基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)以射頻收發(fā)器CC1110為基礎(chǔ)，采用時分復(fù)用工作方式，整個系統(tǒng)主要由太陽能供電模塊和供電電路、射頻收發(fā)器CC1110、下行鏈路、上行鏈路組成；太陽能供電模塊接射頻單片機，射頻單片機的輸入接數(shù)據(jù)采集，射頻單片機的輸出接阻抗變換電路，阻抗變換電路輸出和輸入分別接第一射頻開關(guān)的輸入和輸出，第一射頻開關(guān)的輸出接下行鏈路，下行鏈路的輸出接第二射頻開關(guān)，第二射頻開關(guān)一輸出接收發(fā)天線，另一輸出接上行鏈路，上行鏈路輸出接回第一射頻開關(guān)；射頻單片機的開關(guān)控制輸出接第一射頻開關(guān)合第二射頻開關(guān)。本發(fā)明實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動采集、傳輸和定時監(jiān)控。
【專利說明】基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，涉及金屬材料的一般防蝕和管道系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]管道運輸是國民經(jīng)濟的五大運輸方式之一，能源輸送管道常常要穿越漫長的監(jiān)測困難地區(qū)。為保障管道運輸?shù)陌踩浴⒖煽啃?，建立強大、智能的監(jiān)控和網(wǎng)管體系是最近管道發(fā)展的方向。
[0003]現(xiàn)實的需求是推動著新技術(shù)的發(fā)展的動力，近兩年來，迅速發(fā)展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN:Wireless Sensor Network)極大地擴展了現(xiàn)在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。為解決現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集方式提供了新的思路。WSN通常是由部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個多條的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。
[0004]CN101426290A公開了一種通用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，但還不完善，效果并不
理相
[0005]雖然現(xiàn)今對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究在如火如荼的進行中，但是能源輸送管道的監(jiān)控和管理方式卻仍然以人工為主。在地處偏遠地區(qū)，數(shù)據(jù)采集成本大；數(shù)據(jù)量較大時，數(shù)據(jù)管理的成本較大；困難較多。在管道運輸中缺少一個能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集，定時監(jiān)控的系統(tǒng)來保障管道安全運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是發(fā)明一種數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、定時監(jiān)控的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。
[0007]基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)是從第一個硬件節(jié)點ED到第N個硬件節(jié)點由兩條導(dǎo)線串接起來。
[0008]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以德州儀器芯片射頻收發(fā)器CClllO為基礎(chǔ)，采用時分復(fù)用工作方式，整個系統(tǒng)主要由太陽能供電模塊和供電電路、射頻收發(fā)器CC1110、下行鏈路(主要包括射頻前端功放、3db電橋)、上行鏈路(低噪聲放大器、射頻開關(guān))組成。太陽能供電模塊接射頻單片機，射頻單片機的輸入接數(shù)據(jù)采集，射頻單片機的輸出接阻抗變換電路，阻抗變換電路輸出和輸入分別接第一射頻開關(guān)的輸入和輸出，第一射頻開關(guān)的輸出接下行鏈路，下行鏈路的輸出接第二射頻開關(guān)，第二射頻開關(guān)一輸出接收發(fā)天線，另一輸出接上行鏈路，上行鏈路輸出接回第一射頻開關(guān)。射頻單片機的開關(guān)控制輸出接第一射頻開關(guān)合第二射頻開關(guān)。
