CN209166334U - 基于ZigBee多跳技术的长距管道位移检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于ZigBee多跳技术的长距管道位移检测系统，涉及测控技术领域，包括PC机、沿管道设置的多个采集节点以及与上述多个采集节点信号连接的多个管道位移检测装置；多个采集节点处设置有与相邻采集节点和/或远端设置的协调节点通信连接的无线通信模块组件，以及供电装置；协调节点接收并存储管道位移检测装置输出的位移量协调节点通过RS232通信模块与PC机通信连接，本系统将ZigBee无线通信技术运用到管道位移监测，具有低功耗，方便安装施工的特点。采用MEMS六轴运动处理传感器，具有体积小、集成度高、接口电路简单、应用成本低的特点。利用多跳模块，节点之间可以实现多跳传输，网络具有自愈功能，具有一定的推广应用价值。

Description

基于ZigBee多跳技术的长距管道位移检测系统

技术领域

本实用新型涉及测控技术领域，更具体地说，它涉及一种基于ZigBee多跳技术的长距管道位移检测系统。

背景技术

随着我国现代化冶金工业的快速发展，愈显滞后的矿物原料供给已不能适应不断扩大的生产规模，稳定、高效的矿物供给已成为了该行业发展需要解决的首要问题。但矿物资源多处山区，运输不便，并且进口矿物原料价格越来越高，为应对此现象，矿物管道输送技术成功实现了从开采地到冶炼厂低成本、高效率、无污染的矿物输送。

由于受原产地限制，矿浆管道大多铺设在山势陡峭、地形复杂、交通不便的山区。在云南东川有一条国内首个采用自流跌落的方式，全长十公里的铁精矿矿浆管道，具有低能耗，零排放，零污染、环保生态的特点。在该区域，雨水天气发生山体滑坡泥石流的可能性极大，山体一旦松动管道地基松动等原因导致管道位移，管道位移的累积对管道危害特别大，特别是对管道的整体连接程度的影响极大，极可能出现管道断裂等现象。灾害一旦发生对管线输送产能破坏极大，对周边环境污染也严重。需增加采用可靠的传感器和电气设备，并设计高效、实时的检测系统，对沿线管道的位移进行检查，对灾害做出及时的预警，避免不必要的经济损失和环境污染。

实用新型内容

为解决管道线在输送矿浆时由于管道位移引起的安全问题，本实用新型提出了一种基于ZigBee多跳技术的长距管道位移检测系统，可以实时监测沿线矿浆管道的位移情况，并且能在位移超过一定阈值时及时、有效地做出预警,具体方案如下：

一种基于ZigBee多跳技术的长距管道位移检测系统，包括PC机、沿管道设置的多个采集节点以及与上述多个采集节点信号连接的多个管道位移检测装置；

多个所述采集节点处设置有与相邻采集节点和/或远端设置的协调节点通信连接的无线通信模块组件，以及供电装置；

所述协调节点接收并存储所述管道位移检测装置输出的位移量；

所述协调节点通过RS232通信模块与所述PC机通信连接。

通过上述技术方案，利用设置于管道上的管道位移检测装置检测管道的位移量，并且发送至距离最近的采集节点处，由各个采集节点相互通信传输至协调节点，整个过程实现管道沿线数据的无线传输，各个采集节点相互连接组成相应的通信网络，保证数据的有效传输，便于PC机对数据进行分析。

