CN220977161U - 一种埋地金属管道电位检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种埋地金属管道电位检测装置，涉及管道测量领域。一种埋地金属管道电位检测装置包括信号采集处理单元、数据处理单元、电源管理单元；信号采集处理单元和数据处理单元相互连接；信号采集处理单元和电源管理单元相互连接；数据处理单元和电源管理单元相互连接。本实用新型可以提供稳定的电源，兼容内部电池和外部电源，具有充电管理功能，可以智能切换内外电源供电；对电源采用两级隔离设计，提高抗干扰能力，减少浪涌电流和电压对系统的损坏；测量更加高效、稳定，采集范围更宽，减小测量周期，降低点位测量难度，数据采集精度高，抗干扰能力强，降低人为因素对检测结果的影响。

Description

一种埋地金属管道电位检测装置

技术领域

本实用新型涉及管道测量领域，具体而言，涉及一种埋地金属管道电位检测装置。

背景技术

为满足工业、商业、居民用户对天然气、石油、用水不断增长的需求，金属埋地管网数量也随之迅速增长。埋地钢管会不同程度受土壤腐蚀危害，一旦金属管道被腐蚀穿孔，不但会造成资源浪费，环境污染，用户供气、供水中断，甚至造成火灾、爆炸等危险。为减缓或防止埋地管道腐蚀，除了用防腐层，使管道与腐蚀介质分隔，还需采用阴极保护技术联合保护。特别是城镇地区埋地钢管由于高铁、地铁、高压线等因素，杂散电流较多,对今后埋地金属管网阴极保护系统提出了更高的要求。

传统判别阴极保护系统是否正常运行的依据则是进行人工测量系统参数。存在以下缺陷：通常在巡检间歇期人工测量，测量周期较长且数据不连续；由于金属埋地管道的分布区域较广，较为偏远，给人工检测和埋地管道的管理带来诸多不便，造成大量的人力、物力的浪费；未应用计算机进行数据记录及处理，数据搜集不及时，无法取得较好的管理；受人为因素，人工测量与检测装置的数据会有较大误差，会导致决策和管理的失误，导致安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种埋地金属管道电位检测装置，其能够降低点位测量周期，降低测量难度，降低人为因素对检测结果的影响。

本实用新型是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种埋地金属管道电位检测装置，包括信号采集处理单元、数据处理单元、电源管理单元；信号采集处理单元和数据处理单元相互连接；信号采集处理单元和电源管理单元相互连接；数据处理单元和电源管理单元相互连接；

所述电源管理单元包括电压转换子单元和供电管理子单元；供电管理子单元的输出端连接电压转换子单元的输入端；

所述供电管理子单元包括电源保护输入模块、电源检测输出模块、系统供电管理模块和电池管理模块；电源保护输入模块的输出端连接电源检测输出模块的输入端和电池管理模块的输入端；电源检测输出模块的输出端连接系统供电管理模块的输入端；系统供电管理模块的输出端连接电池管理模块的输入端。

进一步的，所述系统供电管理模块包括电容C10、三极管Q7、电阻R16、三极管Q4、电阻R21、电阻R22、电阻R18、电容C11、三极管Q5、电阻R17、电阻R15、三极管Q6、电阻R19、电阻R20和电容C9；

三极管Q7的基极通过电阻R22连接三极管Q7的发射极并接地；三极管Q7的基极连接电阻R21的一端；三极管Q7的集电极通过电阻R18连接三极管Q4的基极；三极管Q7的集电极通过电阻R16连接三极管Q4的集电极和电容C10的一端；电容C10的另一端接地；三极管Q4的发射极通过电容C11接地；三极管Q5的基极连接电阻R17的一端；三极管Q5的集电极连接电阻R15的一端和三极管Q6的基极；三极管Q5的发射极接地；电阻R15的另一端连接三极管Q6的集电极；三极管Q6的发射极通过电阻R19连接电阻R20的一端和电容C9的一端；电容C9的另一端连接电阻R20的另一端并接地。

进一步的，电池管理模块包括芯片U2、电阻R2、电容C2、电阻R3、电阻R6、发光二极管LED1、三极管Q1、电容C6、电阻R5、二极管D1、二极管D2、电感L1、电阻R1、电阻R4、电阻R7、电容C3；

芯片U2的引脚9通过电容C2接地；芯片U2的引脚9通过电容C1连接芯片U2的引脚1；芯片U2的引脚9通过电阻R3连接芯片U2的引脚4；芯片U2的引脚4接地；芯片U2的引脚9通过电阻R2连接发光二极管LED1的正极；发光二极管LED1的负极连接芯片U2的引脚3；芯片U2的引脚9连接三极管Q1的集电极；三极管Q1的基极连接芯片U2的引脚10；三极管Q1的发射极通过连接二极管D1的正极；二极管D1的负极连接二极管D2的负极和电感L1的一端；二极管D2的正极接地；电感L1的另一端连接芯片U2的引脚8和电阻R1的一端；电阻R1的另一端连接电阻R15的另一端并通过电容C3接地；电阻R1的另一端连接芯片U2的引脚7和电阻R4的一端；电阻R4的另一端连接芯片U2的引脚6并通过电阻R7接地；芯片U2的引脚5通过电阻R5连接电容C6的一端；电容C6的另一端连接芯片U2的引脚2并接地。