[0009]所述太陽能供電模塊是一個高效的供電系統(tǒng)，其由12V鋰電池到電路各部分所需電壓的轉(zhuǎn)換效率可以達到90%以上。它包括太陽能電池板、充電管理電路、充電電池、穩(wěn)壓電路；太陽能電池板、充電管理電路、充電電池、穩(wěn)壓電路依次串接，穩(wěn)壓電路輸出接收發(fā)器CCl 110。電路設(shè)計使得電池供電具有大的電壓動態(tài)范圍，電池電壓處在12V至4.5V之間時均能保證為下級電路提供穩(wěn)定的供電電壓。整個供電模塊由太陽能電池板、充電管理電路、充電電池組(鋰電池)、穩(wěn)壓電路、防雷擊電路組成。充電管理電路為鋰電池充放電提供防止過充、過放等保護，長電池使用壽命；穩(wěn)壓電路為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供工作所需的
3.3V以及4V穩(wěn)定電壓，最大可以提供高達6A的供電電流其電壓轉(zhuǎn)換效率達到95% ;防雷電路為節(jié)點提供野外防雷電保護，通過瞬態(tài)抑制二極管(TVS)以及可恢復(fù)保險管的組合使用有效達到防雷目的，當受到雷擊有高壓大電流涌入時，TVS可以以P秒級的速度將高電壓限制在一個安全范圍內(nèi)。同時恢復(fù)保險管在會發(fā)生熔斷，使供電電路斷路以保護后級電路安全。
[0010]所述射頻收發(fā)器CClllO是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理的核心。它是一種低成本真正的無線S0C，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計。這個芯片包含了一個標準的增強型8051MCU和一個無線收發(fā)芯片CCllOO被封裝在一個6X6mm的芯片中。8051MCU自帶32KFlash和4K RAM。無線通信主要工作在315、433、868和915MHz的ISM (工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué))和SRD (短距離設(shè)備)頻率波段，在ISM頻段可自由地設(shè)置為300-348MHz、391-464MHz和728-928MHZ。CClllO的RF射頻收發(fā)器集成了一個高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。這個調(diào)制解調(diào)器支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達500kbps。通過開啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。CClllO為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。在本系統(tǒng)中CClllO負責與數(shù)據(jù)采集器進行數(shù)據(jù)通信，并完成數(shù)據(jù)打包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)校驗，發(fā)射功率控制、系統(tǒng)待機/喚醒、實現(xiàn)跳頻等功能。
[0011]所述下行鏈路主要有射頻前端功放、3db電橋組成；射頻前端功放和3db電橋依次串接。這是實現(xiàn)節(jié)點遠距離通信的關(guān)鍵。下行鏈路采用平衡式放大器設(shè)計，使用2個3dB混合耦合器和2個射頻功率放大器芯片構(gòu)成對稱電路，通過隔離入射信號和反射信號，從而實現(xiàn)頻帶范圍內(nèi)功率增益的平坦和降低輸入、輸出端口的駐波比；應(yīng)用平衡式放大器設(shè)計，可以使得節(jié)點比單獨使用一片功率放大器時的發(fā)射功率提高3dB，提高了發(fā)射功率較小的功率放大器的應(yīng)用范圍，使得系統(tǒng)最大發(fā)射功率達到5.3W。同時，平衡放大器設(shè)計比單端放大器在可靠性及冗余性方面具有更多的優(yōu)勢:平衡放大器的一個放大器算壞后表現(xiàn)為放大器性能下降，放大器的增益和噪聲只降低3dB，而不至于使放大器停止工作。
