本发明属于腐蚀防护技术领域，具体涉及一种低功耗的埋地管道阴极保护监测终端。
背景技术：
在埋地管道腐蚀防护领域，传统都是采用人工现场采集阴极保护（简称阴保）参数的方式，这种方式的不足之处是工作量大、采集成本高、准确性不足、实时性较差，导致埋地管网阴极保护自动化、智能化管理水平不足。为减少人工成本，降低管道腐蚀风险，保障管网平稳运行，也有单位设计了埋地管道阴保远程监测设备（专利公开（公告）号: CN103614730A、CN104217562A），但是这些设备都是根据固定任务采集阴保参数，不足之处是设备功耗高，无法根据管道信号情况灵活调整测试任务。
技术实现要素：
针对目前埋地管道阴保远程监测终端，其功耗较高，无法根据管道信号情况灵活调整测试任务等不足之处，本发明的目的在于提出能够根据管道信号情况灵活调整测试任务、使得测量数据更有效、功耗更低、工作时间更长的埋地管道阴极保护远程监测终端。
本发明提供的埋地管道阴极保护远程监测终端，包括：硬件和嵌入式软件两部分；其中，硬件包含测量单元、中央处理器单元、通讯单元、电池单元和电源管理单元；嵌入式软件是运行在上述中央处理器单元上的程序；
所述电池单元，为监测终端的各个单元工作提供电源；
所述测量单元，用于对输入的模拟电信号进行幅度变换、阻抗转换；这里，通过幅度变换，使信号幅度符合后续单元的输入要求；埋地管道上的模拟信号的输出阻抗很大，通过阻抗变换，将信号的阻抗降低，使后续单元就能测得准确的信号；测量单元的输出信号送入中央处理器；
所述中央处理器，通过运行嵌入式程序，执行相关功能，并控制监测终端各部分的工作；中央处理器经过模数转换，将模拟信号转换为数字信号；对数字量进行整理，通过串口上连接的通讯单元，发送至后台服务器；同时，中央处理器根据测量得到的管道信号是否处于正常范围，自动调整检测终端的测量工作时间和休眠时间；在休眠时间通过电源管理单元切断测量单元、通讯单元的电源，中央处理器以低功耗模式运行，从而实现整个终端的低功耗，同时保证测量的效率。
所述嵌入式软件，在中央处理器上电时自动开始运行；嵌入式程序能够进行中央处理器的初始化、运行测量任务、通讯任务和智能功耗分配；所述智能功耗分配是指根据测量得到的数据进行判断，如果数据高于正常值则以较高的频率测量，如果处于正常范围则降低测量频率，从而实现低功耗工作。
所述嵌入式软件运行流程为：
首先运行初始化程序，即对使用到的芯片内部模块进行设置，包括打开内存、定时器、模数转换器、串行通信口、输入输出接口的时钟，并使能这些模块；初始化完成后运行测量任务，每隔一段时间读取一次模数转换器的转换结果，累计若干次后计算平均值，并将此平均值存入测量数据内存区；存满一定次数的测量数据后，调用通讯任务，先与后台服务器建立连接，再将该次数组数据发送给服务器，发送成功能够接收到服务器的应答；然后进行智能功耗分配，即根据测量得到的数据进行判断，如果数据超出正常范围则提高测量频率，缩短休眠时间，最短一分钟测量一次；如果数据正常则降低测量频率，加长休眠时间，最长一天测量一次；之后中央处理器进入低功耗休眠状态，在休眠期间关断通讯单元和测量单元的电源，从而降低终端的功耗；休眠时间结束，中央处理器自动唤醒，重新开始依次执行初始化等程序；如此循环往复，便是一个完整的嵌入式程序。
所述测量单元，对外安装有一个导线接口，用于接入埋地管道预留的测量导线；工作时，监测终端与待测埋地管道连接，将埋地管道上的模拟电信号输入测量单元。
本发明中，所述通讯单元通常采用无线通讯，常用的无线通讯有GPRS、3G、4G等，本发明采用GPRS方式进行通讯。
本发明中，所述电池单元采用18650型的锂电池，给中央处理器、通讯单元、测量单元供电。
本发明中，所述电源管理单元是由中央处理单元控制的电子开关，开关导通时电池单元给通讯单元和测量单元供电；开关断开时通讯单元和测量单元断电，此时只有中央处理单元在低功耗模式下工作，从而实现终端的低功耗。
本发明的特点就是采用软件和硬件相结合的方式实现终端的低功耗运行。
采用低功耗的埋地管道阴保监测终端的有益效果是：采用软件和硬件相结合的方式实现终端的低功耗运行，既能在埋地管道信号不正常时提高测量频率，获得足够的异常数据，又能在管道信号正常时降低测量频率，并关闭不需要的单元，大大降低终端功耗，加长终端的工作时间。
本发明设计合理，实现埋地管道参数的正确测量，具有功耗低，运行时间长、自适应的特点。
附图说明
图1是本发明的埋地管道阴极保护远程监测终端结构框图。
图2是终端的安装示意图。
图3是本发明中测量单元的内部模块图。
图4是本发明中电源管理单元的内部模块图。
图5是本发明中嵌入式软件的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步说明。
