CN217606360U - 一种用于地下管线状态监测的rfid系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于地下管线状态监测的RFID系统，设置RFID标签模块和阅读器模块；RFID标签模块包括电源模块、应答器单元、信号处理单元和传感器单元；RFID标签模块通过应答器单元与阅读器模块连接；通过阅读器模块的射频信号获取RFID标签模块中搭载的信息，通过与多种传感器的结合，可以方便的获取地下管道运行情况的关键参数，包括温度、压力、湿度、气体浓度等，对这些参数的综合分析获取地下管线的运行状态；通过信号处理单元通过传感器接口与多个传感器单元连接，可以根据用户的需求，更换需要的传感器，获取更多的管线状态参数，对管线的健康状态做更加准确的评估，同时兼顾低功耗设计，标签更加节能环保。

Description

一种用于地下管线状态监测的RFID系统

技术领域

本实用新型涉及地下探测技术领域，尤其涉及一种用于地下管线状态监测的RFID系统。

背景技术

随着城镇化进程加快，地下管线运输与人们的生活的联系越来越密切，对于地下管线的检测技术逐渐兴起。城市地下管线包括给水、排水(雨水、污水)、燃气(煤气、天然气、液化石油气)、电信、电力、热力、工业管道等几大类，它们担负着传送信息或输送介质的工作，是重要的基础设施。

目前传统的地下管线监测技术都存在着实现难度大、维护成本高以及获取状态参数单一的缺点。现有的大多数管网图是以地面上建筑物作为参照物来定位管线的，由于城市建设步伐加快，建筑拆迁增多、道路拓宽改造等因素，原有参照物的变更与消失，对管道的精确定位造成极大的影响。市政管网中供水、电力、通讯、燃气等各种同材质管道往往拥挤在一起，往往很难确认某种类型的管线，对日常维护和管理提出了更高的要求。传统的金属探管仪在工作过程中受杂散电流、地质环境等的干扰，探测效率往往不稳定，传统的探测方式也仅仅停留在确定位置的阶段，而对于探测到的管线的具体属性，如建设年代，施工单位，管材材质等，还需要查阅大量的图纸资料，尤其对于年代长久的管线，往往资料查询起来很困难，甚至资料丢失，给管线的维护造成困难。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于地下管线状态监测的RFID系统，用以解决现有技术中的缺陷。

本实用新型提供一种用于地下管线状态监测的RFID系统，包括 RFID标签模块和阅读器模块；所述RFID标签模块设置于地下管线旁；

其中，所述RFID标签模块包括电源模块、应答器单元、信号处理单元和多个传感器单元；所述RFID标签模块通过所述应答器单元与所述阅读器模块通信连接，所述阅读器模块用于发送射频信号至所述应答器单元；

所述电源模块分别与所述应答器单元、信号处理单元以及多个传感器单元电连接，用于为所述RFID标签模块的每个单元供电；

所述应答器单元的一端通过射频接口与所述阅读器模块通信连接，所述应答器单元的另一端与所述信号处理单元通信连接；

所述信号处理单元通过多个传感器接口分别与多个传感器单元连接；

根据本实用新型提供的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，所述电源模块包括LC整流电路和稳压芯片；

其中，LC整流电路包括一个电感和一个电容，所述电感的一端用于接收所述阅读器模块的射频信号，所述电感的另一端与所述电容的一端串联，所述电容的另一端连接所述稳压芯片；

所述稳压芯片的型号为TPS71433。

根据本实用新型提供的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，所述电源模块包括电池模块，所述电池模块的输出端与所述稳压芯片电连接。

优选的，所述电源模块的输出电压为1.65-3.6V。

根据本实用新型提供的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，所述应答器单元包括射频芯片、所述射频接口、存储器；

所述存储器与所述信号处理单元电连接，通过所述信号处理单元与所述传感器单元电连接；

优选的，所述射频芯片的型号为TMS37157；

所述存储器通过所述射频接口与所述阅读器模块通信连接。

根据本实用新型提供的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，所述信号处理单元包括微控制芯片、SPI接口以及多个传感器接口；

