CN215420784U - 隧道内远距离低功耗无线传输系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种隧道内远距离低功耗无线传输系统，所述系统包括：设置于目标隧道洞口的无线主站、设置于目标隧道内的与无线主线通信连接点无线中继站、设置于目标隧道内传感器监测点的与所述无线中继站通信连接的无线终端以及供电单元；所述供电单元包括用于为无线主站提供工作用电的双电源单元和为所述无线中继站和无线终端提供工作用电的移动储能单元。本系统在实现远距离传输的同时降低系统的耗能。

Description

隧道内远距离低功耗无线传输系统

技术领域

本申请涉及信息传输技术领域，尤其涉及一种隧道内远距离低功耗无线传输系统。

背景技术

随着隧道施工在机械化、自动化方向的不断推进，各类自动化监测设备、传感器等在隧道内的安装应用不断增多，而施工期隧道内因工况环境复杂，取电不便，现场设施的供电需要采用低功耗电路设计，以满足长期电池供电要求；另外，施工期隧道内无公网无线信号，而敷设有线通信线缆因易被损毁不宜使用，所以需要在隧道内组建专用无线网络，以满足传感器监测数据的传输需求。

因此，亟需一种新的能够实现隧道内远距离无线传输的通信系统。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：包括：设置于目标隧道洞口的无线主站、设置于目标隧道内的与无线主线通信连接点无线中继站、设置于目标隧道内传感器监测点的与所述无线中继站通信连接的无线终端以及供电单元；

所述供电单元包括用于为无线主站提供工作用电的双电源单元和为所述无线中继站和无线终端提供工作用电的移动储能单元。

进一步，所述双电源单元包括市电、交流转直流单元、储能单元和控制电路，所述市电的输出端与交流转直流单元的输入端连接，所述交流转直流单元的输出端与所述控制电路电连接，所述储能单元的输出端与所述控制电路电连接，所述控制电路的输出端与所述无线主站的电源端电连接。

进一步，所述双电源单元还包括充电单元，所述充电单元的输入端与所述交流转直流单元的输出端连接，所述充电单元的输出端与所述储能单元电连接。

进一步，所述控制电路包括电阻R2、电阻R3、二极管D1和三极管Q3，电阻R2的一端与所述交流转直流单元的输出端连接，电阻R2的另一端经电阻R3接地，二极管D1的阳极与所述交流转直流单元的输出端连接，二极管D1的阴极与所述无线主站的电源端电连接，三极管Q3的发射极与所述储能单元的输出端连接，三极管Q3的基极与电阻R2和电阻R3的公共连接点连接，三极管Q3的集电极与所述无线主站的电源端电连接。

进一步，所述三极管Q3为PNP型三极管。

进一步，所述充电单元包括电阻R1、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2稳压二极管DW1，电阻R1的一端与所述交流转直流单元的输出端连接，电阻R1的另一端与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与所述交流转直流单元的输出端连接，稳压二极管DW1的阴极与储能单元的正极电连接，稳压二极管DW1的阳极将电阻R4与储能单元的负极电连接。

进一步，所述三极管Q1为PNP型三极管，所述三极管Q2为NPN型三极管。

进一步，所述交流转直流单元包括降压单元和全桥整流，所述降压单元的一次绕组与市电连接，所述降压单元的二次绕组与所述全桥整流单元的输入端连接，所述全桥整流单元的输出端为所述交流转直流单元的输出端。

本实用新型的有益技术效果：本申请提供的系统包括无线主站、无线中继站和无线终端，系统在隧道洞口安装无线主站设备箱，设备箱内，将供电模块的输入端连接至交流220V电源，同时通过交流电为储能单元充电，通过双电源为本系统供电，提高系统供电的稳定性和可靠性；此外，无线中继和无线终端均包括低功耗电路单元，在实现远距离传输的同时降低系统的耗能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本申请的系统结构示意图。

图2为本申请的无线终端结构示意图。

图3为本申请的电源电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型做出进一步的说明：

本实用新型提供一种隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：如图1所示，包括：设置于目标隧道洞口的无线主站、设置于目标隧道内的与无线主线通信连接点无线中继站、设置于目标隧道内传感器监测点的与所述无线中继站通信连接的无线终端以及供电单元；

所述供电单元包括用于为无线主站提供工作用电的双电源单元和为所述无线中继站和无线终端提供工作用电的移动储能单元。在本实施例中，所述储能单元采用现有的储能单元，如可充电蓄电池、锂电池，在此不再赘述，本领域技术人员可根据工程实际进行选购。

