连接运算放大器U12B的同向输入端，所述运算放大器U12B的反向输入端通过电阻R105连接地信号GND，所述运算放大器U12B的反向输入端通过电阻R106连接运算放大器U12B的输出端，所述电容C104与电阻R106相并联，所述运算放大器U12B的输出端通过电阻R107连接控制器主板11。

如图4所示，LoRa无线通信32包括无线扩频模块U3、电阻R31、通信天线RF1、电感L6、电容C40、电容C41，所述无线扩频模块U3的NC端通过电阻R31连接控制器主板11，所述无线扩频模块U3的DIO_0端、DIO_1端、DIO_2端、DIO_3端、DIO_5端、RST端、SEL/NSS端、MOSI端、MISO端、CLK端都连接控制器主板11，所述无线扩频模块U3的ANT端通过电感L6连接天线RF1的ANT端，所述天线RF1的GND端连接地信号GND，所述无线扩频模块U3通过电容C40连接地信号GND，所述天线RF1的ANT端通过电容C41连接地信号GND。

如图5所示，所述GPRS/3G通信33包括无线通信模块U6，所述无线通信模块U6的型号为MG3732。

如图6所示，RDSS通信34包块RDSS通信模块U7，所述RDSS通信模块U7的型号为RD0538T1。

无线扩频模块U3的型号为ZM470SX-M。

运算放大器U12A、运算放大器U12B的型号都为LM324。

控制器主板U1A、控制器主板U1B的型号都为RaspberryPi3B。

本实用新型结构简单，成本低，本实用新型完成了自动化管道腐蚀电位数据检测，减少了系统中网络连接终端的数量，实现了无线多跳传输，保证了通信的安全，扩展了无线通信的距离，降低了设备功耗，并且可以将采集数据与图片远程上报给客户端，避免管道运维和管理工作中大量人力巡检带来的数据采集周期长、异常问题反映滞后、人工采集操作误差多的问题，同时还节省了管道运维和管理的成本，提高了管道巡检的效率和质量，为推动管道信息化发展打下了坚实的基础。本实用新型所述红外探测器用于检测是否有人员接近，并通过语音告警器发出警告，避免人为破坏设备。本实用新型所述控制按键与工作指示灯用于维护设备时，对设备进行本地操作控制与工作状态指示。本实用新型所述图像传感器用于抓拍重要管线路段的图像信息，及时发现周围施工、破坏情况。本实用新型所述传感分立模块用于对传感器数据进行封包处理，便于后续不同类型的传感器快速接入所述监测系统。本实用新型采购太阳能加储能电池供电方式，可以有效应对户外无人值守的环境，降低系统维护的工作量和难度。

本实用新型高效运用各种模块，实现分立功能的模块化，系统功能可以根据用户要求自定义集成与删减，避免了为单独功能重新增加设备造成的成本与体积的增加，可根据不同的用户选配不同的功能和传感器种类，应对多样化的用户需求。另外，本实用新型专利系统采用多重冗余设计，具备多种无线通信方式，既可以保证无线多跳传输，也可以通过GPRS/3G网络传输，还可以通过北斗短报文业务传输数据，确保系统具备极高的可靠性与稳定性。

需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一种具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。

总之，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，包括主机单元(1)、供电单元(2)、客户端(3)，所述主机单元(1)与供电单元(2)有线连接，所述主机单元(1)包括控制器主板(11)、图像传感器(12)、电压检测模块(13)、传感分立模块(14)、工作指示灯(15)、控制按键(16)、无线通信模块(17)、语音告警器(18)、红外探测器(19)，所述图像传感器(12)、电压检测模块(13)、传感分立模块(14)、工作指示灯(15)、控制按键(16)、无线通信模块(17)、语音告警器(18)、红外探测器(19)都与控制器主板(11)有线连接，所述供电单元(2)包括太阳能电池板(21)、太阳能充电器(22)、电池(23)、供电控制器(24)，所述太阳能电池板(21)通过太阳能充电器(22)与电池(23)有线连接，所述电池(23)与供电控制器(24)有线连接，所述主机单元(1)通过无线通信模块(17)与客户端(3)无线连接。

2.根据权利要求1所述一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，所述无线通信模块(17)包括无线通信单元(31)、若干个LoRa无线通信(32)、GPRS/3G通信(33)、RDSS通信(34)，所述若干个LoRa无线通信(32)、GPRS/3G通信(33)、RDSS通信(34)都与无线通信单元(31)有线连接，所述若干个LoRa无线通信(32)之间采用无线多跳自组网方式连接。

3.根据权利要求1所述一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，所述电压检测模块(13)包含运算放大器U12A、运算放大器U12B、连接端子JK、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108、滑动变阻器VR1、电容C101、电容C102、电容C103、电容C104，所述连接端子JK的一端通过引线连接地下管道，所述连接端子JK的另一端连接硫酸铜参比电极，所述连接端子JK的另一端还通过电阻R101连接电阻R102的一端，所述电阻R102的另一端连接运算放大器U12A的同向输入端，所述电阻R102的一端通过电容C101连接地信号GND，所述运算放大器U12A的反向输入端连接运算放大器U12A的输出端，所述运算放大器U12A的输出端通过电阻R108连接滑动变阻器VR1的一个固定端，所述滑动变阻器VR1的另一个固定端连接地信号GND，所述滑动变阻器VR1的滑动端通过电阻R103连接电阻R104的一端，所述电阻R104的一端通过电容C103连接地信号GND，所述电容C102与电阻R103相并联，所述电阻R104的另一端连接运算放大器U12B的同向输入端，所述运算放大器U12B的反向输入端通过电阻R105连接地信号GND，所述运算放大器U12B的反向输入端通过电阻R106连接运算放大器U12B的输出端，所述电容C104与电阻R106相并联，所述运算放大器U12B的输出端通过电阻R107连接控制器主板(11)。

4.根据权利要求1所述一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，所述控制器主板包括控制器主板U1A、控制器主板U1B。

5.根据权利要求2所述一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，所述LoRa无线通信(32)包括无线扩频模块U3、电阻R31、通信天线RF1、电感L6、电容C40、电容C41，所述无线扩频模块U3的NC端通过电阻R31连接控制器主板(11)，所述无线扩频模块U3的DIO_0端、DIO_1端、DIO_2端、DIO_3端、DIO_5端、RST端、SEL/NSS端、MOSI端、MISO端、CLK端都连接控制器主板(11)，所述无线扩频模块U3的ANT端通过电感L6连接天线RF1的ANT端，所述天线RF1的GND端连接地信号GND，所述无线扩频模块U3通过电容C40连接地信号GND，所述天线RF1的ANT端通过电容C41连接地信号GND。

6.根据权利要求2所述一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，所述GPRS/3G通信(33)包括无线通信模块U6，所述无线通信模块U6的型号为MG3732。

7.根据权利要求2所述一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，所述RDSS通信(34)包块RDSS通信模块U7，所述RDSS通信模块U7的型号为RD0538T1。

8.根据权利要求5所述一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，所述无线扩频模块U3的型号为ZM470SX-M。

9.根据权利要求3所述一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，运算放大器U12A、运算放大器U12B的型号都为LM324。

10.根据权利要求4所述一种基于无线多跳网络的管道腐蚀电位监测系统，其特征在于，所述控制器主板U1A、控制器主板U1B的型号都为RaspberryPi3B。