进一步的，所述管道位移检测装置包括设置于管道接口处的MEMS六轴运动处理传感器。

进一步的，所述无线通信模块组件包括ZigBee主控芯片单元以及与之数据连接的功放天线。

进一步的，ZigBee主控芯片单元中内置有多跳模块。

通过上述技术方案，实现数据级联传输，解决了传统ZigBee检测系统通信距离短的缺点，并实现网络自愈功能，满足长距离管道情况下的通信需求。

进一步的，所述供电装置包括与所述无线通信模块组件电连接的太阳能电池板以及太阳能蓄电池。

通过上述技术方案，能够满足偏远地区各个耗电装置的供电需求。

进一步的，所述协调节点包括数据存储器以及数据转化器，所述数据存储器与多个采集节点通信连接，接收并存储所述位移量；

所述数据转化器与所述存储器数据连接，获取所述存储器中的数据并将其转换为适配于与至少一个PC机相通信的数据格式。

通过上述技术方案，能够对各个采集节点的数据加以临时存储，并且根据PC机的需求对数据格式加以转化，有利于多个PC机获取到上述数据。

进一步的，所述管道位移检测装置还包括位移量化组件以及光电预警组件；

所述位移量化组件包括设置于管道两侧的基板以及设置于各个基板与管道之间的伸缩组件，所述基板包括深入地面的基桩以及位于地面上的挡板，所述伸组件包括与所述挡板固定连接的固定段以及与所述管道外壁固定连接的套筒段，所述套筒段活动套设于所述固定段上；

所述光电预警组件包括电源、LED指示灯组、以及设置于所述固定段与套筒段之间的滑动变阻器，所述滑动变阻器的电阻线圈绕设于所述固定段上，所述滑动变阻器的活动端子与所述套筒段的内壁固定连接，所述滑动变阻器与所述电源以及LED指示灯组构成发光回路。

通过上述技术方案，当管道发生位移后，发光回路中的电阻将会发生变化，即LED指示灯组的发光亮度将会产生变化，监控人员基于上述光线变化可以从远处直观地知晓管道位移量的变化，有利于管道隐患的及时排除。

进一步的，所述发光回路中反向串接有一二极管。

通过上述技术方案，反向串接的二极管具有反向截止的功能，当回路中电阻逐渐变小后，二极管两端侧的电压升高直至被击穿导通，即只有当管道的位移量超过设定值后发光回路才会导通，LED指示灯组才会发光，由此便于监控人员判断管道位移量是否超标，在正常情况下发光回路不导通，也不会消耗过多的电能。

进一步的，所述管道位移检测装置还包括巡航无人飞行器，所述巡航无人飞行器内置有GPS导航模块以及摄像装置，用于沿管道飞行以拍摄获取所述LED指示灯组的发光图像。

通过上述技术方案，当检测到LED指示灯组发光时，能够快速准确地判断出管道位移量超过设定值，便于监控人员及时发现隐患所在。

进一步的，所述控制中心PC机配置有显示装置以及数据库。

通过上述技术方案，方便监控人员通过PC机实时了解管道位移量，并且可以将多时段检测到的位移量存储至数据库中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型中的方案可以实时监测沿线矿浆管道的位移情况，并且能在位移超过一定阈值时及时、有效地做出预警。该系统加入多跳模块，实现数据级联传输，解决了传统ZigBee检测系统通信距离短的缺点，并实现网络自愈功能，满足长距离管道情况下的通信需求。该系统可有效保障管道运输的运行、减少因管道地基位移导致的经济损失和环境污染。该系统使用太阳能蓄电池供电，在复杂地形情况下有效避免了供电困难和更换电池的麻烦。同时，该实用新型结构精简、易于安装调试、稳定可靠。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的实施布局示意图；

图2为为本实用新型的系统结构图；

图3为本实用新型实施例二的实施示意图；

图4为固定段以及套筒段的示意图；

图5为发光回路的整体示意图。

附图标记：1、PC机；2、采集节点；3、管道位移检测装置；4、无线通信模块组件；5、供电装置；6、协调节点；7、ZigBee主控芯片单元；8、功放天线；13、光电预警组件；14、基板；15、伸缩组件；16、基桩；17、挡板；18、固定段；19、套筒段；20、电源；21、LED指示灯组；22、滑动变阻器；23、二极管；24、管道。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

实施例一

如图1和图2所示，一种基于ZigBee多跳技术的长距管道位移检测系统，包括PC机1、协调节点6、沿管道24设置的多个采集节点2以及与上述多个采集节点2信号连接的多个管道位移检测装置3。

