基于ZigBee無線通信技術(shù)的天然氣管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于ZigBee無線通信技術(shù)的天然氣管道 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，用于天然氣管道的然氣泄漏、管道環(huán)境溫度、施工破壞及管道腐蝕等的監(jiān) 測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，天然氣的需求日趨增加，同時(shí)天然氣發(fā)生泄漏 事件也頻繁發(fā)生，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。因此天然氣的安全運(yùn)輸和管道的檢 漏成為了重點(diǎn)問題。截止到2011年底，我國(guó)天然氣管道鋪設(shè)已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)5萬公里，預(yù)計(jì)在2015 年我國(guó)天然氣管道將達(dá)到10萬公里。這么龐大的管道網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)腐蝕、損壞或者不同程 度的老化，就會(huì)發(fā)生天然氣泄漏事件，從而引起重大爆炸，其后果不堪設(shè)想。分析近年來天 然氣泄漏發(fā)現(xiàn)不及時(shí)導(dǎo)致爆炸發(fā)生的原因，主要有管道設(shè)備老化、腐蝕、變形嚴(yán)重；運(yùn)輸載 體設(shè)備上的泄壓裝置、防爆片、防爆膜等不起作用；安全責(zé)任和管理措施不落實(shí)，安全組織 和規(guī)章制度不落實(shí)，違章操作等；管道防腐缺陷；管道材料、防腐層等質(zhì)量問題的因素；焊 接質(zhì)量問題；設(shè)備安裝問題等。
[0003] 現(xiàn)有檢測(cè)天然氣泄漏技術(shù)有超聲波檢測(cè)技術(shù)、漏磁檢測(cè)技術(shù)、渦流檢測(cè)技術(shù)、次聲 波法技術(shù)、實(shí)時(shí)瞬態(tài)模型法技術(shù)、分布式光纖預(yù)警技術(shù)、智能防腐層預(yù)警技術(shù)、負(fù)壓波法技 術(shù)，在無人區(qū)、郊區(qū)曠野、荒漠、重污染區(qū)等特殊的地理環(huán)境特點(diǎn)，不適于人工巡護(hù)，對(duì)管道 監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要求較高地方，以上技術(shù)存在一定的缺陷，不能滿足要求，因此本發(fā)明提出 了一種基于ZigBee無線通信技術(shù)天然氣管道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣管道的燃?xì)庑?漏、溫濕度、震動(dòng)、腐蝕等參數(shù)信息的自動(dòng)采集和傳輸，在管道監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用有更大的實(shí)際 應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)時(shí)性好、自動(dòng)化程度高、可靠性好、精度高、信息處理 能力強(qiáng)的基于ZigBee無線通信技術(shù)的天然氣管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的目的是以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于ZigBee無線通信技術(shù)的天然氣 管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，它包括：數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器與ZigBee模塊組合成數(shù)據(jù)采 集及無線傳感器終端節(jié)點(diǎn)、GPRS/WIFI/4G通信模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，所述的數(shù)據(jù)采集模塊 是針對(duì)天然氣管道的腐蝕、氣體泄漏、環(huán)境溫度、施工破壞的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；所述 的傳感器與ZigBee模塊組合成數(shù)據(jù)采集及無線傳感器終端節(jié)點(diǎn)由采集模塊、定位模塊、處 理模塊、電源模塊和無線通信模塊，采集模塊包括氣體傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流 量傳感器和振動(dòng)傳感器，采集模塊的氣體傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器和 振動(dòng)傳感器把采集到的天然氣管道的信息通過連接器發(fā)送給處理模塊；處理模塊的處理器 需要采用嵌入式CPU控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作，對(duì)采集模塊獲取的信息進(jìn)行必要的處 理、保存，控制采集模塊和電源的工作模式，存儲(chǔ)器對(duì)采集的數(shù)據(jù)及其它鄰近節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù) 據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；無線通信模塊的射頻天線單元負(fù)責(zé)與采集模塊傳感器或觀察者的通信和信息 的接收與發(fā)射；電源模塊為采集模塊的傳感器提供正常工作所必需的能量，電源模塊利用 (PU的通用I/O口控制開關(guān)管的通斷，進(jìn)而控制采集模塊的傳感器工作，當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入深度休 眠時(shí)，斷開開關(guān)，使采集模塊的整個(gè)傳感器處于幾乎不耗電的狀態(tài)，電源模塊由電源、電源 檢測(cè)電路和充電接口電路三部分組成，電源采用可充電鋰電池，由電源檢測(cè)電路測(cè)到的電 量值通過CPU的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道ADC后經(jīng)無線方式發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)電源電 