[0012]所述上行鏈路采樣多級線性系統(tǒng)級聯(lián)的方式，使用噪聲系數(shù)為0.5db且增益為24db的低噪聲放大器(LNA)作為第一級接收，第二級由無源LC濾波器構(gòu)成，第三部分為CCl 110芯片內(nèi)置低噪聲放大器構(gòu)成。由于多級級聯(lián)系統(tǒng)噪聲系數(shù)主要受前幾級特別是第一級的影響較大，因此降低第一級的噪聲系數(shù)并適當提高其功率增益可以有效降低系統(tǒng)整體噪聲系數(shù)。經(jīng)過測試系統(tǒng)接收靈敏度優(yōu)于_112dBm。
[0013]所述系統(tǒng)通信接口使用國際標準的I2C通信協(xié)議。I2C總線是一種用于I2C器件之間連接的雙向二線制總線，它上面可以掛多個器件，并且通個兩根線連接，占用空間非常的小，總線的長度可高達25英尺，并且能夠以IOKbps的最大傳輸速率支持4個組件，同時在I2C總線上能夠進行接收和發(fā)送的設(shè)備都可以成為主控制器。系統(tǒng)通過I2C總線接口與油氣管道陰極保護數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。
[0014]所述射頻開關(guān)是由CClllO芯片I O 口通過射頻開關(guān)控制電路對節(jié)點收/發(fā)通路進行選擇。在前級小信號情況下使用PldB為7.9W的小功率單刀雙擲射頻開關(guān)，后級大信號下采用接收狀態(tài)下可容許功率達到50W，發(fā)射狀態(tài)下可容許功率大于300W的PIN管結(jié)構(gòu)的單刀雙擲射頻開關(guān)，以滿足不同功率傳輸下的設(shè)計要求。
[0015]陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)硬件節(jié)點的電原理為:
[0016]太陽能充電電路原理如圖3所示，主要由U6充電管理芯片LT3652組成。接線端子BAT Jl的2腳接地，I腳經(jīng)穩(wěn)壓二極管Dl后一接Ul的I腳，二接Ul的3腳，三經(jīng)電阻Rl接U6的2腳，U6的2腳經(jīng)電阻R5接地，四經(jīng)電阻R3和發(fā)光LEDD3串聯(lián)接U6的4腳，五經(jīng)電阻R2和發(fā)光LED D4串聯(lián)接Ul的5腳；U1的I腳還經(jīng)電容Cl接地，U6的6腳經(jīng)電阻R8接地；U6的7腳經(jīng)電阻R7和電阻R9串聯(lián)接地，U6的8腳經(jīng)電阻NCP18XH1接地，U6的9腳經(jīng)電阻R6接電阻R7和電阻R9之間，U6的9腳接接線端子BAT J2的I腳，且接線端子BAT J2的I腳并接電容C3和電容C4到地，BAT J2的2腳接地;U1的10腳經(jīng)電阻R4接BAT J2的I腳；U6的11腳經(jīng)二極管Ql接BAT J2的I腳；U6的11腳與12腳之間接電容C2 ；U6的12腳經(jīng)穩(wěn)壓二極管D2接地，另經(jīng)電感LI接U6的10腳。
[0017]系統(tǒng)供電電路原理如圖4所示，主要由U15 (穩(wěn)壓芯片PHT08T230W)、三極管U16 (MMBT2222)、U17 (穩(wěn)壓芯片MAX8881EUT50-T)組成。接線端子C0N2J4的2腳接地，I腳經(jīng)穩(wěn)壓二極管D3接地，并經(jīng)保險Fl后為V1-12V，此點后第一路接U15的2腳，U15的2腳與9腳相連，并經(jīng)雙穩(wěn)壓二極管D7、LED D4與電阻R23串聯(lián)、電容C54、電容C55四路串聯(lián)后接地；U15的I腳和6腳接地，7腳經(jīng)電阻R24接地；U15的4腳與5腳相連后接U16的集電極，U16的集電極還有一路經(jīng)電阻R22接基極，基極經(jīng)Ql接地，二路經(jīng)LED D5與電阻R25串聯(lián)后接地，三路經(jīng)電容C57接地，四路經(jīng)電容C接地，U16的發(fā)射極經(jīng)LED D6與電阻R26串聯(lián)后接地，并輸出接VCC 3V3 ；V1-12V的第二路是Vl接U17的I腳，I腳經(jīng)電阻R27接5腳，I腳經(jīng)電容C59接地，U17的3腳和4腳相連后經(jīng)電容C58 —路接地，另一路接VCC 5V。
