[实用新型]基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统

说明书

技术领域

本实用新型是一种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和管道系统技术领域。 

技术背景

管道运输是国民经济的五大运输方式之一，能源输送管道常常要穿越漫长的监测困难地区。为保障管道运输的安全性、可靠性，建立强大、智能的监控和网管体系是最近管道发展的方向。 

现实的需求是推动着新技术的发展的动力，近两年来，迅速发展的无线传感器网络(WSN:Wireless Sensor Network)极大地扩展了现在监控网络的覆盖范围。为解决现有的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节点组成，通过无线通信方式形成一个多条的自组织的网络系统，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。 

CN101426290A公开了一种通用无线传感器网络节点设备，但还不完善，效果并不理想。 

虽然现今对无线传感器网络的研究在如火如荼的进行中，但是能源输送管道的监控和管理方式却仍然以人工为主。在地处偏远地区，数据采集成本大；数据量较大时，数据管理的成本较大；困难较多。在管道运输中缺少一个能实现数据自动采集，定时监控的系统来保障管道安全运行。 

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种数据自动采集、传输、定时监控的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统。 

基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统是从第一个硬件节点ED到第N个硬件节点由两条导线串接起来。 

无线传感器网络节点以德州仪器芯片射频收发器CC1110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和供电电路、射频收发器CC1110、射频下行链路（主要包括射频前端功放、3db电桥）、射频上行链路（低噪声放大器、射频开关）组成。太阳能供电模块接射频单片机,射频单片机的输入接数据采集,射频单片机的输出接阻抗变换电路,阻抗变换电路输出和输入分别接第一 射频开关的输入和输出,第一射频开关的输出接射频下行链路,射频下行链路的输出接第二射频开关,第二射频开关一输出接收发天线,另一输出接上行链路，射频上行链路输出接回第一射频开关。射频单片机的开关控制输出接第一射频开关合第二射频开关。 

所述太阳能供电模块是一个高效的供电系统，其由12V锂电池到电路各部分所需电压的转换效率可以达到90％以上。它包括太阳能电池板、充电管理电路、充电电池、稳压电路；太阳能电池板、充电管理电路、充电电池、稳压电路依次串接，稳压电路输出接收发器CC1110。电路设计使得电池供电具有大的电压动态范围，电池电压处在12V至4.5V之间时均能保证为下级电路提供稳定的供电电压。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。充电管理电路为锂电池充放电提供防止过充、过放等保护，长电池使用寿命；稳压电路为无线传感器网络节点提供工作所需的3.3V以及4V稳定电压，最大可以提供高达6A的供电电流其电压转换效率达到95％；防雷电路为节点提供野外防雷电保护，通过瞬态抑制二极管（TVS）以及可恢复保险管的组合使用有效达到防雷目的，当受到雷击有高压大电流涌入时，TVS可以以p秒级的速度将高电压限制在一个安全范围内。同时恢复保险管在会发生熔断，使供电电路断路以保护后级电路安全。 

所述射频收发器CC1110是无线传感器网络节点进行数据转发处理的核心。它是一种低成本真正的无线SOC，为低功耗无线应用而设计。这个芯片包含了一个标准的增强型8051MCU和一个无线收发芯片CC1100被封装在一个6×6mm的芯片中。8051MCU自带32K Flash和4K RAM。无线通信主要工作在315、433、868和915MHz的ISM（工业，科学和医学）和SRD（短距离设备）频率波段，在ISM频段可自由地设置为300-348MHz、391-464MHz和728-928MHz。CC1110的RF射频收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达500kbps。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。CC1110为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。在本系统中CC1110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。