量不足時(shí)，通過充電接口電路部分實(shí)現(xiàn)鋰電池充電；采集模塊的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)兼顧傳統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的終端和路由器雙重功能，除了進(jìn)行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理之外，還要對(duì)其他 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合等處理，匯聚節(jié)點(diǎn)的處理能力，連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與 Internet外部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議的通信轉(zhuǎn)換，同時(shí)發(fā)布管理節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)任務(wù)，并把收集的 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)上，匯聚節(jié)點(diǎn)既能夠是一個(gè)具有增強(qiáng)功能的傳感器節(jié)點(diǎn)，有足夠的能 量供給和更多的內(nèi)存與計(jì)算資源，亦可是沒有監(jiān)測(cè)功能僅帶有無線通信接口的網(wǎng)關(guān)設(shè)備； 所述的GPRS/WIFI/4G通信模塊用于GPRS模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)、ZigBee模塊傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù) 采集及發(fā)送、路由節(jié)點(diǎn)與GPRS模塊之間的數(shù)據(jù)通信；所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊用于用戶數(shù)據(jù)傳 送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)控中心客戶端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)訪問，通過人機(jī)交互界面清晰地顯示出 各種參數(shù)信息及定位信息，在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警功能。
[0006] 本發(fā)明的基于ZigBee無線通信技術(shù)的天然氣管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)天然 氣管道的燃?xì)庑孤?、溫濕度、震?dòng)、腐蝕等參數(shù)信息的自動(dòng)采集和傳輸，在管道監(jiān)測(cè)中的應(yīng) 用有更大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。具有實(shí)時(shí)性好、自動(dòng)化程度高、可靠性好、精度高、信 息處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0007] 圖1為CC2530模塊引腳圖；
[0008] 圖2為AD8572信號(hào)調(diào)理電路原理圖；
[0009] 圖3為管道腐蝕檢測(cè)示意圖；
[0010] 圖4為氣體濃度檢測(cè)電路原理框圖；
[0011] 圖5為天然氣濃度檢測(cè)圖；
[0012] 圖6為管道振動(dòng)檢測(cè)圖；
[0013] 圖7為GPS模塊電路原理圖；
[0014] 圖8為射頻收發(fā)模塊框圖；
[0015] 圖9為ZigBee協(xié)調(diào)器電路原理框圖；
[0016] 圖10為ZigBee協(xié)調(diào)器電路的CC2530模塊電路原理圖；
[0017] 圖11為ZigBee協(xié)調(diào)器電路的GPRS模塊電路原理圖；
[0018] 圖12為ZigBee協(xié)調(diào)器電路的GPRS無線終端程序圖；
[0019] 圖13為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主流程圖；
[0020] 圖14為監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖15天然氣管道無線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流程圖；
[0022] 圖16為本發(fā)明程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面利用附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024] 參考圖1，本發(fā)明基于ZigBee無線通信技術(shù)的天然氣管道實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的主控 芯片采用CC2530,它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并結(jié)合由采集、 定位、處理、電源和無線通信模塊五部分組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò) 覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給監(jiān)控中心進(jìn)行信息分析與處理，CC2530具有不同的 運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)，運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保 了低能源消耗，CC2530F256結(jié)合了ZigBee協(xié)議棧（Z-Stack)，提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的 ZigBee解決方案。
[0025] 參考圖2~圖3,目前管道陰極保護(hù)電位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是可靠的方法，陰極保護(hù)電位 一般在-0. 85V~-I. 5V之間，而單片機(jī)能采集的滿度電壓為3. 3V，所以必須把它轉(zhuǎn)化成正 信號(hào)，單片機(jī)才能拾取，圖2調(diào)理電路采用了ADI公司的雙路