多个采集节点2处设置有与相邻采集节点2和/或远端设置的协调节点6通信连接的无线通信模块组件4以及供电装置5。上述无线通信模块组件4包括ZigBee主控芯片单元7以及与之数据连接的功放天线8。采集节点2作为终端节点采集发送数据，同时兼有路由节点和中继器的功能，实现数据接收转发。供电装置5包括与无线通信模块组件4电连接的太阳能电池板以及太阳能蓄电池，以满足偏远地区各个耗电装置的供电需求。ZigBee主控芯片单元7配置有多跳模块。

协调节点6设置在中控室内，接收并存储管道位移检测装置3输出的位移量。协调节点6通过RS232通信模块与PC机1通信连接。协调节点6包括数据存储器以及数据转化器，数据存储器与多个采集节点2通信连接，接收并存储位移量。数据转化器与存储器数据连接，获取存储器中的数据并将其转换为适配于与至少一个PC机1相通信的数据格式。

所述管道位移检测装置3包括设置于管道24接口处的MEMS六轴运动处理传感器。

控制中心PC机1配置有显示装置以及数据库。基于上述技术方案，方便监控人员通过PC机1实时了解管道位移量，并且可以将多时段检测到的位移量存储至数据库中。

上述方案中，由安装在中控室的协调节点6组建无线自组网络，安装在各个矿浆管道24接口处的采集节点2逐级加入该自组网络，构成完整的检测通信网络。然后采集节点2通过MEMS六轴运动处理传感器周期地检测该处的加速度信号，进行数据处理后得到位移量并通过无线网络传到协调节点6。最后协调节点6收到采集节点2信号后，通过RS232通信模块上传到PC机1，在上位机软件上进行实时监控，并保存数据。

本实用新型所述的采集节点2和协调节点6主控芯片采用IT公司的CC2530，该SOC芯片集MCU与ZigBee核心编码器于一体，外围电路简单，易于开发。该系统所有节点的射频端上采用装有功率放大天线，可有效增加传输距离。所述的传感器采用Invensense公司的MEMS六轴运动处理传感器MPU6050，设定16位模式，测量范围正负16g，输出数字量加速度值经过二次积分计算获得位移量。系统供电采用1.6W、输出3.2V的太阳能蓄电池供电，满足低功耗系统要求。采集节点2之间的数据传输采用ZigBee多跳技术，实现网络自愈功能，在某个节点故障的情况下，整个网络仍能正常工作，并在很大程度上增加了传输距离。

本实用新型在节点组网时采用AVDOjr技术，实现数据级联、多跳传播和网络自愈功能。多个采集节点2，相邻的采集节点2彼此间隔200米，间隔节点之间400m属于视距传输1km通信范围。即使中间一个节点出问题，可以通过多跳方式，跳过一级节点连接入下一节点路由，保证通信的可靠性。

同现有的管道无线检测系统相比，本实用新型的有益效果在于：本系统将ZigBee无线通信技术运用到管道24位移监测，具有低功耗，方便安装施工的特点。采用MEMS六轴运动处理传感器，具有体积小、集成度高、接口电路简单、应用成本低的特点。利用AVDOjr多跳模块，节点之间可以实现多跳传输，网络具有自愈功能，具有一定的推广应用价值。

实施例二

结合图3和图4所示，一种基于ZigBee多跳技术的长距管道位移检测系统，在实施例一的基础上，管道位移检测装置3还包括位移量化组件以及光电预警组件13。位移量化组件包括设置于管道24两侧的基板14以及设置于各个基板14与管道24之间的伸缩组件15，基板14包括深入地面的基桩16以及位于地面上的挡板17，伸组件包括与挡板固定连接的固定段18以及与管道24外壁固定连接的套筒段19，套筒段19活动套设于固定段18上。

