基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型是一种用于管道运输系统的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统。系统包括阴极保护数据自动采集系统的采集器、硬件通信结点、结点之间的通信；系统在每一条管线布设了一个线性无线传感器网络，于每条管线的起始位置安置数据接入Sink结点，在管线上需要采集阴极保护数据的位置布设数据采集终端ED结点；在Sink结点处布设管理系统，该管理系统有数据库与其有输入、输出连接，并接有低级用户的输出；如此的多个管线之管理系统输出接有高级用户和数据库的管理系统。本实用新型能实现数据自动采集、定时监控及管理，且能保障网络协议的灵活性和兼容性以及网络协议功能的完整性、稳定性和健壮性。
【专利说明】基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统
【技术领域】
[0001]本实用新型是一种用于管道运输系统的安全管理维护的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统。涉及金属材料的一般防蚀、数据的识别和管道系统【技术领域】。
【背景技术】
[0002]管道运输是国民经济的五大运输方式之一，能源等物资输送管道通常要穿越漫长的无人地区，管道信息(如阴极保护电位信息，可用于监控金属运输管道腐蚀状况)的准确采集对保障管道运输的安全性和可靠性等方面有着非常重要的意义。现有的能源输送管道的监控和管理仍然以人工为主，数据采集成本巨大，数据管理成本较高，困难较多。因此，建立强大、智能的自动监控管理体系是最新管道监控系统发展的方向。
[0003]现实的需求是推动新技术发展的动力，近两年来，迅速发展的无线传感器网络(ffSN:ffireless Sensor Network)极大地扩展了现有监控网络的覆盖范围，为解决现有数据采集方式提供了新的思路。WSN通常是由部署在检测区域内大量的廉价微型传感器结点组成，通过无线通信方式形成一个多跳自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。将无线传感器网络应用到管道运输的阴极保护数据自动监控管理系统中，可以大大降低数据监控成本，在无持续能源供给的恶劣环境中实现阴极保护数据自动采集监控，基于此本发明给出了基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统的整体设计方案，包括阴极保护数据自动采集系统的采集器，硬件通信结点，结点之间的通信协议，以及阴极保护数据自动采集系统上位机管理软件的设计。
[0004]CN102186258A公开了一种基于线形长距离的无线传感器网络的通信协议方法，但网络协议的灵活性和兼容性以及网络协议功能的完整性、稳定性和健壮性都不太理想。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是设计一种基于无线传感器网络的、能实现数据自动采集、定时监控及管理的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统。
[0006]为了克服现有管道运输中数据采集、管道监控、数据管理都是以低效率的人工方式进行的局限，在对管道运输安全管理的需求进行分析以后，本实用新型开发了一套基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统，该系统包括阴极保护数据自动采集系统的采集器、硬件通信结点、结点之间的通信。
[0007]本发明系统的构成如图1所示，系统在每一条管线布设了一个线性无线传感器网络，于每条管线的起始位置安置数据接入结点(以下简称Sink结点，如图1所示)，在管线上需要采集阴极保护数据的位置布设数据采集终端结点(以下简称ED结点，如图1所示)。在Sink结点处布设管理系统，所以Sink节点是管理系统中单管线无线传感器网络的管理者，该管理系统有数据库与其有输入、输出连接，并接有低级用户的输出。如此的多个管线之管理系统输出接有高级用户和数据库的管理系统。[0008]其中:
[0009]所述阴极保护数据自动采集系统的数据采集器是一款基于无线传感器网络、工作在391MHz-464MHz频段、具有3_5公里传输能力的大功率硬件通信结点；本结点以德州仪器芯片CClllO为基础，采用时分复用工作方式，整个系统主要由太阳能供电模块、射频收发器CC1110、下行链路(主要包括由射频前端功放、3db电桥组成的平衡功率放大器)、上行链路(主要包括低噪声放大器)以及射频开关组成，如图2所示；太阳能供电模块接射频收发器CCl 110，射频收发器CCl 110中的数据存储器接数据采集器输出，射频收发器CCl 110差分接口接阻抗变换器，阻抗变换器与第一射频开关互有输入和输出连接；第一射频开关输出接包括由射频前端功放、3db电桥组成的平衡功率放大器的下行链路，下行链路再接第二射频开关后接收发天线；第二射频开关输出经主要包括低噪声放大器的上行链路接第一射频开关；其中，在下行链路采用的平衡式放大器，是实现远距离通信所需功率的关键设计；
[0010]所述阴极保护数据自动采集系统的结点之间通信协议是用来实现适用于能源管道运输环境的无线传感器网络的保障通信；该网络拓扑分布基本为线形(直线或曲线，没有交叉或重叠)，具有跨度范围长、传感器结点密度低等特点；