所述微控制芯片的型号为STM8L101；

所述微控制芯片通过所述SPI接口与所述应答器单元中的所述存储器连接；

所述微控制芯片通过所述传感器接口分别连接多个传感器单元。

优选的，所述微控制芯片的工作频率范围为1MHz-16MHz。

可选的，所述信号处理单元通过所述传感器接口分别与多个传感器单元可拆卸连接。

本实用新型提供的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，通过设置RFID标签模块和阅读器模块；所述RFID标签模块设置于地下管线旁；其中，所述RFID标签模块包括电源模块、应答器单元、信号处理单元和多个传感器单元；所述RFID标签模块通过所述应答器单元与所述阅读器模块通信连接，所述阅读器模块用于发送射频信号至所述应答器单元；通过阅读器模块的射频信号可以获取所述 RFID标签模块中搭载的信息，通过与多种传感器的结合，可以方便的获取地下管道运行情况的关键参数，包括温度、压力、湿度、气体浓度等，通过对这些参数的综合分析，获取地下管线的运行状态；通过所述信号处理单元通过多个传感器接口分别与多个传感器单元连接，从而可以根据用户的需求，更换需要的传感器，获取更多的管线状态参数，对管线的健康状态做更加准确的评估；基于RFID传感标签具有体积小、成本低、非接触式识别的优点，降低了实施难度和后期维护成本，同时标签兼顾低功耗设计，使得标签更加节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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用于地下管线状态监测的RFID系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，在一个实施例中，本实用新型提供一种用于地下管线状态监测的RFID系统，适用于地下管线监测系统的管线状态参数获取，提高对地下管线监测的准确性，实现对于地下管线的状态参数实时获取，及时对于管线的健康状态进行评估，及时进行维护，避免管线损坏造成损失；

具体的，本实用新型提供的一种用于地下管线状态监测的RFID 系统包括RFID标签模块和阅读器模块；所述RFID标签模块设置于地下管线旁；

其中，所述RFID标签模块包括电源模块、应答器单元、信号处理单元和多个传感器单元；所述RFID标签模块通过所述应答器单元与所述阅读器模块通信连接，所述阅读器模块用于发送射频信号至所述应答器单元；

所述电源模块分别与所述应答器单元、信号处理单元以及多个传感器单元电连接，用于为所述RFID标签模块的每个单元供电；

所述应答器单元的一端通过射频接口与所述阅读器模块通信连接，所述应答器单元的另一端与所述信号处理单元通信连接；

所述信号处理单元通过多个传感器接口分别与多个传感器单元连接；

其中，所述RFID标签模块中的各个单元均焊接在PCB板上；

可选的，每个RFID标签可通过在背面设置粘贴或通过螺纹紧固件安装在对应的地下管线的外表面上；

可选的，在每个RFID标签表面设置塑封薄膜或设置塑料制成的透明盖子，从而保护所述RFID标签模块中的元器件，防止元器件被外界湿度、雨水等环境因素影响，从而延长所述RFID标签模块的使用寿命。

可选的，所述电源模块包括LC整流电路和稳压芯片；

其中，LC整流电路包括一个电感和一个电容，所述电感的一端用于接收所述阅读器模块的射频信号，所述电感的另一端与所述电容的一端串联，所述电容的另一端连接所述稳压芯片；

所述稳压芯片的型号为TPS71433；

可选的，所述电源模块是在阅读器发射射频信号时，通过阅读器发出的射频信号获取能量，经过LC整流电路将交变电流转换成直流电流，并通过低功耗稳压芯片TPS71433得到稳定的直流输出，确保标签的正常工作；

可选的，即时无法通过射频信号转化的电能，所述电源模块还包括电池模块，所述电池模块的输出端与所述稳压芯片电连接；通过内置的电源模块为RFID标签模块中的各个元件供电；

可选的，电源模块选用纽扣电池作为电源；

需要说明的是，电池模块或通过阅读器射频信号提供的输出电压应为一致；通过电源模块为整个RFID标签模块提供的电压应不低于 3.3V；

具体的，所述电源模块的输出电压的范围为1.65-3.6V。

在一个实施例中，所述应答器单元包括射频芯片、所述射频接口、存储器；

所述存储器与所述信号处理单元电连接，通过所述信号处理单元与所述传感器单元电连接；

所述射频芯片的型号为TMS37157；

所述存储器通过所述射频接口与所述阅读器模块通信连接；

具体的，所述应答器单元的射频部分主要由射频芯片完成，优选选TMS37157芯片，包括下行通信阶段和上行通信阶段，下行通信阶段中，射频芯片被阅读器发出的射频信号唤醒，通过接收到来自阅读器的SPI指令，唤醒信号处理单元，并通过电源模块为信号处理单元供电；上行阶段中接收来自信号处理单元的测量数据，并将数据存储在应答器单元的存储器中，并通过射频端将测得的数据发送给阅读器。

