CN205354324U - 一种向传感器智能充电的地下管线和综合管廊监测采集器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型专利提供一种向传感器智能充电的地下管线和综合管廊监测采集器，包括采集器外壳、控制器、电子标签、电源接口、电池外壳和锂电池。所述的控制器安装于采集器外壳内部。所述的电子标签固定于采集器外壳内壁。所述的电源接口位于采集器外壳。所述的锂电池安装于电池外壳内部。所述的采集器外壳和电池外壳对齐后通过螺丝紧固。所述的控制器和锂电池通过一联络线电连接。所述的控制器由微控制器模块、数据采集模块、无线组网模块、调试升级模块以及电源模块构成。所述的电源模块包含稳压控制电路、电压检测与控制电路、电压变送电路，电源模块通过电源接口向传感器进行智能充电。在地下管线和综合管廊监测***中，采集器与传感器相连，进行现场数据采集、数据处理和数据上传的工作，以实现对地下管线和综合管廊运行状态地实时监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及城市地下管线和综合管廊及其附属设施信息化领域，特别涉及一种向传感器智能充电的地下管线和综合管廊监测采集器。
背景技术
近年来，我国城市地上的建设快速发展，但是地下空间的规划和建设不足、管理水平不高等问题凸显。一些城市相继发生地下管线的窨井盖丢失、管线泄露、管线水浸等事件，严重威胁了城市地下管线、综合管廊安全稳定运行和人民群众生命财产安全。2014年6月14日，国务院正式发布《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，鼓励在地下管线规划建设、运行维护及应急防灾等工作中，广泛应用精确测控、示踪标识、物联网监测和隐患事故预警等先进技术。《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)中提出，综合管廊的环境与设备监控需要根据不同管线对温湿度、水位、相关气体等进行监测。
地下管线和综合管廊监测***，是对地下管线、综合管廊的运行状态和环境参数进行监测的物联网***。通过在窨井、综合管廊、管线及其附属设施上，安装一些测量温湿度、噪声、水位、可燃气浓度和有毒气体浓度等传感器，利用物联网技术，将信息从地下传送到地上，最终上传到云端服务器平台，实现管线运行状态和环境的监测和管理。
由于负责地下管线和综合管廊现场采集的传感器，一般安装在窨井较深处、综合管廊内部，后期不容易通过现场工程对传感器的电池进行更换；同时，各类传感器种类较多，不同厂家采用的输入电压，不便由采集器直接简单的进行供电。
另外，窨井是由钢筋混凝土井身和铸铁井盖构成的封闭空间，综合管廊是由钢筋混凝土构成的封闭空间，存在无线信号屏蔽的问题，同时不宜采用有线传输方式将监测信号传输至地面。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种向传感器智能充电的地下管线和综合管廊监测采集器，避免传感器电源需要不断更换而实现长期运行，实现地下管线、综合管廊运行状态和环境参数的数据采集上传。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型提供一种向传感器智能充电的地下管线和综合管廊监测采集器，包括采集器外壳、控制器、电子标签、电源接口、电池外壳和锂电池；所述的控制器安装于采集器外壳内部；所述的电子标签固定于采集器外壳内壁；所述的电源接口位于采集器外壳；所述的锂电池安装于电池外壳内部；所述的采集器外壳和电池外壳挂接后通过螺丝紧固；所述的控制器和锂电池通过一联络线电连接；所述的控制器由微控制器模块、数据采集模块、无线组网模块、调试升级模块以及电源模块构成；所述的电源模块包含稳压控制电路、电压检测与控制电路、电压变送电路，通过电源接口向具备充电功能的传感器进行智能充电。
所述的电源模块包括稳压控制电路、电压检测与控制电路、电压变送电路、电源接口；所述的电源模块通过联络线与锂电池电连接。
所述的电压检测与控制电路能接收微控制器模型指令，连通或断开电压变送电路；所述的电压变送电路可以将直流24V电源转换为直流12V电源。
所述的电源接口通过联络线与电压变送电路电连接，通过外接电源线与传感器电连接，具备直流24V、直流12V等多种接口，并向对应电压的、具备充电功能的传感器进行智能充电。
所述的微控制器模块可采用ARM芯片作为主控制芯片；所述的数据采集模块为一个RS485电平转换器，是采集器与现场传感器的接口。
所述的无线组网模块为一个433MHz无线微功率透传模块，包括射频收发模块和天线部分；所述的射频收发模块与MCU的串口、SPI或者I2C接口进行连接。
所述的调试升级模块为用于下载调试和软件升级的接口电路。
所述的电子标签固定于采集器外壳内壁上，用于存储包括地理位置、管线名目、传感器种类、检修记录在内的重要信息。
所述的采集器外壳为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的采集器外壳上设有一用于安装采集器的挂接件，所述的采集器安装在地下窨井的内壁。