进一步的，电压转换子单元包括LP LDO/3V3模块、DCDC/5V模块、2路LN LDO/3V3模块、DCDC/4V2模块、隔离电源模块、LN LDO3V3A模块；

DCDC/5V模块的输入端连接系统供电管理模块的输出端和LP LDO/3V3模块的输入端；DCDC/5V模块的输出端连接2路LN LDO/3V3模块的输入端、LN LDO3V3A模块的输入端、DCDC/4V2模块的输入端和隔离电源模块的输入端；LP LDO/3V3模块的输出端连接DCDC/4V2模块的输入端；

所述隔离电源模块包括芯片U29、电容C108、电容C109、电容C104、芯片U22、电容C78、电容C79和电容C80；芯片U29的引脚1通过电容C108连接芯片U29的引脚2并接地；芯片U29的引脚4通过电容C109连接芯片U29的引脚5和电容C104的一端并接地；电容C104的另一端连接芯片U29的引脚6；芯片U22的引脚1通过电容C78连接芯片U22的引脚2并接地；芯片U22的引脚4连接电容C79的一端、电容C80的一端并接地；电容C79的另一端连接电容C80的另一端和芯片U22的引脚6。

进一步的，信号采集处理单元包括信号输入单元、信号物理隔离单元、信号比例放大单元、信号模数转换单元、数字隔离单元；所述信号比例放大单元包括外围电路和5路结构相同的信号比例放大电路；

信号输入单元的输出端连接信号物理隔离单元的输入端；信号物理隔离单元的输出端连接信号比例放大单元的输入端；信号比例放大单元的输出端连接信号模数转换单元的输入端；信号模数转换单元的输出端连接数字隔离单元；

所述信号模数转换单元包括芯片U26、电阻R87、电阻R90、电容C77、电阻R91、电阻R92、电容C82、电阻R95、电阻R96、电容C88、电阻R98、电阻R99、电容C89、电阻R100、电阻R101、电容C94、电阻R97、电容C90、电容C91、磁珠FB5、电容C92、电容C93、电容C96、电容C97、电容C98、电容C99、电容C100、电容C101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电容C95、电容C102和芯片U27；

芯片U26的引脚2连接电阻R102的一端和电容C101的一端；电容C101的另一端接地；电阻R102的另一端通过电容C98接地；电阻R102的另一端通过电阻R103连接芯片U26的引脚4和电阻R104的一端；电阻R104的另一端接地；电阻R102的另一端连接芯片U26的引脚34；芯片U26的引脚3通过电阻R97接地；芯片U26的引脚5连接电容C102的一端和芯片U27的引脚2；电容C102的另一端接地；芯片U27的引脚3接地；芯片U27的引脚1通过电容C95接地；芯片U27的引脚1连接芯片U26的引脚30和芯片U26的引脚9；芯片U27的引脚1通过并联的电容C96和电容C97接地；芯片U27的引脚1通过并联的电容C92和电容C93接地；芯片U27的引脚1连接磁珠FB5的一端；磁珠FB5的另一端通过并联的电容C90和电容C91接地；芯片U26的引脚6接地；芯片U26的引脚7通过并联的电容C99和电容C100接地；芯片U26的引脚8接地；芯片U26的引脚12连接电阻R87的一端和电容C77的一端；芯片U26的引脚13连接电容C77的另一端和电阻R90的一端；芯片U26的引脚14连接电阻R91的一端和电容C82的一端；电容C82的另一端连接电阻R92的一端和芯片U26的引脚15；芯片U26的引脚16连接电阻R95的一端和电容C88的一端；电容C88的另一端连接电阻R96的一端和芯片U26的引脚17；芯片U26的引脚18连接电阻R98的一端和电容C89的一端；电容C89的另一端连接电阻R99的一端和芯片U26的引脚19；芯片U26的引脚21连接电阻R100的一端和电容C94的一端；电容C94的另一端连接电阻R101的一端和芯片U26的引脚20。

进一步的，数字隔离单元包括芯片U23、芯片U24、电容C75、电容C76、电阻R88、电阻R89、电容C83、电阻R93、电阻R94和电容C81；

芯片U23的引脚8通过电容C75接地；芯片U23的引脚8连接芯片U26的引脚34；芯片U23的引脚1通过电容C76接地；芯片U23的引脚7通过电阻R88连接芯片U26的引脚1；芯片U23的引脚6通过电阻R89连接芯片U26的引脚38；芯片U23的引脚5接地；芯片U23的引脚4接地；芯片U24的引脚7通过电阻R93连接芯片U26的引脚36；芯片U24的引脚6通过电阻R94连接芯片U26的引脚37；芯片U24的引脚5接地；芯片U24的引脚4接地。

进一步的，数据处理单元包括温湿度检测模块、声光提示模块、无线传输模块、有线传输模块、定位数据模块和系统控制及数据处理模块；所述无线传输模块包括蓝牙传输电路和4G传输电路；

系统控制及数据处理模块的输入端连接温湿度检测模块的输出端和定位数据模块的输出端；系统控制及数据处理模块和无线传输模块相互连接；系统控制及数据处理模块的输出端和声光提示模块的输入端相连接；

所述系统控制及数据处理模块包括芯片U10、晶振X1、电容C43、电容C44、晶振X2、电容C45、电容C46、电阻C43、电阻R46、电阻R47、磁珠FB3、电容C48、电容C49、二极管D9、电阻R51、电容C55、电容C56、晶振X3、电容C57、电容C58、芯片U12、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、芯片U11、电阻R50、电容C54、电阻R48、电阻R49、电阻R45、电阻R47、电阻R42和电阻R44；