[0018]射頻單片機和數(shù)據(jù)采集-控制芯片電路原理如圖5所示；它主要由Ul組成，Ul為射頻收發(fā)器CClllO ；U1的I腳接Pl_2，36腳接Vent, 2腳、10腳、28腳、29腳接VCC 3V3, 30腳經(jīng)電容ClO接地，4腳經(jīng)電阻Rl與LED Dl串聯(lián)后接VCC 3V3，3腳經(jīng)電阻R2與LED D2串聯(lián)后接VCC 3V3，31腳經(jīng)電容C18接地，并經(jīng)電阻R3接VCC 3V3，19腳、22腳、25腳、26腳接VCC 3V3，23腳經(jīng)電感LI與電容Cl I串聯(lián)后接地，24腳經(jīng)電容C16接地，并經(jīng)電感L4與3腳經(jīng)電容C12后相接，相接后接電感L2、電感L3、電容C13三者串聯(lián)后接T0_1110，電感L2、電感L3之間有電容C14接地，電感L3、電容C13之間有電容C15接地；17腳、18腳之間接晶振Υ2，晶振Υ2兩端各經(jīng)電容C20和電容C21接地；20腳、21腳之間接晶振Υ1，晶振Yl兩端各經(jīng)電容C17和電容C19接地；27腳經(jīng)電阻R4接地，37腳接地；U1的5腳和6腳接跳線端子J 7的3腳和4腳，跳線端子J 7的I腳和2腳接Ul的3腳和4腳；JTAG下載口 XSl的I腳接地，2腳接VCC 3V3, 3腳和4腳接Ul的16腳和15腳，5腳和6腳接Ul的35腳和34腳，7腳和8腳接Ul的31腳和33腳，9腳接Ul的32腳;跳線端子Jl的3腳接地，I腳和2腳分別接Ul的7腳和8腳；跳線端子J2的I腳和2腳分別接Ul的12腳和13腳，并各經(jīng)電阻R7和電阻R6接VCC 3V3;跳線端子J 5的3腳接地，I腳和2腳分別接Ul的11腳和9腳。
[0019]射頻下行鏈路電路原理如圖6所示；它主要由功率放大器芯片U2、3db電橋芯片U3、3db電橋芯片U4、功率放大器芯片U5組成；U2的I腳、3腳、5腳、6腳、7腳、9腳、13腳接地，U5的I腳、3腳、5腳、6腳、7腳、9腳、13腳接地；U3的5腳和U4的5腳接地；U3的2腳經(jīng)電阻R12接地，U4的2腳經(jīng)電阻R13接地；U3的I腳接Send，U4的3腳接AAl ；U3的3腳接U2的2腳，4腳接U5的腳；U4的2腳接U2的8腳，I腳接U5的8腳；U2的4腳接VCC4V5并經(jīng)電容C28和電容C29并聯(lián)接地；U2的10腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C26和電容C27并聯(lián)接地；U2的11腳接Vcnt并經(jīng)電容C24和電容C25并聯(lián)接地；U2的12腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C22和電容C23并聯(lián)接地；U5的4腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C40和電容C41并聯(lián)接地；U5的10腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C34和電容C35并聯(lián)接地；U5的11腳接Vcnt并經(jīng)電容C32和電容C33并聯(lián)接地；U5的12腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C30和電容C31并聯(lián)接地。
[0020]射頻上行鏈路工作原理如圖7所示；它主要由U8低噪聲放大器芯片HMC616組成；U8的腳和17腳接地，8腳經(jīng)電容C51和電阻R15并聯(lián)接地，2腳經(jīng)電容C48接AAO并經(jīng)電感LlO接地，11腳接Receive, 15腳經(jīng)電感L7接VCC 4V5，并經(jīng)電容C44和電容C45并聯(lián)接地。
[0021]本發(fā)明作為一個鋰電池供電的便攜式設(shè)備，具有高效的供電系統(tǒng)，由12V鋰電池到電路各部分電路所需電壓的轉(zhuǎn)換效率可以達到90%以上，最大可以為電路提供高達6A的供電電流，電池電壓處在12V至4.5V之間時穩(wěn)壓電路均能保證為下級電路提供穩(wěn)定的供電電壓，使得電池供電具有大的電壓動態(tài)范圍，提高了電池使用效率增大了節(jié)點的使用時間。
[0022]本發(fā)明的功率放大模塊(下行鏈路)采用平衡式放大器設(shè)計，使用2個3dB混合耦合器和2個射頻功率放大器芯片構(gòu)成對稱電路，通過隔離入射信號和反射信號，從而實現(xiàn)頻帶范圍內(nèi)功率增益的平坦和降低輸入、輸出端口的駐波比；應(yīng)用平衡式放大器設(shè)計，可以使得節(jié)點比單獨使用一片功率放大器時的發(fā)射功率提高3dB，提高了發(fā)射功率較小的功率放大器的應(yīng)用范圍，使得系統(tǒng)最大發(fā)射功率達到5.3W ;平衡放大器的一個放大器算壞后表現(xiàn)為放大器性能下降，放大器的增益和噪聲只降低3dB，而不至于使平衡放大器停止工作，平衡放大器設(shè)計比單端放大器在可靠性及冗余性方面具有更多的優(yōu)勢。