在一个实施例中，所述信号处理单元包括微控制芯片、SPI接口以及多个传感器接口；

所述微控制芯片的型号为STM8L101；

所述微控制芯片通过所述SPI接口与所述应答器单元中的所述存储器连接；所述微控制芯片通过所述传感器接口分别连接多个传感器单元；

其中，RFID标签模块包括两个通信接口，通过SPI接口连接所述应答器单元和信号处理单元，通过无线射频接口LF接口连接应答器单元和阅读器；

需要说明的是，RFID标签模块与待测地下管线一起埋在地下；在地面上使用RFID阅读器向RFID标签发送指令，RFID标签模块在收到指令后，由阅读器的射频信号给RFID标签模块中的电源模块供电，RFID标签模块中的微控制芯片被激活，启动与之连接的传感器，对待测地下管线包括温度、压力、湿度、气体浓度等在内的物理量进行测量，在测量结束后，将测量数据写入应答器单元中的存储器中，同时将数据通过射频接口发送给阅读器；

具体的，微型控制器STM8L101在1.8V的供应电压下可以运行达到16MHz，具有极低的功耗，能大幅的延长RFID标签的使用寿命；

可选的，选用的微控制芯片的工作频率范围为1MHz-16MHz。

更进一步的，所述信号处理单元通过所述传感器接口分别与多个传感器单元可拆卸连接；

其中，所述信号处理单元中的所述微控制芯片包括多个管脚，通过各个管脚可实现与多个不同类型传感器进行连接；

可选的，可拆卸连接的形式可以包括但不限于螺钉连接、可拔插连接(如type C的接口、3.5mm接口)、插片连接等，从而实现对传感器进行更换，根据实际使用情况更换所需的传感器类型。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于地下管线状态监测的RFID系统，其特征在于，包括RFID标签模块和阅读器模块；所述RFID标签模块设置于地下管线旁；

其中，所述RFID标签模块包括电源模块、应答器单元、信号处理单元和多个传感器单元；所述RFID标签模块通过所述应答器单元与所述阅读器模块通信连接，所述阅读器模块用于发送射频信号至所述应答器单元；

所述电源模块分别与所述应答器单元、信号处理单元以及多个传感器单元电连接，用于为所述RFID标签模块的每个单元供电；

所述应答器单元的一端通过射频接口与所述阅读器模块通信连接，所述应答器单元的另一端与所述信号处理单元通信连接；

所述信号处理单元通过多个传感器接口分别与多个传感器单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，其特征在于，所述电源模块包括LC整流电路和稳压芯片；

其中，LC整流电路包括一个电感和一个电容，所述电感的一端用于接收所述阅读器模块的射频信号，所述电感的另一端与所述电容的一端串联，所述电容的另一端连接所述稳压芯片；

所述稳压芯片的型号为TPS71433。

3.根据权利要求2所述的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，其特征在于，所述电源模块包括电池模块，所述电池模块的输出端与所述稳压芯片电连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，其特征在于，所述电源模块的输出电压为1.65-3.6V。

5.根据权利要求1所述的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，其特征在于，所述应答器单元包括射频芯片、所述射频接口、存储器；

所述存储器与所述信号处理单元电连接，通过所述信号处理单元与所述传感器单元电连接；

所述射频芯片的型号为TMS37157；

所述存储器通过所述射频接口与所述阅读器模块通信连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，其特征在于，所述信号处理单元包括微控制芯片、SPI接口以及多个传感器接口；

所述微控制芯片的型号为STM8L101；

所述微控制芯片通过所述SPI接口与所述应答器单元中的所述存储器连接；

所述微控制芯片通过所述传感器接口分别连接多个传感器单元。

7.根据权利要求6所述的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，其特征在于，所述微控制芯片的工作频率范围为1MHz-16MHz。

8.根据权利要求1或5所述的一种用于地下管线状态监测的RFID系统，其特征在于，所述信号处理单元通过所述传感器接口分别与多个传感器单元可拆卸连接。

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