一种基于物联网的地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于物联网的地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统，涉及地铁杂散电流监测【技术领域】。该系统主要应用层、网络层和感知层组成。应用层用于WEB发布、实时监控和腐蚀预测，实时监控主要负责数据监测、历史数据查询、故障显示和接收控制命令。网络层用于进行数据通信。感知层，由汇聚节点和感知节点组成，感知节点采用智能传感器实时监测钢轨的极化电位和土壤电阻率并通过以太网、CAN总线以及RS485串口通信传给汇聚节点；汇聚节点采用智能排流装置接收来自智能传感器的发送的数据，并通过网络层传递到应用层。优点是：智能化程度高，精确度高，工作稳定可靠，抗干扰能力强，使用性较好。
【专利说明】—种基于物联网的地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及地铁杂散电流监测【技术领域】，具体是一种适用于地铁杂散电流腐蚀监测与防护的系统。
【背景技术】
[0002]目前的地铁杂散电流监测系统一般分为集中式数据采集和分布式数据采集，集中式采集时模拟量传输距离较远，测量的准确性降低，而且进行系统的再次扩容较为困难。分布式在线监测系统能够实现自动在线测量，但系统大多单独组网，组网成本较高且组网技术落后，可靠性不高。具体表现在:由于组网技术落后，通信距离受到限制。
[0003]物联网技术是当今社会关注的热点，是一个欣欣向荣发展的产业，它通过各种感知技术、现代网络技术、人工智能技术与自动化技术的集成应用，使人能够与物智慧对话，创造一个智慧的世界。目前，物联网技术广泛应用于城市交通、国防安全、自动化监控、生产制造等国民生活的各个领域。
[0004]物联网是通过各种信息感知设备，按特定的协议，把任何物体与互联网连接起来，进行信息的交换与通讯，从而实现智能化识别、定位、监控和管理等功能的一种网络。从技术层面理解物联网就是指物体能够通过智能感知设备进行信息感知，然后经过传输网络，到达特定的数据中心进行信息处理和交互，最终来实现人与物交互、物与物交互的智能网络。而从应用层面理解物联网是物物相连到一个网络中，形成“物联网”，然后“物联网”与现有的通信网络结合，实现人与物的交互，能够智能的进行管理和生活。物联网的内涵主要体现在以下三个方面:
[0005](I)互联:需要联网的物可以实现互联互通；
[0006](2)识别与通信:物联网的“物”具备自动识别以及物物通信的功能；
[0007](3)智能化:网络系统具有自我反馈、智能控制以及自动化的特点。
[0008]物联网的基本特征就是网络化、物联化、互联化、自动化、感知化、智能化等。与此同时，物联网的精髓不仅是对物实现连接和操控，它还能通过技术手段的扩张，赋予网络新的含义，实现人与物、物与物之间的相融与互动，甚至是交流与沟通。物联网是以数据为中心的面向应用的网络，主要具有信息感知、数据处理、数据传输以及决策支持等功能。其硬件平台可由传感网、核心承载网和信息服务系统等几大部分组成。
【发明内容】
[0009]为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于物联网的地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统，具有智能化程度高，精确度高，工作稳定可靠，抗干扰能力强，操作简单实用。
[0010]本实用新型是以如下技术方案实现的:一种基于物联网的地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统，包括
[0011]应用层，用于WEB发布、实时监控和腐蚀预测，实时监控主要负责数据监测、历史数据查询、故障显示和接收控制命令；
[0012]网络层，用于进行数据通信；
[0013]感知层，由汇聚节点和感知节点组成，感知节点采用智能传感器实时监测钢轨的极化电位和土壤电阻率并通过以太网、CAN总线以及RS485串口通信传给汇聚节点；汇聚节点采用智能排流装置接收来自智能传感器的发送的数据，并通过网络层传递到应用层。