[0023]本發(fā)明是根據(jù)石油管道陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)實際需要進行設(shè)計的。根據(jù)實際測試，兩節(jié)點間最大傳輸距離不小于4km，滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。同時，本發(fā)明具有發(fā)射功率可調(diào)的功能，可以實現(xiàn)不同距離兩節(jié)點間的正常通信。按照兩個節(jié)點間相距Ikm的距離要求進行布線時，通過功率控制可以實現(xiàn)抗壞點功能，提高整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
[0024]本發(fā)明具有很好的抗干擾能力，可以通過調(diào)頻功能改變整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作頻段，顯著提高了整個系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，進而提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
[0025]本發(fā)明本發(fā)明可以實現(xiàn)待機功能，當需要通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)采集時，可以通過網(wǎng)絡(luò)終端對各節(jié)點進行喚醒，從而降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點功耗，延長工作時間。
[0026]本發(fā)明采用太陽能供電系統(tǒng)，使用鋰電池為節(jié)點供電，并采用電池自動管理技術(shù)延長鋰電池使用壽命。電源系統(tǒng)采用防雷設(shè)計，在遭到雷擊時可以有效保護節(jié)點不受大的瞬時電流的損害，有效提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)野外工作的可靠性。
[0027]隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)今的工農(nóng)業(yè)生活中正發(fā)揮著越來越重要的作用。管道運輸是國民經(jīng)濟的五大運輸方式之一，能源輸送管道常常要穿越漫長的監(jiān)測困難地區(qū)，因而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在像橋梁、公路和石油天然氣管道等無人值守的環(huán)境具有深遠的意義。本發(fā)明克服了現(xiàn)有管道運輸中，數(shù)據(jù)采集，管道監(jiān)控，數(shù)據(jù)管理都是以低效率的人工方式進行的局限，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理整個過程的自動化運行，大大提高了數(shù)據(jù)采集、傳輸、管理效率。而且本發(fā)明可以進行二次開發(fā)用于大多數(shù)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸場合，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0028]本發(fā)明數(shù)據(jù)能自動采集、傳輸，并定時監(jiān)控。
[0029]本發(fā)明適用于石油管道陰極保護的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)陰極保護數(shù)據(jù)的自動采集、傳輸、管理，是一個新穎實用的發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)硬件節(jié)點的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
[0031]圖2陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)硬件節(jié)點原理框圖
[0032]圖3太陽能充電電路原理圖
[0033]圖4系統(tǒng)供電電路原理圖
[0034]圖5控制芯片電路原理圖
[0035]圖6射頻下行鏈路工作電原理圖
[0036]圖7射頻上行鏈路工作電原理圖
【具體實施方式】