芯片U10的引脚10连接电阻R17的另一端；芯片U10的引脚11连接电容C9的一端；芯片U10的引脚13接地；芯片U10的引脚14连接电容C48的一端、电容C49的一端和磁珠FB3的一端；电容C48的另一端连接电容C49的另一端接地；磁珠FB3的另一端连接电阻R46的一端、二极管D9的正极、电阻R45的一端和电阻R42的一端；电阻R46的另一端通过电容C47接地；电阻R46的另一端连接芯片U10的引脚8；二极管D9的负极通过电容C56接地；二极管D9的负极通过电阻R51连接电容C55的一端；电容C55的另一端接地；二极管D9的负极连接芯片U12的引脚8；芯片U12的引脚1连接电容C57的一端和晶振X3的一端；电容C57的另一端接地；晶振X3的另一端通过电容C58接地；晶振X3的另一端连接芯片U12的引脚2；芯片U12的引脚4接地；芯片U12的引脚6连接芯片U10的引脚58；芯片U12的引脚5连接芯片U10的引脚59；电阻R42的另一端通过电阻R44接地；电阻R42的另一端连接芯片U10的引脚30；电阻R45的另一端通过电阻R47接地；电阻R45的另一端连接芯片U10的引脚60；芯片U10的引脚15通过并联的电容C50、电容C51、电容C52和电容C53接地；芯片U10的引脚4通过电容C43接地；芯片U10的引脚4通过晶振X1连接芯片U10的引脚5；芯片U10的引脚5通过电容C44接地；芯片U10的引脚6连接电容C46的一端，电容C46的另一端接地；芯片U10的引脚6连接晶振X2的引脚3；晶振X2的引脚2连接晶振X2的引脚4、电容C46的另一端和电容C45的一端；电容C45的另一端连接晶振X2的引脚1和电阻R43的一端；电阻R43的另一端连接芯片U10的引脚7；芯片U10的引脚22连接芯片U23的引脚3；芯片U10的引脚25连接芯片U23的引脚2；芯片U10的引脚24连接芯片U24的引脚2；芯片U10的引脚23连接芯片U24的引脚3。

相对于现有技术，本实用新型至少具有如下优点或有益效果：

本实用新型提出了一种埋地金属管道电位检测装置，电源管理单元可以为系统提供稳定的电源，兼容内部电池和外部电源，具有充电管理功能，可以智能切换内外电源供电；对电源采用两级隔离设计，提高抗干扰能力，减少浪涌电流和电压对系统的损坏；测量更加高效、稳定，采集范围更宽，减小测量周期，降低点位测量难度，数据采集精度高，抗干扰能力强降低人为因素对检测结果的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型一种埋地金属管道电位检测装置结构框图；

图2为本实用新型实施例中电源保护输入模块电路图；

图3为本实用新型实施例中电源检测输出模块电路图；

图4为本实用新型实施例中系统供电管理模块电路图；

图5为本实用新型实施例中电池管理模块电路图；

图6为本实用新型实施例中LP LDO/3V3模块电路图；

图7为本实用新型实施例中DCDC/5V模块电路图；

图8为本实用新型实施例中2路LN LDO/3V3模块电路图；

图9为本实用新型实施例中DCDC/4V2模块电路图；

图10为本实用新型实施例中隔离电源模块电路图；

图11为本实用新型实施例中LN LDO3V3A模块电路图；

图12为为本实用新型实施例中信号输入单元电路图；

图13为本实用新型实施例中信号物理隔离单元电路图；

图14为本实用新型实施例中信号比例放大单元电路图；

图15为本实用新型实施例中信号模数转换单元电路图；

图16为本实用新型实施例中数字隔离单元电路图；

图17为本实用新型实施例中温湿度检测模块电路图；

图18为本实用新型实施例中声光提示模块电路图；

图19为本实用新型实施例中无线传输模块电路图；

图20为本实用新型实施例中定位数据模块电路图；

图21为本实用新型实施例中系统控制及数据处理模块电路图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

实施例

请参阅图1，该一种埋地金属管道电位检测装置包括信号采集处理单元、数据处理单元、电源管理单元；信号采集处理单元和数据处理单元相互连接；信号采集处理单元和电源管理单元相互连接；数据处理单元和电源管理单元相互连接；

电源管理单元包括电压转换子单元和供电管理子单元；供电管理子单元的输出端连接电压转换子单元的输入端；

所述供电管理子单元包括电源保护输入模块、电源检测输出模块、系统供电管理模块和电池管理模块；电源保护输入模块的输出端连接电源检测输出模块的输入端和电池管理模块的输入端；电源检测输出模块的输出端连接系统供电管理模块的输入端；系统供电管理模块的输出端连接电池管理模块的输入端。

如图2所示，当电源接口接入外部电源时，通过保护电路对浪涌电流电压进行限制和释放，可以有效的防止电源中的浪脉冲信号对后级电路的浪涌冲击，避免雷电造成的强电压和强电流影响系统正常工作。可以实现电源接口防雷保护，共模干扰抑制，电源过流保护，电源过压保护，电源防接反。