如图5所示，光电预警组件13包括电源20、LED指示灯组21、以及设置于固定段18与套筒段19之间的滑动变阻器22，滑动变阻器22的电阻线圈绕设于固定段18上，滑动变阻器22的活动端子与套筒段19的内壁固定连接，滑动变阻器22与电源20以及LED指示灯组21构成发光回路。当管道24发生位移后，发光回路中的电阻将会发生变化，即LED指示灯组21的发光亮度将会产生变化，监控人员基于上述光线变化可以从远处直观地知晓管道24位移量的变化，有利于管道24隐患的及时排除。

优化的，发光回路中反向串接有一二极管23，反向串接的二极管23具有反向截止的功能，当回路中电阻逐渐变小后，二极管23两端侧的电压升高直至被击穿导通，即只有当管道24的位移量超过设定值后发光回路才会导通，LED指示灯组21才会发光，由此便于监控人员判断管道24位移量是否超标，在正常情况下发光回路不导通，也不会消耗过多的电能。

进一步的，管道位移检测装置3还包括巡航无人飞行器，优选采用大疆四轴无人飞行器实现，其内置有自动巡航系统，用户只需事先设定航线，无人机便可沿管道24自动飞行。巡航无人飞行器内置有GPS导航模块以及摄像装置，用于沿管道24飞行以拍摄获取LED指示灯组21的发光图像，当检测到LED指示灯组21发光时，能够快速准确地判断出管道24位移量超过设定值，便于监控人员及时发现隐患所在。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于ZigBee多跳技术的长距管道位移检测系统，其特征在于，包括PC机(1)、沿管道(24)设置的多个采集节点(2)以及与上述多个采集节点(2)信号连接的多个管道位移检测装置(3)；

多个所述采集节点(2)处设置有与相邻采集节点(2)和/或远端设置的协调节点(6)通信连接的无线通信模块组件(4)，以及供电装置(5)；

所述协调节点(6)接收并存储所述管道位移检测装置(3)输出的位移量；

所述协调节点(6)通过RS232通信模块与所述PC机(1)通信连接。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述管道位移检测装置(3)包括设置于管道(24)接口处的MEMS六轴运动处理传感器。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述无线通信模块组件(4)包括ZigBee主控芯片单元(7)以及与之数据连接的功放天线(8)。

4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述ZigBee主控芯片单元(7)中配置有多跳模块。

5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述供电装置(5)包括与所述无线通信模块组件(4)电连接的太阳能电池板以及太阳能蓄电池。

6.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述协调节点(6)包括数据存储器以及数据转化器，所述数据存储器与多个采集节点(2)通信连接，接收并存储所述位移量；

所述数据转化器与所述存储器数据连接，获取所述存储器中的数据并将其转换为适配于与至少一个PC机(1)相通信的数据格式。

7.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述管道位移检测装置(3)还包括位移量化组件以及光电预警组件(13)；

所述位移量化组件包括设置于管道(24)两侧的基板(14)以及设置于各个基板(14)与管道(24)之间的伸缩组件(15)，所述基板(14)包括深入地面的基桩(16)以及位于地面上的挡板(17)，所述伸缩组件(15)包括与所述挡板(17)固定连接的固定段(18)以及与所述管道(24)外壁固定连接的套筒段(19)，所述套筒段(19)活动套设于所述固定段(18)上；

所述光电预警组件(13)包括电源(20)、LED指示灯组(21)、以及设置于所述固定段(18)与套筒段(19)之间的滑动变阻器(22)，所述滑动变阻器(22)的电阻线圈绕设于所述固定段(18)上，所述滑动变阻器(22)的活动端子与所述套筒段(19)的内壁固定连接，所述滑动变阻器(22)与所述电源(20)以及LED指示灯组(21)构成发光回路。

8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述发光回路中反向串接有一二极管(23)。

9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述管道位移检测装置(3)还包括巡航无人飞行器，所述巡航无人飞行器内置有GPS导航模块以及摄像装置，用于沿管道(24)飞行以拍摄获取所述LED指示灯组(21)的发光图像。

10.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述PC机(1)配置有显示装置以及数据库。