[0037]為了更好的理解本發(fā)明的上述功能，下面結(jié)合附圖1進行進一步的詳細描述。
[0038]實施例.本例(整體結(jié)構(gòu)見附圖1)構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為一線性網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在對整個網(wǎng)絡(luò)工作過程進行說明。
[0039]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以德州儀器芯片射頻單片機CClllO為基礎(chǔ)，采用時分復(fù)用工作方式，整個系統(tǒng)主要由太陽能供電模塊、射頻收發(fā)器CC1110、下行鏈路(主要包括射頻前端功放、3db電橋)、上行鏈路(低噪聲放大器、射頻開關(guān))組成。太陽能供電模塊接射頻單片機，射頻單片機的輸入接數(shù)據(jù)采集，射頻單片機的輸出接阻抗變換電路，阻抗變換電路輸出和輸入分別接第一射頻開關(guān)的輸入和輸出，第一射頻開關(guān)的輸出接下行鏈路，下行鏈路的輸出接第二射頻開關(guān)，第二射頻開關(guān)一輸出接收發(fā)天線，另一輸出接上行鏈路，上行鏈路輸出接回第一射頻開關(guān)。射頻單片機的開關(guān)控制輸出接第一射頻開關(guān)合第二射頻開關(guān)。
[0040]其中:
[0041]Ul 選 CClllO ;
[0042]U2 和 U5 選 SKYWCRKS ；
[0043]U3 和 U4 選 HC1400P03 ；
[0044]U8 選 HMC616;
[0045]U15 選 PHT08T230 ；
[0046]U16 選 MMBT2222 ；
[0047]U17 選 MAX8881EUT50-T ；
[0048]Sink節(jié)點作為起始節(jié)點，它是網(wǎng)絡(luò)各種命令的發(fā)起節(jié)點，也是各種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的匯總節(jié)點。管理者通過上位機并由Sink節(jié)點發(fā)送網(wǎng)絡(luò)指令，指令發(fā)往ED節(jié)點，ED節(jié)點接受到指令后會像前面節(jié)點返回ACK確認信息已經(jīng)收到，同時將指令依次傳往下個節(jié)點；兩個相鄰ED節(jié)點之間的實際鋪設(shè)距離為I公里，當整個鏈路中出現(xiàn)損壞節(jié)點例如ED5時，系統(tǒng)首先會嘗試與此節(jié)點通信，當嘗試失敗時，上個節(jié)點會增大發(fā)射功率跳過ED5直接與下一節(jié)點進行通信，從而保證系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)定可靠運行。本發(fā)明節(jié)點實際傳輸距離大于4公里，因此可以在鏈路連續(xù)出現(xiàn)3個節(jié)點損壞的情況下繼續(xù)穩(wěn)定通信。這種設(shè)計極大的提高了系統(tǒng)運行的可靠性。
[0049]上位機指令傳到各個ED節(jié)點后，ED節(jié)點根據(jù)指令將管道數(shù)據(jù)打包并沿各個節(jié)點依次上傳至Sink節(jié)點。每個ED節(jié)點負責對自己的數(shù)據(jù)進行打包,數(shù)據(jù)上傳過程中其他節(jié)點起到數(shù)據(jù)中繼的作用。在數(shù)據(jù)上傳過程中，如果鏈路不存在連續(xù)損壞3各以上節(jié)點，則系統(tǒng)仍然能夠穩(wěn)定可靠運行。
[0050]經(jīng)試驗，本例能數(shù)據(jù)自動采集、傳輸，定時監(jiān)控。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)硬件節(jié)點是從第一個硬件節(jié)點ED到第N個硬件節(jié)點由兩條導(dǎo)線串接起來； 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)以射頻收發(fā)器CClllO為基礎(chǔ)，采用時分復(fù)用工作方式，整個系統(tǒng)主要由太陽能供電模塊和供電電路、射頻收發(fā)器CC1110、下行鏈路、上行鏈路組成；太陽能供電模塊接射頻單片機，射頻單片機的輸入接數(shù)據(jù)采集，射頻單片機的輸出接阻抗變換電路，阻抗變換電路輸出和輸入分別接第一射頻開關(guān)的輸入和輸出，第一射頻開關(guān)的輸出接下行鏈路，下行鏈路的輸出接第二射頻開關(guān)，第二射頻開關(guān)一輸出接收發(fā)天線，另一輸出接上行鏈路，上行鏈路輸出接回第一射頻開關(guān)；射頻單片機的開關(guān)控制輸出接第一射頻開關(guān)合第二射頻開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述太陽能供電模塊包括太陽能電池板、充電管理電路、充電電池、穩(wěn)壓電路；太陽能電池板、充電管理電路、充電電池、穩(wěn)壓電路依次串接，穩(wěn)壓電路輸出接收發(fā)器CCl 110。