如图3所示，系统时时检测外部电源的否接入，同时测量外部电源电压大小，与电池电压进行比较，系统将外部电源接入，当外部电源电压高于电池电压时，系统供电将由电源供电切换成外部电源供电。电路作用为，外部电源输入和电压检测，外部电源输出给系统供电通断控制。

如图4所示，系统供电管理模块包括电容C10、三极管Q7、电阻R16、三极管Q4、电阻R21、电阻R22、电阻R18、电容C11、三极管Q5、电阻R17、电阻R15、三极管Q6、电阻R19、电阻R20和电容C9；

三极管Q7的基极通过电阻R22连接三极管Q7的发射极并接地；三极管Q7的基极连接电阻R21的一端；三极管Q7的集电极通过电阻R18连接三极管Q4的基极；三极管Q7的集电极通过电阻R16连接三极管Q4的集电极和电容C10的一端；电容C10的另一端接地；三极管Q4的发射极通过电容C11接地；三极管Q5的基极连接电阻R17的一端；三极管Q5的集电极连接电阻R15的一端和三极管Q6的基极；三极管Q5的发射极接地；电阻R15的另一端连接三极管Q6的集电极；三极管Q6的发射极通过电阻R19连接电阻R20的一端和电容C9的一端；电容C9的另一端连接电阻R20的另一端并接地。

将系统电源的后级电路设置为可控型电路，把电池和外部电源转换变不同电压给系统供电，当系统位于不同阶段的工作时，可通过系统处理器进行各个电源电路的开关控制，减少对电能的消耗，以达到低功耗管理的目的。

如图5所示，电池管理模块包括芯片U2、电阻R2、电容C2、电阻R3、电阻R6、发光二极管LED1、三极管Q1、电容C6、电阻R5、二极管D1、二极管D2、电感L1、电阻R1、电阻R4、电阻R7、电容C3；

芯片U2的引脚9通过电容C2接地；芯片U2的引脚9通过电容C1连接芯片U2的引脚1；芯片U2的引脚9通过电阻R3连接芯片U2的引脚4；芯片U2的引脚4接地；芯片U2的引脚9通过电阻R2连接发光二极管LED1的正极；发光二极管LED1的负极连接芯片U2的引脚3；芯片U2的引脚9连接三极管Q1的集电极；三极管Q1的基极连接芯片U2的引脚10；三极管Q1的发射极通过连接二极管D1的正极；二极管D1的负极连接二极管D2的负极和电感L1的一端；二极管D2的正极接地；电感L1的另一端连接芯片U2的引脚8和电阻R1的一端；电阻R1的另一端连接电阻R15的另一端并通过电容C3接地；电阻R1的另一端连接芯片U2的引脚7和电阻R4的一端；电阻R4的另一端连接芯片U2的引脚6并通过电阻R7接地；芯片U2的引脚5通过电阻R5连接电容C6的一端；电容C6的另一端连接芯片U2的引脚2并接地。

芯片U2的型号为CN3795；系统默认采用7.4V或11.1V电池供电，电池可以是一次性电池，也可以是可充电电池，系统自带理电池充电电路，为充电管理电路，当系统采用可充电电池时，可通过接入外部电源给电池充电，外部电源可以是直流电源，也可以是太阳通电池板，使用太阳能电池板充电时，无需再加太阳能板控制器，可直接接入太阳能电池板电尖，可以管理电池充电的整个过程。

电压转换子单元包括LP LDO/3V3模块、DCDC/5V模块、2路LN LDO/3V3模块、DCDC/4V2模块、隔离电源模块、LN LDO3V3A模块；

DCDC/5V模块的输入端连接系统供电管理模块的输出端和LP LDO/3V3模块的输入端；DCDC/5V模块的输出端连接2路LN LDO/3V3模块的输入端、LN LDO3V3A模块的输入端、DCDC/4V2模块的输入端和隔离电源模块的输入端；LP LDO/3V3模块的输出端连接DCDC/4V2模块的输入端；

如图6所示，图6所示为低功耗电源，芯片U6的型号为ME6214C33M5G，电源芯片工作时自身电流为0.7UA，可以为有效降低系统在休眠时的功耗。

如图7所示，芯片U4的型号为SY8120IAAC，作为直流/直流转换器，可以将外部电源电压或电池电压转换成5V，给装置提供稳定的电压，可以提高电源的转换效率，减少电量损耗。

如图8所示，芯片U8和芯片U9的型号都为SGM2028-3.3YN5G/TR，作为线性稳压器，将5V电源转换成3.3V电源，为定位数据模块提供稳定低噪的线性稳压电源，可以使定位模块减少受到的射频信号的干扰。

如图9所示，芯片U7的型号SY8089AAAC，将5V电源转换成3.8V，为无线传输模块供电；可以提供高效、高频同步降压DC-DC调节器IC,能够提供高达2A的输出电流。

如图10所示，隔离电源模块包括芯片U29、电容C108、电容C109、电容C104、芯片U22、电容C78、电容C79和电容C80；芯片U29的引脚1通过电容C108连接芯片U29的引脚2并接地；芯片U29的引脚4通过电容C109连接芯片U29的引脚5和电容C104的一端并接地；电容C104的另一端连接芯片U29的引脚6；

芯片U29的型号为A0512S-2WR2，作为隔离芯片，该部分主要作用是将5V电源转换成±12V给信号比例放大单元供电，该部部采用DCDC隔离电源，将模拟端和数字端隔离，减少数字电路部分对模拟信号的干扰，提高采集数据的准确性。