[0014]其进一步是:所述的应用层包括一连接打印机的微机管理中心，微机管理中心连接一将息实时的存储起来的数据库，数据库连接一对数据进行处理的服务器，服务器通过公司局域网连接内部PC，同时服务器通过连接防火墙将数据发送到因特网上供远端PC进行使用；
[0015]所述的网络层利用以太网和GPRS进行数据通信；
[0016]所述的感知层包括安装在轨道附近的土壤里的参比电极和结构钢，轨道安装在地面供行车使用，智能传感器监测参比电极的极化电位以及土壤电阻率等信息并通过以太网、RS485串口以及备用的CAN接口通信传送到智能排流装置，智能排流装置将信息通过光纤收发器将信息传到网络层，在网络层数据经过以太网通信和GPRS通信将信息传送至应用层。
[0017]本实用新型的有益效果:智能化程度高，精确度高，工作稳定可靠，抗干扰能力强，使用性较好。
[0018]【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统原理框图；
[0020]图2是智能传感器原理框图；
[0021]图3为地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统总体架构图。
[0022]图中:1、远端PC，2、防火墙，3、服务器，4、数据库，5、内部PC，6、微机管理中心，7、
打印机，8、光纤收发器，9、智能排流装置，10、智能传感器，11、钢轨，12、结构钢，13、参比电极。
[0023]【具体实施方式】
[0024]如图1所示，该系统主要由感知层、网络层和应用层三部分组成。感知层其中感知层又由感知节点和汇聚节点组成，主要完成信息感知与处理。网络层利用现有的地铁通信网络或者自己组建的GPRS网络进行数据传输，主要完成信息可靠传输。应用层主要由微机管理系统、数据库、服务器、人机交互设备等组成，实现应用服务。
[0025]感知节点中的智能传感器能够实时监测杂散电流的极化电位和土壤电阻率等信息，并且通过以太网接口、CAN接口和RS485接口将监测杂散电流的信息传送给汇聚节点中的智能排流装置。汇聚节点还通过以太网通信和GPRS通信模块将数据传送到网络层。网络层主要是负责准确无误的传输数据，通过地铁现有的以太网通信系统进行局域网的数据传输，同时亦可独立设计自有GPRS通信通道，建立专属通道，负责数据的传输。
[0026]应用层主要实现应用服务，人机交互，主要包括WEB发布、实时监控和腐蚀预测三个功能模块，其中实时监控主要负责数据监测、历史数据查询、控制命令响应以及故障显示等功能。
[0027]如图2所示，智能传感器有一放大滤波多路转换电路、与放大滤波多路转换电路连接的A/D转换电路，与A/D转换电路连接的微控制器，分别与微控制器连接的GPRS模块、以太网接口电路、报警显示电路、存储电路和电源电路。所述的放大滤波多路转换电路采用运算放大器AD620和多路模拟开关HCF4052 ;所述的A/D转换电路采用A/D转换芯片TLC2543 ;所述的微控制器采用STM32F107VC芯片；所述的以太网接口包括网络通讯物理层接口和网络变压器；所述的网络通讯物理层接口采用美国国家半导体公司生产的DP83848CVV芯片；网络变压器采用HanRun公司设计生产的HR911105A ;所述的GPRS模块采用GPRS DTU模块，与微控制器实行RS232通信。
[0028]如图3所示，该系统的架构也是按照感知层、网络层和应用层三部分来实现的。
[0029]应用层由微机管理中心、数据库、服务器、内部PC以及外部PC等构成一个网络信息共享层，实现应用服务，人机交互。微机管理中心实时监控整个地铁线路中杂散电流腐蚀数据、防护装置的状态信息，能够进行数据远程访问和控制，实现信息共享。在应用层中微机管理中心6接收来自网络层的信息，并且连接打印机7可以将数据打印出来供工作人员分析保存，微机管理中心6连接数据库4将信息实时的存储起来，数据库4连接服务器3对一些数据进行处理。公司内部PC 5通过公司的内部局域网可以访问服务器3上面的杂散电流监测数据，同时服务器3通过连接防火墙2可以将数据发送到因特网上供远端PC I进行使用。从而组成了一种基于物联网的地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统，实现了对地铁杂散电流的腐蚀监测与防护。