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述下行鏈路主要有射頻前端功放、3db電橋組成；射頻前端功放和3db電橋依次串接；下行鏈路采用平衡式放大器設(shè)計，使用2個3dB混合耦合器和2個射頻功率放大器芯片構(gòu)成對稱電路，通過隔離入射信號和反射信號，從而實現(xiàn)頻帶范圍內(nèi)功率增益的平坦和降低輸入、輸出端口的駐波比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述上行鏈路采樣多級線性系統(tǒng)級聯(lián)的方式，使用噪聲系數(shù)為0.5db且增益為24db的低噪聲放大器作為第一級接收，第二級由無源LC濾波器構(gòu)成，第三部分為CClllO芯片內(nèi)置低噪聲放大器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)通信接口使用國 際標準的I2C通信協(xié)議；系統(tǒng)通過I2C總線接口與油氣管道陰極保護數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述射頻開關(guān)是由CClllO芯片IO 口通過射頻開關(guān)控制電路對節(jié)點收/發(fā)通路進行選擇；在前級小信號情況下使用PldB為7.9W的小功率單刀雙擲射頻開關(guān)，后級大信號下采用接收狀態(tài)下容許功率達到50W，發(fā)射狀態(tài)下容許功率大于300W的PIN管結(jié)構(gòu)的單刀雙擲射頻開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述太陽能供電模塊主要由U6充電管理芯片LT3652組成；接線端子BAT Jl的2腳接地，I腳經(jīng)穩(wěn)壓二極管Dl后一接Ul的I腳，二接Ul的3腳，三經(jīng)電阻Rl接U6的2腳，U6的2腳經(jīng)電阻R5接地，四經(jīng)電阻R3和發(fā)光LED D3串聯(lián)接U6的4腳，五經(jīng)電阻R2和發(fā)光LED D4串聯(lián)接Ul的5腳；U1的I腳還經(jīng)電容Cl接地，U6的6腳經(jīng)電阻R8接地；U6的7腳經(jīng)電阻R7和電阻R9串聯(lián)接地，U6的8腳經(jīng)電阻NCP18XH1接地，U6的9腳經(jīng)電阻R6接電阻R7和電阻R9之間，U6的9腳接接線端子BAT J2的I腳，且接線端子BAT J2的I腳并接電容C3和電容C4到地，BAT J2的2腳接地;U1的10腳經(jīng)電阻R4接BAT J2的I腳；U6的11腳經(jīng)二極管Ql接BAT J2的I腳；U6的11腳與12腳之間接電容C2 ；U6的12腳經(jīng)穩(wěn)壓二極管D2接地，另經(jīng)電感LI接U6的10腳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述供電電路主要由U15穩(wěn)壓芯片PHT08T230W、MMBT2222三極管U16、U17穩(wěn)壓芯片MAX8881EUT50-T組成；接線端子CON2J4的2腳接地，I腳經(jīng)穩(wěn)壓二極管D3接地，并經(jīng)保險Fl后為V1-12V，此點后第一路接U15的2腳，U15的2腳與9腳相連，并經(jīng)雙穩(wěn)壓二極管D7、LED D4與電阻R23串聯(lián)、電容C54、電容C55四路串聯(lián)后接地；U15的I腳和6腳接地，7腳經(jīng)電阻R24接地；U15的4腳與5腳相連后接U16的集電極，U16的集電極還有一路經(jīng)電阻R22接基極，基極經(jīng)Ql接地，二路經(jīng)LED D5與電阻R25串聯(lián)后接地，三路經(jīng)電容C57接地，四路經(jīng)電容C接地，U16的發(fā)射極經(jīng)LED D6與電阻R26串聯(lián)后接地，并輸出接VCC 3V3 ；V1-12V的第二路是Vl接U17的I腳，I腳經(jīng)電阻R27接5腳，I腳經(jīng)電容C59接地，U17的3腳和4腳相連后經(jīng)電容C58 —路接地，另一路接VCC 5V。