芯片U22的引脚1通过电容C78连接芯片U22的引脚2并接地；芯片U22的引脚4连接电容C79的一端、电容C80的一端并接地；电容C79的另一端连接电容C80的另一端和芯片U22的引脚6。

芯片U22的型号为B0505S-2WR2，作为隔离芯片，将5V电源隔离后给信号采集处理单元供电，将模拟端和数字端隔离开来，减少数字电路部分对模拟信号的干扰。

如图11所示，芯片U25的引脚LP5907MFX-3.3，将5V电源转换成3.3V电源，可以为数字隔离单元提供电源提供低噪声的线性稳压电源，减少电源射频信号的干扰。

信号采集处理单元包括信号输入单元、信号物理隔离单元、信号比例放大单元、信号模数转换单元、数字隔离单元；所述信号比例放大单元包括外围电路和5路结构相同的信号比例放大电路；

信号输入单元的输出端连接信号物理隔离单元的输入端；信号物理隔离单元的输出端连接信号比例放大单元的输入端；信号比例放大单元的输出端连接信号模数转换单元的输入端；信号模数转换单元的输出端连接数字隔离单元。

如图12所示，信号输入单元中信号输入的类型有通电电位信号输入，极化电位信号输入，自然电位信号输入，交流干扰信号输入，阳极电流信号输入；将外部需要采集的信号源通过导线接入到采集仪的信号采集处理单元。同时设计了200MA的过流保护，避免因输入信号线短路引起后级电路损坏。

如图13所示，信号物理隔离单元包括继电器电路、达林顿管电路、数字隔离电路，当系统控制器发出采集信号后，在将对应的继电器打开，接收信号输入。接收信号输入单元的采集的信号后，和信号比例放大单元隔离开，数据处理单元对输入信号轮流开关，减少采集过程中信号之间的相互串扰的影响，同时采集在不采集信号的过程中，外部信号与信号采集处理单元内部电路完全处断开状态，有效地保护了采集的安全，不受外部浪涌信号的影响。

如图14所示，芯片U28、芯片U30、芯片U31、芯片U32和芯片U33的型号为OPA，作为运算放大器芯片。信号通过物理隔离后，进入比例放大电路，通过运算放大器芯片以及外围电路组成的比例放大电路，对输入信号进行等比例放大处理，为后级信号采集提供稳定的信号源。电路主要作用是提升输入信号的稳定性，调整输入信号的电压幅值。

如图15所示，信号模数转换单元包括芯片U26、电阻R87、电阻R90、电容C77、电阻R91、电阻R92、电容C82、电阻R95、电阻R96、电容C88、电阻R98、电阻R99、电容C89、电阻R100、电阻R101、电容C94、电阻R97、电容C90、电容C91、磁珠FB5、电容C92、电容C93、电容C96、电容C97、电容C98、电容C99、电容C100、电容C101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电容C95、电容C102和芯片U27；

芯片U26的引脚2连接电阻R102的一端和电容C101的一端；电容C101的另一端接地；电阻R102的另一端通过电容C98接地；电阻R102的另一端通过电阻R103连接芯片U26的引脚4和电阻R104的一端；电阻R104的另一端接地；电阻R102的另一端连接芯片U26的引脚34；芯片U26的引脚3通过电阻R97接地；芯片U26的引脚5连接电容C102的一端和芯片U27的引脚2；电容C102的另一端接地；芯片U27的引脚3接地；芯片U27的引脚1通过电容C95接地；芯片U27的引脚1连接芯片U26的引脚30和芯片U26的引脚9；芯片U27的引脚1通过并联的电容C96和电容C97接地；芯片U27的引脚1通过并联的电容C92和电容C93接地；芯片U27的引脚1连接磁珠FB5的一端；磁珠FB5的另一端通过并联的电容C90和电容C91接地；芯片U26的引脚6接地；芯片U26的引脚7通过并联的电容C99和电容C100接地；芯片U26的引脚8接地；芯片U26的引脚12连接电阻R87的一端和电容C77的一端；芯片U26的引脚13连接电容C77的另一端和电阻R90的一端；芯片U26的引脚14连接电阻R91的一端和电容C82的一端；电容C82的另一端连接电阻R92的一端和芯片U26的引脚15；芯片U26的引脚16连接电阻R95的一端和电容C88的一端；电容C88的另一端连接电阻R96的一端和芯片U26的引脚17；芯片U26的引脚18连接电阻R98的一端和电容C89的一端；电容C89的另一端连接电阻R99的一端和芯片U26的引脚19；芯片U26的引脚21连接电阻R100的一端和电容C94的一端；电容C94的另一端连接电阻R101的一端和芯片U26的引脚20。

芯片U26为ADC芯片，芯片U27为型号为REF2930/NC的电压基准芯片，可以将比例放大单元处理后的模拟信号转变成数字信号，以便于数字隔离单元处理采集的数据。

如图16所示，芯片U23和芯片U24的型号为CA-IS3720HS，为数字隔离芯片，将信号采集处理单元与信号处理单完隔离开，使得信号采集处理单元和数数据处理单元正常工作，不会相互影响，相互干扰。

数据处理单元包括温湿度检测模块、声光提示模块、无线传输模块、有线传输模块、定位数据模块和系统控制及数据处理模块；所述无线传输模块包括蓝牙传输电路和4G传输电路；

系统控制及数据处理模块的输入端连接温湿度检测模块的输出端和定位数据模块的输出端；系统控制及数据处理模块和无线传输模块相互连接；系统控制及数据处理模块的输出端和声光提示模块的输入端相连接。