所述的电池外壳为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的电池外壳上设有一挂接件，所述的电池外壳挂接在采集器外壳上。
针对多传感器输入电压数值、数据格式不统一、无线信号屏蔽等问题，本实用新型的采集器提供了以下解决方案。地下管线和综合管廊监测***中，电压检测与控制电路通过微控制器模块接收指令，连通或断开电压变送电路，电压变送电路提供24V、12V等多种电压的电源输出，向与之连接的传感器进行智能充电，同种电压规格的传感器并联受电。为了解决多信号接入的问题，采集器采用RS485总线方式将分散的不同设备相互连接起来协同工作。采集器对接收的数据信号进行简单处理后，把它们按照一定格式封装为报文载荷，并进行数据压缩处理；然后通过无线组网模块对载荷进一步封装，借助433MHz无线自组网技术，将信息上传至地面上的无线接收装置。433MHz无线信号具有穿透力强，抗干扰能力强，组网能力强，无线网络稳定、可靠等优点。433MHz无线通信距离为100米到3千米，无线信号能穿透一米厚钢筋水泥墙壁，适用于窨井和综合管廊的封闭环境。
本实用新型能够实现的有益效果：
1、采用电压检测与控制电路接收微控制器模块指令，连通或断开电压变送电路。
2、电压变送电路，将采集器锂电池电压进行变压，提供24V、12V等多种电压输出，向传感器进行智能充电，不需更换传感器电池。
3、采用锂电池和控制器分离安装的方式，便于采集器更换电池。
4、采用RS485总线通信方式，实现地下管线和综合管廊现场数据的采集。
5、能够将输入数据进行标准化和压缩处理，从而减小数据传输的复杂程度，提高网络通信速度。
6、利用433MHz无线自组网技术，将数据信息上传至地面接收设备。
7、利用电子标签实现采集器的身份识别，便于工作人员巡检和维修。
8、通过监测电池电量信息，能够通过网络及时提醒工作人员更换电池，从而保证***的正常运行。
9、采用防水封闭外壳，避免因环境潮湿或雨雪天气的影响，造成电子器件和线路的腐蚀。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的采集器结构图。
图2为采集器的窨井安装示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1所示为本实用新型的结构示意图，向传感器智能充电的地下管线和综合管廊监测采集器由采集器外壳(11)、控制器、电子标签(8)、电池外壳(10)和锂电池(9)构成。所述的控制器固定于采集器外壳(11)内部，外壳内壁贴有电子标签(8)；所述的锂电池(9)固定于电池外壳(10)内部，所述的锂电池(9)和控制器通过联络线电连接；所述的控制器由微控制器模块(1)、数据采集模块(2)、无线组网模块(3)、调试升级模块(4)以及电源模块(5)构成。
所述的电源模块(5)包括稳压控制电路、电压检测与控制电路、电压变送电路、电源接口。其中，稳压控制电路包含电源开关、指示灯和稳压电路。一方面，锂电池(9)的输出电压经稳压控制电路处理，为微控制器模块(1)、数据采集模块(2)、无线组网模块(3)以及调试升级模块(4)智能充电。另一方面，在微控制器模块(1)的指令下，电压检测与控制电路对锂电池(9)的输出电压分压处理后送入微控制器模块(1)。如果锂电池(9)电量过低，则发出欠压警告信号，上传至云端服务器平台。再一方面，微控制器模块(1)接收传感器欠压告警信号，向电压检测与控制电路发送指令，连通电压变送电路(6)，将直流24V电压转换为直流12V，直流24V、直流12V通过电源接口(7)，向外接传感器进行智能充电，多个相同电压的传感器可并联受电。传感器电池满充后，发送信号至微控制器模块(1)，通过电压检测与控制电路断开电压变送电路，停止智能充电。
所述的电池外壳(10)为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的电池外壳(10)上设有一挂接件，所述的电池外壳(10)挂接在采集器外壳上。连接采集器外壳(11)和电池外壳(10)的连接具有防水性，通过螺丝紧固。
所述的微控制器模块(1)可采用ARM芯片作为微控制器芯片。微控制器芯片的IO口与数据采集模块(2)、无线组网模块(3)、调试升级模块(4)、电源模块(5)连接。
所述的数据采集模块(2)为一个RS485电平转换器，是采集器与现场传感器的接口，通过RS485总线进行通信。
所述的无线组网模块(3)为一个串口转433MHz无线微功率透传模块，包括射频收发模块和天线部分；所述的射频收发模块与MCU的串口、SPI或者I2C进行连接。
所述的调试升级模块(4)为用于下载调试和软件升级的接口电路；所述的调试升级模块通过下载器与PC相连，进行程序下载和在线调试。通过软件升级，可以支持新类型的现场传感器设备或者***功能的改进，从而避免了增加***升级成本。
所述的电子标签(8)固定于采集器外壳(11)内壁上；所述的电子标签(8)内存储了地理位置、管线名目、传感器种类、检修记录等信息。在采集器安装时，工作人员通过手持设备写入安装位置的地理信息、管线名目以及传感器种类等信息，方便未来巡检和维修。