[0030]网络层主要是负责准确无误的传输数据，通过地铁现有的以太网通信系统进行局域网的数据传输，同时通过GPRS通信通道，建立专属通道，负责数据的传输。
[0031]感知层主要由汇聚节点和感知节点组成，感知节点由在变电所附近、地铁线路沿线的智能传感器组成，实时监测钢轨的极化电位和土壤电阻率等信息并通过以太网、CAN总线以及RS485串口通信传给汇聚节点；汇聚节点采用智能排流装置接收来自智能传感器的发送的数据，并通过以太网和GPRS通信传递到上位机，智能排流装置自身通过回路控制模块控制排流的二极管回路，通过触摸液晶一体化装置实现信息交互，最终实现对地铁杂散电流的腐蚀监测与防护。智能排流装置完成感知节点的数据汇聚、转发和交互功能，负责杂散电流腐蚀数据实时监测，完成智能传感器与网络层的数据通信，同时还具有自动排流防护的功能。智能排流装置具有丰富的RS485接口，RS232接口，以太网通信接口，实现与微机管理中心、变电所综合自动化中心通信；能够建立独立的GPRS数据通信链路，实现数据通信，如果出现杂散电流腐蚀异常危险情况及时通过GPRS短信通知值班人员进行处理。
[0032]感知层中参比电极13和结构钢12均安装在轨道11附近的土壤里，轨道安装在地面供行车使用。智能传感器10监测参比电极的极化电位以及土壤电阻率等信息并通过以太网、RS485串口以及备用的CAN接口通信传送到智能排流装置9。其中一台智能排流装置9可以接收多个智能传感器10发送的数据并进行处理。智能排流装置9将信息通过光纤收发器8将信息传到网络层，在网络层数据经过以太网通信和GPRS通信将信息传送至应用层。其中网络层中接收来自多个智能排流装置9的数据，组成智能排流网络。
【权利要求】
1.一种基于物联网的地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统，其特征在于:包括 应用层，用于WEB发布、实时监控和腐蚀预测，实时监控主要负责数据监测、历史数据查询、故障显示和接收控制命令； 网络层，用于进行数据通信； 感知层，由汇聚节点和感知节点组成，感知节点采用智能传感器实时监测钢轨的极化电位和土壤电阻率并通过以太网、CAN总线以及RS485串口通信传给汇聚节点；汇聚节点采用智能排流装置接收来自智能传感器的发送的数据，并通过网络层传递到应用层。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的地铁杂散电流腐蚀监测与防护系统，其特征在于:所述的应用层包括一连接打印机(7)的微机管理中心(6)，微机管理中心(6)连接一将息实时的存储起来的数据库(4)，数据库(4)连接一对数据进行处理的服务器(3)，服务器(3)通过公司局域网连接内部PC (5)，同时服务器(3)通过连接防火墙(2)将数据发送到因特网上供远端PC (I)进行使用； 所述的网络层利用以太网和GPRS进行数据通信； 所述的感知层包括安装在轨道(11)附近的土壤里的参比电极(13)和结构钢(12)，轨道安装在地面供行车使用，智能传感器(10)监测参比电极的极化电位以及土壤电阻率等信息并通过以太网、RS485串口以及备用的CAN接口通信传送到智能排流装置(9)，智能排流装置(9)将信息通过光纤收发器(8)将信息传到网络层，在网络层数据经过以太网通信和GPRS通信将信息传送至应用层。
【文档编号】G05B19/418GK203480291SQ201320539480
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】王禹桥, 杨雪锋, 李允彩, 范孟豹, 杨海, 殷磊 申请人:徐州世昌机电科技有限公司