[0011]所述阴极保护数据自动采集系统的上位机管理软件的系统用户分为五个级别:管理员级、总控级、站场级、管线级和保护站级，级别从高到低；该管理软件包括用户管理模块，结点管理模块，各级结点拓扑图模块，数据的处理和分析模块，各级数据库的备份和上传模块以及硬件控制模块；所述的用户管理模块基于该系统的管理特性，设计了五个级别的用户，分别为管理员级、总控级、站场级、管线级和保护站级，而管理员级的用户能对其他各个级别的用户进行添加、删除、修改和显示用户信息这几个功能。
[0012]本实用新型能实现数据自动采集、定时监控及管理。提高了管道运输管理效率，保证了管道运输的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统的整体结构图
[0014]图2采集器硬件通信结点结构图
【具体实施方式】
[0015]为了更好的理解本实用新型的上述技术方案，下面结合附图进行进一步的详细描述。
[0016]实施例.本例主要用来实现基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统的数据自动采集、定时监控和管理等功能，以保障管道运输安全运行，其整体结构设计如图1所示，每一条管线布设一个线性无线传感器网络，在Sink结点处布设上位机管理软件。管理人员可通过上位机管理软件向无线传感器网络的Sink结点发出网络控制指令，由Sink结点将控制指令发送至无线传感器网络中，各结点接收指令并执行，最终将执行结果进行打包处理，通过多跳接力方式将获取数据返回给Sink结点，并由Sink结点通过硬件控制模块的串口或USB接口将数据上传至上位机管理软件进行管理。如图1所示，本发明根据具体情况对使用上位机管理软件的用户设定不同权限，不同的用户登陆管理系统只能管理自己权限以内的管道数据。设计的各级数据库备份和上传模块在不连网时备份本地数据，在联网时则将本地数据上传至它的上一级数据库，从而实现管道阴极保护数据的远距离可靠自动米集、传输及管理。
[0017]本例中采集器硬件通信结点结构如图2所示。太阳能供电模块是一个高效的供电系统，整个供电模块由太阳能电池板、充电管理电路、充电电池组(锂电池)、稳压电路、防雷击电路组成；射频收发器CClllO是无线传感器网络结点进行数据转发处理的核心，它负责与数据采集器进行数据通信，并完成数据打包，数据转发、数据校验，发射功率控制、系统待机/唤醒、实现跳频等功能；下行链路主要有射频前端功放、3db电桥组成，它是实现结点远距离通信的关键。可以使得结点比单独使用一片功率放大器时的发射功率提高3dB，提高了发射功率较小的功率放大器的应用范围，使得系统最大发射功率达到5.3W ;系统通信接口使用国际标准的I2C通信协议，通过I2C总线接口与油气管道阴极保护数据采集设备可以进行数据互联互通；射频开关是由CClllO芯片I/O 口通过射频开关控制电路对结点收/发通路进行选择，可以满足不同功率传输下的设计要求。
[0018]本例经试验，能实现数据自动采集、定时监控及管理；提高了管道运输管理效率，保证了管道运输的安全性。
【权利要求】
1.一种基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统，其特征是该系统包括阴极保护数据自动采集系统的采集器、硬件通信结点、结点之间的通信；系统在每一条管线布设了一个线性无线传感器网络，于每条管线的起始位置安置数据接入Sink结点，在管线上需要采集阴极保护数据的位置布设数据采集终端ED结点；在Sink结点处布设管理系统，该管理系统有数据库与其有输入、输出连接，并接有低级用户的输出；如此的多个管线之管理系统输出接有高级用户和数据库的管理系统。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统，其特征是所述阴极保护数据自动采集系统的采集器是一款基于无线传感器网络、工作在391MHz-464MHz频段、具有3_5公里传输能力的大功率硬件通信结点；本结点以德州仪器芯片CClllO为基础，采用时分复用工作方式，整个系统主要由太阳能供电模块、射频收发器CC1110、主要包括由射频前端功放、3db电桥组成的平衡功率放大器的下行链路、主要包括低噪声放大器的上行链路以及射频开关组成；太阳能供电模块接射频收发器CC1110，射频收发器CCl 110中的数据存储器接数据采集器输出，射频收发器CCl 110差分接口接阻抗变换器，阻抗变换器与第一射频开关互有输入和输出连接；第一射频开关输出接包括由射频前端功放、3db电桥组成的平衡功率放大器的下行链路，下行链路再接第二射频开关后接收发天线；第二射频开关输出经主要包括低噪声放大器的上行链路接第一射频开关；所述下行链路采用的是平衡式放大器。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统，其特征是所述阴极保护数据自动采集系统的结点之间采用直线或曲线形网络拓扑分布结构。
【文档编号】H04W84/18GK203422833SQ201320319856
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】薛致远, 徐承伟, 陈洪源, 赵君, 毕武喜, 郭正虹, 陈新华, 姜有文, 徐华天, 吴长访, 刘文会, 陈振华, 赵晋云, 张丰 申请人:中国石油天然气股份有限公司