所述的采集器外壳(11)为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的采集器外壳(11)上设有一用于安装的挂接件，所述的采集器外壳(11)安装在地下窨井的内壁。
图2所示为采集器的窨井安装示意图。窨井(15)一般建在地下管线转弯、分支、跌落等处，用于检查和疏通，是重要的地下管线设施。在对地下管线监测应用中，安装在管线(16)上的传感器(14)用于检测管线是否漏损，根据管线种类的不同，分为滴漏传感器、温湿度传感器、可燃气浓度传感器和有毒气体浓度传感器；而安装在窨井(15)内的传感器(13)，包括水位传感器和井盖倾角传感器。采集器(12)安装在窨井(15)内壁上，各类传感器以总线方式接入采集器(12)。
采集器在综合管廊的安装，根据城市综合管廊设计结构和现场具体条件、拟监测对象等情况，需要进行综合设计和安装。
具体的，向传感器智能充电的地下管线和综合管廊监测采集器的工作过程如下：
地下管线和综合管廊监测***包含现场传感器、信息传输网络、云端服务器平台三个部分。现场传感器采集地下管线、综合管廊及附属设施的状态信息和环境参数，采集的数据通过信息传输网络上传至云端服务器平台。采集器是组成信息传输网络的第一级网络设备，负责将现场数据由地下传送到地上，同时也对现场传感器进行智能充电。采集器通过数据采集模块(2)以RS485总线方式连接各个传感器。包括采集器在内的地下管线和综合管廊监测***搭建完成后，通过云端服务器平台进行***复位，启动***运行。采集器采用Modbus总线协议与现场传感器进行通信，微控制器模块(1)对采集的现场数据进行简单处理，封装为标准数据格式的报文载荷，并进行数据压缩。然后通过无线组网模块(3)对载荷进一步封装，借助433MHz无线自组网技术，将信息传输给地面收发装置，进而上传至云端服务器平台。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种向传感器智能充电的地下管线和综合管廊监测采集器，包括采集器外壳、控制器、电子标签、电源接口、电池外壳和锂电池；所述的控制器安装于采集器外壳内部；所述的电子标签固定于采集器外壳内壁；所述的电源接口位于采集器外壳；所述的锂电池安装于电池外壳内部；所述的采集器外壳和电池外壳挂接后通过螺丝紧固；所述的控制器和锂电池通过一联络线电连接；所述的控制器由微控制器模块、数据采集模块、无线组网模块、调试升级模块以及电源模块构成；所述的电源模块包含稳压控制电路、电压检测与控制电路、电压变送电路，电源模块通过电源接口向传感器进行智能充电。
2.根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的电源模块包括稳压控制电路、电压检测与控制电路、电压变送电路、电源接口；所述的电源模块通过联络线与锂电池电连接。
3.根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的电压检测与控制电路能接收微控制器模型指令，连通或断开电压变送电路；所述的电压变送电路可以将直流24V电源转换为直流12V电源。
4.根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的电源接口通过联络线与电压变送电路电连接，通过外接电源线与传感器电连接，具备直流24V、直流12V两种接口，并向对应电压的、具备充电功能的传感器进行智能充电。
5.根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的微控制器模块可采用ARM芯片作为主控制芯片；所述的数据采集模块为一个RS485电平转换器，是采集器与现场传感器的接口。
6.根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的无线组网模块为一个433MHz无线微功率透传模块，包括射频收发模块和天线部分；所述的射频收发模块与MCU的串口、SPI或者I2C接口进行连接。
7.根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的调试升级模块为用于下载调试和软件升级的接口电路。
8.根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的电子标签固定于采集器外壳内壁上，用于存储包括地理位置、管线名目、传感器种类、检修记录在内的重要信息。
9.根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的采集器外壳为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的采集器外壳上设有一用于安装采集器的挂接件，所述的采集器安装在地下窨井的内壁。
10.根据权利要求1所述的采集器，其特征在于，所述的电池外壳为ABS工程材料封闭外壳，具有防尘、防水、耐腐蚀特性；所述的电池外壳上设有一挂接件，所述的电池外壳挂接在采集器外壳上。
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