基于ZigBee无线通信技术的天然气管道实时监控系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，是一种基于ZigBee无线通信技术的天然气管道 实时监控系统，用于天然气管道的然气泄漏、管道环境温度、施工破坏及管道腐蚀等的监 测。
【背景技术】
[0002] 随着我国的经济发展和科技进步，天然气的需求日趋增加，同时天然气发生泄漏 事件也频繁发生，给人们的生命和财产造成严重威胁。因此天然气的安全运输和管道的检 漏成为了重点问题。截止到2011年底，我国天然气管道铺设已经长达5万公里，预计在2015 年我国天然气管道将达到10万公里。这么庞大的管道网络一旦出现腐蚀、损坏或者不同程 度的老化，就会发生天然气泄漏事件，从而引起重大爆炸，其后果不堪设想。分析近年来天 然气泄漏发现不及时导致爆炸发生的原因，主要有管道设备老化、腐蚀、变形严重；运输载 体设备上的泄压装置、防爆片、防爆膜等不起作用；安全责任和管理措施不落实，安全组织 和规章制度不落实，违章操作等；管道防腐缺陷；管道材料、防腐层等质量问题的因素；焊 接质量问题；设备安装问题等。
[0003] 现有检测天然气泄漏技术有超声波检测技术、漏磁检测技术、涡流检测技术、次声 波法技术、实时瞬态模型法技术、分布式光纤预警技术、智能防腐层预警技术、负压波法技 术，在无人区、郊区旷野、荒漠、重污染区等特殊的地理环境特点，不适于人工巡护，对管道 监控系统的技术要求较高地方，以上技术存在一定的缺陷，不能满足要求，因此本发明提出 了一种基于ZigBee无线通信技术天然气管道实时监测系统，实现对天然气管道的燃气泄 漏、温湿度、震动、腐蚀等参数信息的自动采集和传输，在管道监测中的应用有更大的实际 应用价值和商业价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种实时性好、自动化程度高、可靠性好、精度高、信息处理 能力强的基于ZigBee无线通信技术的天然气管道实时监控系统。
[0005] 本发明的目的是以下技术方案实现的：一种基于ZigBee无线通信技术的天然气 管道实时监控系统，其特征是，它包括：数据采集模块、传感器与ZigBee模块组合成数据采 集及无线传感器终端节点、GPRS/WIFI/4G通信模块和远程监控模块，所述的数据采集模块 是针对天然气管道的腐蚀、气体泄漏、环境温度、施工破坏的相关参数进行实时采集；所述 的传感器与ZigBee模块组合成数据采集及无线传感器终端节点由采集模块、定位模块、处 理模块、电源模块和无线通信模块，采集模块包括气体传感器、温度传感器、压力传感器、流 量传感器和振动传感器，采集模块的气体传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器和 振动传感器把采集到的天然气管道的信息通过连接器发送给处理模块；处理模块的处理器 需要采用嵌入式CPU控制整个传感器节点协调工作，对采集模块获取的信息进行必要的处 理、保存，控制采集模块和电源的工作模式，存储器对采集的数据及其它邻近节点发来的数 据进行存储；无线通信模块的射频天线单元负责与采集模块传感器或观察者的通信和信息 的接收与发射；电源模块为采集模块的传感器提供正常工作所必需的能量，电源模块利用 (PU的通用I/O口控制开关管的通断，进而控制采集模块的传感器工作，当节点进入深度休 眠时，断开开关，使采集模块的整个传感器处于几乎不耗电的状态，电源模块由电源、电源 检测电路和充电接口电路三部分组成，电源采用可充电锂电池，由电源检测电路测到的电 量值通过CPU的模数转换通道ADC后经无线方式发送到监测中心进行实时显示，当电源电 量不足时，通过充电接口电路部分实现锂电池充电；采集模块的每个传感器节点兼顾传统 网络节点的终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理之外，还要对其他 节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，汇聚节点的处理能力，连接传感器网络与 Internet外部网络，实现两种协议的通信转换，同时发布管理节点的监测任务，并把收集的 数据转发到外部网络上，汇聚节点既能够是一个具有增强功能的传感器节点，有足够的能 量供给和更多的内存与计算资源，亦可是没有监测功能仅带有无线通信接口的网关设备； 所述的GPRS/WIFI/4G通信模块用于GPRS模块的数据收发、ZigBee模块传感器节点的数据 采集及发送、路由节点与GPRS模块之间的数据通信；所述的远程监控模块用于用户数据传 送至远程数据库，监控中心客户端对数据进行实时访问，通过人机交互界面清晰地显示出 各种参数信息及定位信息，在监控中心实现实时报警功能。
[0006] 本发明的基于ZigBee无线通信技术的天然气管道实时监控系统能够实现对天然 气管道的燃气泄漏、温湿度、震动、腐蚀等参数信息的自动采集和传输，在管道监测中的应 用有更大的实际应用价值和商业价值。具有实时性好、自动化程度高、可靠性好、精度高、信 息处理能力强等优点。
【附图说明】
[0007] 图1为CC2530模块引脚图；
[0008] 图2为AD8572信号调理电路原理图；
[0009] 图3为管道腐蚀检测示意图；
[0010] 图4为气体浓度检测电路原理框图；
[0011] 图5为天然气浓度检测图；
[0012] 图6为管道振动检测图；
[0013] 图7为GPS模块电路原理图；
[0014] 图8为射频收发模块框图；
[0015] 图9为ZigBee协调器电路原理框图；
[0016] 图10为ZigBee协调器电路的CC2530模块电路原理图；
[0017] 图11为ZigBee协调器电路的GPRS模块电路原理图；
[0018] 图12为ZigBee协调器电路的GPRS无线终端程序图；
[0019] 图13为网关节点主流程图；
[0020] 图14为监控系统软件结构图；
[0021] 图15天然气管道无线实时监控系统网络流程图；
[0022] 图16为本发明程序流程图。
【具体实施方式】
[0023] 下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0024] 参考图1，本发明基于ZigBee无线通信技术的天然气管道实时监控系统的主控 芯片采用CC2530,它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点，并结合由采集、 定位、处理、电源和无线通信模块五部分组成的无线传感器网络实现感知、采集和处理网络 覆盖区域中感知对象的信息，并发送给监控中心进行信息分析与处理，CC2530具有不同的 运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短进一步确保 了低能源消耗，CC2530F256结合了ZigBee协议栈（Z-Stack)，提供了一个强大和完整的 ZigBee解决方案。
[0025] 参考图2~图3,目前管道阴极保护电位的实时监测是可靠的方法，阴极保护电位 一般在-0. 85V~-I. 5V之间，而单片机能采集的满度电压为3. 3V，所以必须把它转化成正 信号，单片机才能拾取，图2调理电路采用了ADI公司的双路