如图17所示，温湿度检测模块中包括芯片U21的型号为AHT20，作为温湿度传感器，可以进行温度和湿度的数据采集，并将采集到的温度和湿度数据传给数据处理系统处理。

如图18所示，声光提示模块中包括声音控制电路和LED输入输出插座电路，声音控制电路中包括BZ1为型号为FUET-9650B-3V的蜂鸣器，当系统出现故障时，系统控制及数据处理模块可以控制蜂鸣器和LED灯提示系统状态。

如图19所示，无线传输模块包括4G传输电路和蓝牙传输电路；4G传输电路包括4G网络模块、外围电路和SIM卡，可以将数据处理系统处理好的数据通过无线4G网络上传至云端服务器；蓝牙传输电路蓝牙模块和外围电路，可以将本装置和手机端等设备通过蓝牙连接，将系统控制及数据处理模块处理后的数据传输至手机端等设备，或者利用手机端等设备对本装置进行控制。

如图20所示，定位数据模块中包括定位模块和外围电路，采用型号为IPEX的天线U18，可以接收GPS和BDS的定位数据，将定位数据传输给系统控制及数据处理模块，可以准确获取装置的位置，在检测到故障时，可以及时定位。

如图21所示，系统控制及数据处理模块包括芯片U10、晶振X1、电容C43、电容C44、晶振X2、电容C45、电容C46、电阻C43、电阻R46、电阻R47、磁珠FB3、电容C48、电容C49、二极管D9、电阻R51、电容C55、电容C56、晶振X3、电容C57、电容C58、芯片U12、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、芯片U11、电阻R50、电容C54、电阻R48、电阻R49、电阻R45、电阻R47、电阻R42和电阻R44；

芯片U10的引脚10连接电阻R17的另一端；芯片U10的引脚11连接电容C9的一端；芯片U10的引脚13接地；芯片U10的引脚14连接电容C48的一端、电容C49的一端和磁珠FB3的一端；电容C48的另一端连接电容C49的另一端接地；磁珠FB3的另一端连接电阻R46的一端、二极管D9的正极、电阻R45的一端和电阻R42的一端；电阻R46的另一端通过电容C47接地；电阻R46的另一端连接芯片U10的引脚8；二极管D9的负极通过电容C56接地；二极管D9的负极通过电阻R51连接电容C55的一端；电容C55的另一端接地；二极管D9的负极连接芯片U12的引脚8；芯片U12的引脚1连接电容C57的一端和晶振X3的一端；电容C57的另一端接地；晶振X3的另一端通过电容C58接地；晶振X3的另一端连接芯片U12的引脚2；芯片U12的引脚4接地；芯片U12的引脚6连接芯片U10的引脚58；芯片U12的引脚5连接芯片U10的引脚59；电阻R42的另一端通过电阻R44接地；电阻R42的另一端连接芯片U10的引脚30；电阻R45的另一端通过电阻R47接地；电阻R45的另一端连接芯片U10的引脚60；芯片U10的引脚15通过并联的电容C50、电容C51、电容C52和电容C53接地；芯片U10的引脚4通过电容C43接地；芯片U10的引脚4通过晶振X1连接芯片U10的引脚5；芯片U10的引脚5通过电容C44接地；芯片U10的引脚6连接电容C46的一端，电容C46的另一端接地；芯片U10的引脚6连接晶振X2的引脚3；晶振X2的引脚2连接晶振X2的引脚4、电容C46的另一端和电容C45的一端；电容C45的另一端连接晶振X2的引脚1和电阻R43的一端；电阻R43的另一端连接芯片U10的引脚7；芯片U10的引脚22连接芯片U23的引脚3；芯片U10的引脚25连接芯片U23的引脚2；芯片U10的引脚24连接芯片U24的引脚2；芯片U10的引脚23连接芯片U24的引脚3。

系统控制及数据处理模块包括MCU主芯片、存储芯片电路，时钟芯片电路和其它外围电路；可以对采集单元的数据进行分析处理，并将处理后有用数据能过4G无线网络和BT传输至用户手机端和去服务器端；同时作为采集仪的控制系统，控制电源管理系统的上下电，控制采集单元继电器开关的通断，控制数据传输和存储。

综上所述，本申请实施例提供的一种埋地金属管道电位检测装置，电源管理单元可以为系统提供稳定的电源，兼容内部电池和外部电源，具有充电管理功能，可以智能切换内外电源供电；对电源采用两级隔离设计，提高抗干扰能力，减少浪涌电流和电压对系统的损坏；测量更加高效、稳定，采集范围更宽，减小测量周期，降低点位测量难度，数据采集精度高，抗干扰能力强降低人为因素对检测结果的影响。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种埋地金属管道电位检测装置，其特征在于，包括信号采集处理单元、数据处理单元、电源管理单元；信号采集处理单元和数据处理单元相互连接；信号采集处理单元和电源管理单元相互连接；数据处理单元和电源管理单元相互连接；

所述电源管理单元包括电压转换子单元和供电管理子单元；供电管理子单元的输出端连接电压转换子单元的输入端；

所述供电管理子单元包括电源保护输入模块、电源检测输出模块、系统供电管理模块和电池管理模块；电源保护输入模块的输出端连接电源检测输出模块的输入端和电池管理模块的输入端；电源检测输出模块的输出端连接系统供电管理模块的输入端；系统供电管理模块的输出端连接电池管理模块的输入端。