本申请的系统包括无线主站、无线中继站和无线终端；所述无线主站安装于隧道洞口，由电源模块、无线轮询单元、无线路由模块、射频无线模块及设备箱组成；所述无线中继站安装于隧道洞内，由电池、低功耗电路单元、射频无线模块、数据中继单元及设备箱组成；所述无线终端安装于隧道洞内传感器监测点，由电池、低功耗电路单元、射频无线模块、数据采集单元及设备箱组成。该系统可适用于大于1千米的施工隧道内进行传感器数据传输，并可无限制多级中继传输。

安装于隧道洞口，管理该隧道内所有无线中继站和无线终端，其无线轮询单元包含无线地址配置表，配置表内包含各射频无线模块具有的无线信道编号和无线频率编号；无线轮询单元可按配置的轮询周期，对所辖现场无线网络的所有无线终端逐一轮询，轮询获取的数据通过无线路由模块转发至无线公网或有线以太网，最终将数据传输至远程服务器或云平台。

无线中继站，由电池供电，内部集成低功耗电路与逻辑单元，在无线主站没有轮询数据时，中继站工作于休眠模式，整个电气系统工作于微瓦级功耗状态；当主站发生轮询事件时，中继站工作于正常模式，按配置的中继路由表，将数据进行主站与无线终端间的路由传输。

无线终端，如图2所示，兼容多种传感器接口，能适应RS485数据接口、4～20mA和0～5V模拟接口，电池供电，输出电压范围直流5V～24V，能为外接传感器提供电源；可采集与存储传感器原始数据；在无线主站没有轮询数据时，无线终端工作于休眠模式，整个电气系统工作于微瓦级功耗状态；当主站发生轮询事件时，无线工作于正常模式，为传感器输出电源，采集传感器数据，并将数据通过射频模块发送至无线主站。主站轮询表由主站地址、中继数量、中继站编号、中继站地址、无线终端地址组成，其中，若中继数量＝a，则需a个中继站地址，主站地址和无线终端地址则仅有1个；主站轮询数据由轮询表内容和轮询命令构成，并将编号1的中继站地址和信道置于数据帧首部，以确保该数据只能被1号中继站接收；1号中继站收到主站轮询数据后，将编号为2的中继站地址和信道置于数据帧首部，以确保该数据只能被2号中继站接收；依次类推，直到中继站编号与中继数量相同时，该中继站将数据发送至无线终端；无线终端收到数据后，将轮询表内容临时存储于本地缓存中，并根据轮询命令，完成传感器原始数据采集；数据采集完成后，无线终端按如下方式重组数据帧:末级中继站地址和信道+轮询表内容+传感器原始数据

末级中继站收到数据后，将编号低1级的中继站地址和信道置于数据帧首部，依次类推，指导中继站编号为1时，该中继站将数据发送至主站，主站提取传感器元素数据，并将其传输至远程服务器。

为进一步阐述系统就本系统的安装步骤做进一步阐述，但该步骤不在本申请的保护范围之内：在隧道洞口安装无线主站设备箱，设备箱内，将供电模块的输入端连接至交流220V电源，输出端连接至射频无线模块、无线轮询单元电路板和无线路由模块的电源输入端；将通信天线从设备箱穿线孔外置于设备箱外固定。

在隧道内不同的传感器埋设监测点，分别安装无线终端，并根据传感器接口类型，选择合适的无线终端的输出接口(RS485接口、4～20mA接口或0～5V接口)与传感器连接；

根据传感器埋设监测点距离洞口的距离L，若0<L<500米,不安装无线中继站；若L>500米，则安装无线中继站；实际工程中，另需根据隧道弯曲半径及现场施工环境灵活调整安装条件。

为无线主站、无线中继站、无线终端分配并设置不同的无线信道和无线频率，并在无线主站内配置网络轮询表，在无线中继站内配置数据路由中继表。

完成上述步骤后，通电进行无线网络组网测试，测试完毕后在无线主站内配置数据轮询周期，系统即可按预定的轮询采集频率获取传感器原始数据，并将数据传输至远程服务器或云平台，进行后续处理。

在本实施例中，所述双电源单元包括市电、交流转直流单元、储能单元和控制电路，所述市电的输出端与交流转直流单元的输入端连接，所述交流转直流单元的输出端与所述控制电路电连接，所述储能单元的输出端与所述控制电路电连接，所述控制电路的输出端与所述无线主站的电源端电连接。