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述射頻單片機和數(shù)據(jù)采集電路主要由Ul組成，Ul為射頻收發(fā)器CClllO ；U1的I腳接Pl_2, 36腳接Vcnt, 2腳、10腳、28腳、29腳接VCC 3V3，30腳經(jīng)電容ClO接地，4腳經(jīng)電阻Rl與LED Dl串聯(lián)后接VCC 3V3，3腳經(jīng)電阻R2與LED D2串聯(lián)后接VCC 3V3，31腳經(jīng)電容C18接地，并經(jīng)電阻R3接VCC 3V3，19腳、22腳、25腳、26腳接VCC 3V3，23腳經(jīng)電感LI與電容Cll串聯(lián)后接地，24腳經(jīng)電容C16接地，并經(jīng)電感L4與3腳經(jīng)電容C12后相接，相接后接電感L2、電感L3、電容C13三者串聯(lián)后接T0_1110，電感L2、電感L3之間有電容C14接地，電感L3、電容C13之間有電容C15接地；17腳、18腳之間接晶振Υ2，晶振Υ2兩端各經(jīng)電容C20和電容C21接地；20腳、21腳之間接晶振Υ1，晶振Yl兩端各經(jīng)電容C17和電容C19接地；27腳經(jīng)電阻R4接地，37腳接地；Ul的5腳和6腳接跳線端子J 7的3腳和4腳，跳線端子J 7的I腳和2腳接Ul的3腳和4腳;JTAG下載口 XSl的I腳接地，2腳接VCC 3V3,3腳和4腳接Ul的16腳和15腳，5腳和6腳接Ul的35腳和34腳，7腳和8腳接Ul的31腳和33腳，9腳接Ul的32腳；跳線端子Jl的3腳接地，I腳和2腳分別接Ul的7腳和8腳；跳線端子J2的I腳和2腳分別接Ul的12腳和13腳，并各經(jīng)電阻R7和電阻R6接VCC3V3;跳線端子J 5的3腳接地，I腳和2腳分別接Ul的11腳和9腳。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述射頻下行鏈路電路主要由功率放大器芯片U2、3db電橋芯片U3、3db電橋芯片U4、功率放大器芯片U5組成；U2的I腳、3腳、5腳、6腳、7腳、9腳、13腳接地，U5的I腳、3腳、5腳、6腳、7腳、9腳、13腳接地；U3的5腳和U4的5腳接地；U3的2腳經(jīng)電阻R12接地，U4的2腳經(jīng)電阻R13接地；U3的I腳接Send，U4的3腳接AAl ；U3的3腳接U2的2腳，4腳接U5的腳；U4的2腳接U2的8腳，I腳接U5的8腳；U2的4腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C28和電容C29并聯(lián)接地；U2的10腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C26和電容C27并聯(lián)接地；U2的11腳接Vcnt并經(jīng)電容C24和電容C25并聯(lián)接地；U2的12腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C22和電容C23并聯(lián)接地；U5的4腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C40和電容C41并聯(lián)接地；U5的10腳接VCC4V5并經(jīng)電容C34和電容C35并聯(lián)接地；U5的11腳接Vcnt并經(jīng)電容C32和電容C 33并聯(lián)接地；U5的12腳接VCC 4V5并經(jīng)電容C30和電容C31并聯(lián)接地。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征是所述射頻上行鏈路主要由U8低噪聲放大器芯片HMC616組成；U8的腳和17腳接地，8腳經(jīng)電容C51和電阻R15并聯(lián)接地，2腳經(jīng)電容C48接AAO并經(jīng)電感LlO接地，11腳接Receive，1 5腳經(jīng)電感L7接VCC 4V5，并經(jīng)電容C44和電容C45并聯(lián)接地。
【文檔編號】H04W52/02GK103702400SQ201210366333
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】薛致遠, 徐承偉, 畢武喜, 王維斌, 姜有文, 陳振華, 陳新華, 趙君, 陳洪源, 王禹欽, 張豐, 吳長訪, 沈光霽 申請人:中國石油天然氣股份有限公司