2.如权利要求1所述的一种埋地金属管道电位检测装置，其特征在于，所述系统供电管理模块包括电容C10、三极管Q7、电阻R16、三极管Q4、电阻R21、电阻R22、电阻R18、电容C11、三极管Q5、电阻R17、电阻R15、三极管Q6、电阻R19、电阻R20和电容C9；

三极管Q7的基极通过电阻R22连接三极管Q7的发射极并接地；三极管Q7的基极连接电阻R21的一端；三极管Q7的集电极通过电阻R18连接三极管Q4的基极；三极管Q7的集电极通过电阻R16连接三极管Q4的集电极和电容C10的一端；电容C10的另一端接地；三极管Q4的发射极通过电容C11接地；三极管Q5的基极连接电阻R17的一端；三极管Q5的集电极连接电阻R15的一端和三极管Q6的基极；三极管Q5的发射极接地；电阻R15的另一端连接三极管Q6的集电极；三极管Q6的发射极通过电阻R19连接电阻R20的一端和电容C9的一端；电容C9的另一端连接电阻R20的另一端并接地。

3.如权利要求2所述的一种埋地金属管道电位检测装置，其特征在于，所述电池管理模块包括芯片U2、电阻R2、电容C2、电阻R3、电阻R6、发光二极管LED1、三极管Q1、电容C6、电阻R5、二极管D1、二极管D2、电感L1、电阻R1、电阻R4、电阻R7、电容C3；

芯片U2的引脚9通过电容C2接地；芯片U2的引脚9通过电容C1连接芯片U2的引脚1；芯片U2的引脚9通过电阻R3连接芯片U2的引脚4；芯片U2的引脚4接地；芯片U2的引脚9通过电阻R2连接发光二极管LED1的正极；发光二极管LED1的负极连接芯片U2的引脚3；芯片U2的引脚9连接三极管Q1的集电极；三极管Q1的基极连接芯片U2的引脚10；三极管Q1的发射极通过连接二极管D1的正极；二极管D1的负极连接二极管D2的负极和电感L1的一端；二极管D2的正极接地；电感L1的另一端连接芯片U2的引脚8和电阻R1的一端；电阻R1的另一端连接电阻R15的另一端并通过电容C3接地；电阻R1的另一端连接芯片U2的引脚7和电阻R4的一端；电阻R4的另一端连接芯片U2的引脚6并通过电阻R7接地；芯片U2的引脚5通过电阻R5连接电容C6的一端；电容C6的另一端连接芯片U2的引脚2并接地。

4.如权利要求3所述的一种埋地金属管道电位检测装置，其特征在于，所述电压转换子单元包括LP LDO/3V3模块、DCDC/5V模块、2路LN LDO/3V3模块、DCDC/4V2模块、隔离电源模块、LN LDO3V3A模块；

DCDC/5V模块的输入端连接系统供电管理模块的输出端和LP LDO/3V3模块的输入端；DCDC/5V模块的输出端连接2路LN LDO/3V3模块的输入端、LN LDO3V3A模块的输入端、DCDC/4V2模块的输入端和隔离电源模块的输入端；LP LDO/3V3模块的输出端连接DCDC/4V2模块的输入端；

所述隔离电源模块包括芯片U29、电容C108、电容C109、电容C104、芯片U22、电容C78、电容C79和电容C80；芯片U29的引脚1通过电容C108连接芯片U29的引脚2并接地；芯片U29的引脚4通过电容C109连接芯片U29的引脚5和电容C104的一端并接地；电容C104的另一端连接芯片U29的引脚6；芯片U22的引脚1通过电容C78连接芯片U22的引脚2并接地；芯片U22的引脚4连接电容C79的一端、电容C80的一端并接地；电容C79的另一端连接电容C80的另一端和芯片U22的引脚6。

5.如权利要求4所述的一种埋地金属管道电位检测装置，其特征在于，信号采集处理单元包括信号输入单元、信号物理隔离单元、信号比例放大单元、信号模数转换单元、数字隔离单元；所述信号比例放大单元包括外围电路和5路结构相同的信号比例放大电路；

信号输入单元的输出端连接信号物理隔离单元的输入端；信号物理隔离单元的输出端连接信号比例放大单元的输入端；信号比例放大单元的输出端连接信号模数转换单元的输入端；信号模数转换单元的输出端连接数字隔离单元；

所述信号模数转换单元包括芯片U26、电阻R87、电阻R90、电容C77、电阻R91、电阻R92、电容C82、电阻R95、电阻R96、电容C88、电阻R98、电阻R99、电容C89、电阻R100、电阻R101、电容C94、电阻R97、电容C90、电容C91、磁珠FB5、电容C92、电容C93、电容C96、电容C97、电容C98、电容C99、电容C100、电容C101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电容C95、电容C102和芯片U27；