本发明的实施方案，如图1所示，由硬件和嵌入式软件两部分构成；硬件包含测量单元、中央处理器器、通讯单元、电池单元和电源管理单元，嵌入式软件是自动运行在上述中央处理器单元上的程序。埋地管道阴极保护监测终端与待测埋地管道连接，将埋地管道上的模拟电信号进行幅度变换、阻抗转换和模数转换，最终转换成数字量，通过通讯单元发送给后台服务器。终端的电池单元给其他各个单元供电。中央处理器上运行嵌入式程序，根据测量得到的管道信号是否处于正常范围，自动调整检测终端的测量工作时间和休眠时间，在休眠时间通过电源管理单元切断测量单元、通讯单元的电源，中央处理器以低功耗模式运行，从而实现整个终端的低功耗，同时保证测量的效率。
硬件具体为一块印刷电路板和一个塑料盒，如图2所示，电路板上有四个圆形固定孔，通过螺丝固定在塑料盒内部；电路板上焊接一个两位的接线端子，塑料盒上有一个比接线端子尺寸稍大的孔，能够漏出接线端子。埋地管道上预留的测试导线和参比电极的导线通过螺丝固定在接线端子上。接线端子通过电路板上的导线连接到测量单元的输入端；测量单元包括一分压电路和一运放电路，分压电路用于对模拟电信号进行幅度变换，即将输入信号的幅度缩小；运放电路用于对对模拟电信号进行阻抗转换，即将信号阻抗降低；使其符合后续电路的要求。分压电路使用常用的电阻分压，电阻阻值分别为9MΩ和1MΩ，分压比例是1:10。分压电路将输入信号的幅度缩小。分压电路的输出通过电路板上的导线连接到运算放大器电路，运算放大器电路使用通用正负输入的运算放大器芯片，将信号阻抗降低，运算放大器电路的输出通过电路板上的导线连接到中央处理器单元的模拟量输入管脚。测量单元如图3所示。
中央处理器器是焊接在电路板上的微处理器芯片，微处理器芯片集成了程序存储器、内存、定时器、模数转换器、串行通信口、输入输出接口、程序下载接口等。微处理器能够运行嵌入式程序，配置和调度各个内部模块。微处理器芯片的模拟量输入接口连接参数测量单元的输出信号，再通过模数转换器将模拟量转换为数字量。微处理器芯片通过串行通信口连接通讯单元，实现数据发送和接收。
通讯单元使用GPRS（General Packet Radio Service通用分组无线服务技术）通讯模块，模块焊接在电路板上。微处理器芯片与通讯模块之间使用串行通讯方式，通过电路板上的导线连接。通讯单元通过GPRS（General Packet Radio Service通用分组无线服务技术）网络，以无线的方式进行数据传输。通信模块能够与后台服务器连接，发送测量数据，接收测量任务。
电池单元由四节18650型锂电池和一个四位并联电池座组成，电池座焊接在电路板上，锂电池卡在电池座内，电池的输出通过电路板上的导线连接到微处理器芯片的电源输入，以及电源管理单元的电源输入。
电源管理单元由一个NPN型三极管和一个P沟道MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）组成，如图4所示。三极管的基极串联一个电阻，连接到微处理器芯片的一个输出管脚，作为控制信号；三极管的集电极串联一个电阻，连接到输入的电源；三极管的发射极接地； MOSFET的门极连接到三极管的集电极，源极连接到输入的电源，漏极连接到测量单元和通讯单元的电源输入。终端在工作时，微处理器芯片的控制信号输出高电平，使三极管导通，三极管的集电极为低电平，使得MOSFET导通，电池单元通过MOSTET连接到通讯单元和测量单元，给其供电；终端不工作时，微处理器芯片的控制信号输出低电平，使三极管不导通，三极管的集电极为高电平，使得MOSFET关断，通讯单元和测量单元没有供电，且MOSFET自身功耗很低，从而大幅降低终端功耗。
嵌入式软件是运行在微处理器芯片上的嵌入式程序，在微处理器芯片上电时自动开始运行。所述嵌入式程序执行的功能包括：微处理器芯片的初始化、运行测量任务、调用通讯任务和进行智能功耗分配；其中，初始化是对使用到的芯片内部模块进行设置，包括打开内存、定时器、模数转换器、串行通信口、输入输出接口的时钟，并使能这些模块；运行测量任务每隔一段时间（如一毫秒）读取一次模数转换器的转换结果，累计若干次（如一千次）后计算平均值（即一秒钟计算得到一次平均值），并将此平均值存入测量数据内存区；存满一定次数N（如一百次）测量数据后，调用通讯任务，首先与后台服务器建立连接，然后将该N（如一百）组数据发送给服务器，发送成功能够接收到服务器的应答；进行智能功耗分配是根据测量得到的数据进行判断，如果数据超出正常范围则提高测量频率，缩短休眠时间，最短一分钟测量一次；如果数据正常则降低测量频率，加长休眠时间，最长一天测量一次，在休眠期间关断通讯单元和测量单元的电源，从而降低终端的功耗。