所述双电源单元还包括充电单元，所述充电单元的输入端与所述交流转直流单元的输出端连接，所述充电单元的输出端与所述储能单元电连接。

所述控制电路包括电阻R2、电阻R3、二极管D1和三极管Q3，电阻R2的一端与所述交流转直流单元的输出端连接，电阻R2的另一端经电阻R3接地，二极管D1的阳极与所述交流转直流单元的输出端连接，二极管D1的阴极与所述无线主站的电源端电连接，三极管Q3的发射极与所述储能单元的输出端连接，三极管Q3的基极与电阻R2和电阻R3的公共连接点连接，三极管Q3的集电极与所述无线主站的电源端电连接。上述技术方案能够实现在市电供电的情况下，由市电直接向无线主站供电，在市电停电或者无法供电的情况下由储能单元供电。

所述三极管Q3为PNP型三极管。

其工作原理如下：

当市电供电时，电阻R2和电阻R3通电，三极管Q3基极电压高于发射极电压，三极管Q3截止，由市电向无线主站供电；当市电停止供电时，电阻R2和电阻R3无电流流过，三极管Q2的基极为电平，三极管Q2的发射极电压高于基极电压，三极管Q3导通，由储能单元向无线主站供电。

在本实施例中，所述充电单元包括电阻R1、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2稳压二极管DW1，电阻R1的一端与所述交流转直流单元的输出端连接，电阻R1的另一端与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与所述交流转直流单元的输出端连接，稳压二极管DW1的阴极与储能单元的正极电连接，稳压二极管DW1的阳极将电阻R4与储能单元的负极电连接。所述三极管Q1为PNP型三极管，所述三极管Q2为NPN型三极管。蓄电池的待充电电压阈值低于稳压二极管的击穿电压，蓄电池正常工作电压高于稳压二极管D1的击穿电压。

在工作原理如下：

当蓄电池的电压大于预设电压时，稳压二极管DW1被击穿，电阻R4两端之间存在电压差，三极管Q2导通，三极管Q1的基极电压为高电平，三极管Q1截止，市电停止向蓄电池充电；当蓄电池需要的电压低于预设电压时，稳压二极管DW1无法方向击穿，电阻R4为电流流过，三极管Q2截止，三极管Q1导通，由市电向蓄电池充电。

在本实施列中，所述交流转直流单元包括降压单元和全桥整流，所述降压单元的一次绕组与市电连接，所述降压单元的二次绕组与所述全桥整流单元的输入端连接，所述全桥整流单元的输出端为所述交流转直流单元的输出端。所述降压单元采用现有的降压单元，在此不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：包括：设置于目标隧道洞口的无线主站、设置于目标隧道内的与无线主线通信连接点无线中继站、设置于目标隧道内传感器监测点的与所述无线中继站通信连接的无线终端以及供电单元；

所述供电单元包括用于为无线主站提供工作用电的双电源单元和为所述无线中继站和无线终端提供工作用电的移动储能单元。

2.根据权利要求1所述隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：所述双电源单元包括市电、交流转直流单元、储能单元和控制电路，所述市电的输出端与交流转直流单元的输入端连接，所述交流转直流单元的输出端与所述控制电路电连接，所述储能单元的输出端与所述控制电路电连接，所述控制电路的输出端与所述无线主站的电源端电连接。

3.根据权利要求2所述隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：所述双电源单元还包括充电单元，所述充电单元的输入端与所述交流转直流单元的输出端连接，所述充电单元的输出端与所述储能单元电连接。

4.根据权利要求3所述隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：所述控制电路包括电阻R2、电阻R3、二极管D1和三极管Q3，电阻R2的一端与所述交流转直流单元的输出端连接，电阻R2的另一端经电阻R3接地，二极管D1的阳极与所述交流转直流单元的输出端连接，二极管D1的阴极与所述无线主站的电源端电连接，三极管Q3的发射极与所述储能单元的输出端连接，三极管Q3的基极与电阻R2和电阻R3的公共连接点连接，三极管Q3的集电极与所述无线主站的电源端电连接。

5.根据权利要求4所述隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：所述三极管Q3为PNP型三极管。

6.根据权利要求5所述隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：所述充电单元包括电阻R1、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2稳压二极管DW1，电阻R1的一端与所述交流转直流单元的输出端连接，电阻R1的另一端与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与所述交流转直流单元的输出端连接，稳压二极管DW1的阴极与储能单元的正极电连接，稳压二极管DW1的阳极将电阻R4与储能单元的负极电连接。

7.根据权利要求6所述隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：所述三极管Q1为PNP型三极管，所述三极管Q2为NPN型三极管。

8.根据权利要求2所述隧道内远距离低功耗无线传输系统，其特征在于：所述交流转直流单元包括降压单元和全桥整流，所述降压单元的一次绕组与市电连接，所述降压单元的二次绕组与所述全桥整流单元的输入端连接，所述全桥整流单元的输出端为所述交流转直流单元的输出端。

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