芯片U26的引脚2连接电阻R102的一端和电容C101的一端；电容C101的另一端接地；电阻R102的另一端通过电容C98接地；电阻R102的另一端通过电阻R103连接芯片U26的引脚4和电阻R104的一端；电阻R104的另一端接地；电阻R102的另一端连接芯片U26的引脚34；芯片U26的引脚3通过电阻R97接地；芯片U26的引脚5连接电容C102的一端和芯片U27的引脚2；电容C102的另一端接地；芯片U27的引脚3接地；芯片U27的引脚1通过电容C95接地；芯片U27的引脚1连接芯片U26的引脚30和芯片U26的引脚9；芯片U27的引脚1通过并联的电容C96和电容C97接地；芯片U27的引脚1通过并联的电容C92和电容C93接地；芯片U27的引脚1连接磁珠FB5的一端；磁珠FB5的另一端通过并联的电容C90和电容C91接地；芯片U26的引脚6接地；芯片U26的引脚7通过并联的电容C99和电容C100接地；芯片U26的引脚8接地；芯片U26的引脚12连接电阻R87的一端和电容C77的一端；芯片U26的引脚13连接电容C77的另一端和电阻R90的一端；芯片U26的引脚14连接电阻R91的一端和电容C82的一端；电容C82的另一端连接电阻R92的一端和芯片U26的引脚15；芯片U26的引脚16连接电阻R95的一端和电容C88的一端；电容C88的另一端连接电阻R96的一端和芯片U26的引脚17；芯片U26的引脚18连接电阻R98的一端和电容C89的一端；电容C89的另一端连接电阻R99的一端和芯片U26的引脚19；芯片U26的引脚21连接电阻R100的一端和电容C94的一端；电容C94的另一端连接电阻R101的一端和芯片U26的引脚20。

6.如权利要求5所述的一种埋地金属管道电位检测装置，其特征在于，数字隔离单元包括芯片U23、芯片U24、电容C75、电容C76、电阻R88、电阻R89、电容C83、电阻R93、电阻R94和电容C81；

芯片U23的引脚8通过电容C75接地；芯片U23的引脚8连接芯片U26的引脚34；芯片U23的引脚1通过电容C76接地；芯片U23的引脚7通过电阻R88连接芯片U26的引脚1；芯片U23的引脚6通过电阻R89连接芯片U26的引脚38；芯片U23的引脚5接地；芯片U23的引脚4接地；芯片U24的引脚7通过电阻R93连接芯片U26的引脚36；芯片U24的引脚6通过电阻R94连接芯片U26的引脚37；芯片U24的引脚5接地；芯片U24的引脚4接地。

7.如权利要求6所述的一种埋地金属管道电位检测装置，其特征在于，所述数据处理单元包括温湿度检测模块、声光提示模块、无线传输模块、有线传输模块、定位数据模块和系统控制及数据处理模块；所述无线传输模块包括蓝牙传输电路和4G传输电路；

系统控制及数据处理模块的输入端连接温湿度检测模块的输出端和定位数据模块的输出端；系统控制及数据处理模块和无线传输模块相互连接；系统控制及数据处理模块的输出端和声光提示模块的输入端相连接；

所述系统控制及数据处理模块包括芯片U10、晶振X1、电容C43、电容C44、晶振X2、电容C45、电容C46、电阻C43、电阻R46、电阻R47、磁珠FB3、电容C48、电容C49、二极管D9、电阻R51、电容C55、电容C56、晶振X3、电容C57、电容C58、芯片U12、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、芯片U11、电阻R50、电容C54、电阻R48、电阻R49、电阻R45、电阻R47、电阻R42和电阻R44；

芯片U10的引脚10连接电阻R17的另一端；芯片U10的引脚11连接电容C9的一端；芯片U10的引脚13接地；芯片U10的引脚14连接电容C48的一端、电容C49的一端和磁珠FB3的一端；电容C48的另一端连接电容C49的另一端接地；磁珠FB3的另一端连接电阻R46的一端、二极管D9的正极、电阻R45的一端和电阻R42的一端；电阻R46的另一端通过电容C47接地；电阻R46的另一端连接芯片U10的引脚8；二极管D9的负极通过电容C56接地；二极管D9的负极通过电阻R51连接电容C55的一端；电容C55的另一端接地；二极管D9的负极连接芯片U12的引脚8；芯片U12的引脚1连接电容C57的一端和晶振X3的一端；电容C57的另一端接地；晶振X3的另一端通过电容C58接地；晶振X3的另一端连接芯片U12的引脚2；芯片U12的引脚4接地；芯片U12的引脚6连接芯片U10的引脚58；芯片U12的引脚5连接芯片U10的引脚59；电阻R42的另一端通过电阻R44接地；电阻R42的另一端连接芯片U10的引脚30；电阻R45的另一端通过电阻R47接地；电阻R45的另一端连接芯片U10的引脚60；芯片U10的引脚15通过并联的电容C50、电容C51、电容C52和电容C53接地；芯片U10的引脚4通过电容C43接地；芯片U10的引脚4通过晶振X1连接芯片U10的引脚5；芯片U10的引脚5通过电容C44接地；芯片U10的引脚6连接电容C46的一端，电容C46的另一端接地；芯片U10的引脚6连接晶振X2的引脚3；晶振X2的引脚2连接晶振X2的引脚4、电容C46的另一端和电容C45的一端；电容C45的另一端连接晶振X2的引脚1和电阻R43的一端；电阻R43的另一端连接芯片U10的引脚7；芯片U10的引脚22连接芯片U23的引脚3；芯片U10的引脚25连接芯片U23的引脚2；芯片U10的引脚24连接芯片U24的引脚2；芯片U10的引脚23连接芯片U24的引脚3。