一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置与方法属于管道测绘领域；该装置包括FPGA核心控制单元、传感器数据采集模块、FPGA周围通讯电路、数据存储模块和实时动态差分设备；所述FPGA核心控制单元分别与传感器数据采集模块、FPGA周围通讯电路和数据存储模块双向连接，单向连接实时动态差分设备，供电电路为各模块供电；该方法包括将管道内检测机器人系统初始化放入到管道内，采集数据；决定系统时间标志所对应的Tick信号；判断传感器输出频率与Tick的倒数是否一致，数据进行打包处理，数据包按照协议格式存储，数据写入SD卡中；本发明专利技术解决了时间同步存储、管道缺陷检测信息和管道机器人定位信息产生偏差的技术问题。

A device and method for the synchronization of data storage time in a pipeline detection robot

The invention relates to a pipeline inspection robot data storage time synchronization method and device belongs to the field of Surveying and mapping pipeline; the device comprises a FPGA core control unit, sensor data acquisition module, FPGA peripheral communication circuit, data storage module and real-time dynamic differential devices; the FPGA core control unit are respectively connected with the bidirectional sensor data acquisition module around the FPGA communication circuit and a data storage module, one-way connection real-time dynamic differential device, power supply circuit for each module; the method includes pipeline inspection robot system initialization into the pipeline data acquisition; Tick signal corresponding to the symbol decision system time; reciprocal judgment output frequency of the sensor and the Tick data is consistent. Packaged, stored data packets according to the protocol format, data is written to the SD card in the invention; The technical problems of time synchronization storage, pipeline defect detection information and pipeline robot positioning information are determined.

【技术实现步骤摘要】
一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置与方法
本专利技术涉及一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置与方法，属于管道测绘领域。
技术介绍
早年铺设的部分油、气、水等运输管道已达到或超过其设计寿命期，泄露、爆炸等危险事故易于发生，由此造成的环境污染、经济损失及人民生命安全威胁都是极其严重的。此外，山体滑坡、泥石流、地壳运动、水流冲刷等自然因素也会造成管道型变，甚至破裂。目前，管道内检测机器人因其检测不受管道外部地形条件的限制，在管道内即可实现管道的缺陷检测和缺陷定位，已成为各类管道进行周期性检测的最有效工具。此外，采用管道内检测机器人可实现被检测管道坐标的有效和精确测量，分析管道的位移或型变。而且，安装在管道内检测机器人中部四周的管道缺陷检测传感器可与管道壁进行最近距离的接触和检测，可分辨各类微小腐蚀等潜在威胁，对各类管道泄漏或爆炸等危险事故的发生具有良好的预测效果。实现精确的管道缺陷检测和缺陷定位用管道内检测机器人集合了管道缺陷检测系统、管道机器人定位系统、电源系统和机械结构系统等四大主要部分。管道缺陷检测系统是实现管道壁腐蚀、裂纹等缺陷检测的重要部分，通过管道缺陷检测传感器测量不同的缺陷信息并通过信号处理手段来指导管道缺陷维护。同时，管道机器人定位系统是实现其在管道内运动轨迹的精确测量，为管道缺陷信息的精确定位和快速方便的维护提供重要依据。电源系统是为各系统提供在管道检测时所需的能源。机械结构系统保证各系统的安装、支撑和优化，利于顺利实现管道检测任务。管道缺陷检测系统检测出的管道缺陷信息和管道机器人定位系统提供的管道位置信息最终用来指导管道维护工作，而实现这一目标的重要前提就是数据存储的时间同步实现。目前，在国内外，管道检测服务的关键技术主要掌握在国外管道检测服务公司手中，通过提供昂贵的管道检测服务费(5-8万人民币每公里)来攫取巨额的利润。因此，相关的关键技术特别是涉及到管道缺陷检测系统和管道机器人定位系统的时间同步方法对我国一直处于保密状态。而我国在上世纪九十年代才开始管道内检测机器人相关研究工作，对很多关键技术的工程化应用还处于探索和研究阶段。对于独立的管道缺陷检测系统的研究已经突破了国外的封锁，形成了具有自主知识产权的相关技术和装备。同时，由于我国在核心的惯性传感器方面的研究有了重大突破，独立的大口径管道机器人定位系统精度也有了一定的突破。但是，涉及到管道缺陷检测系统和管道机器人定位系统的时间同步方法还需要深入研究。进行管道测量任务时，管道内检测机器人作为一个独立的系统缺少外部的参考信号，整个系统相对独立，完全依靠自身的时间基准来实现所有数据的同步存储和处理。管道内检测机器人作为一个多任务调度的系统，每个单独的任务都会存在其独立的单节点。在管道内检测机器人这个独立的系统中进行数据采集、处理和储存等任务时，与节点本地时钟的时序信息有着密切的关系。管道检测机器人各个传感器节点进行信息交互时，若终端硬件设备上的时序记录不一致，那么采集的交互信息必然会存在误差。另外，管道缺陷检测数据和管道机器人定位数据都要进行离线处理，故对数据的储存规范和时间基准要求比较严格。因此，未进行时间同步存储和处理的管道缺陷检测信息必然和管道机器人定位信息产生偏差，这会为管道维护造成较大的人力和物力浪费，甚至增加数据处理和管道维护的成本。在搜索相关资料时，以往专利技术专利对管道内检测机器人的数据存储同步实现问题几乎没有涉及，只是对数据进行简单的时间对齐，忽略了时间迟滞带来的管道检测和维护误差。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置与方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置，包括FPGA核心控制单元、传感器数据采集模块、FPGA周围通讯电路、供电电路、数据存储模块和实时动态差分设备；所述FPGA核心控制单元分别与传感器数据采集模块、FPGA周围通讯电路和数据存储模块双向连接，单向连接实时动态差分设备，供电电路为各模块供电；所述传感器数据采集模块包括MEMS陀螺仪传感器、MEMS加速度计传感器、里程仪传感器和管道缺陷采集传感器，所述数据存储模块是SD卡，所述实时动态差分设备提供实时时钟模块和高精度7.3728MHz晶振。一种在所述管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置上实现的管道内检测机器人数据存储时间同步实现方法，包括以下步骤：步骤a、将管道内检测机器人系统初始化；步骤b、把管道内检测机器人放入到管道内，开始进行检测管道的测量任务，采集MEMS惯性测量数据、管道缺陷数据和里程计数据；步骤c、高精度7.3728MHz晶振为基准计算脉冲数并产生PPS、Push和Tick信号，PPS脉冲信号作为时间更新的基准信号，并且实时动态差分设备提供系统开机起始时间，用于时间更新；Tick作为数据包存储的时间标志，同时是采样数据初步处理的时间系数，根据用户对时间分辨率的不同需求进行调整；Push作为数据包写入SD卡的中断信号，控制数据包存储在SD卡中；同时，根据管道检测精度及传感器的数据输出频率来决定系统时间标志所对应的时间间隔Tick信号；步骤d、根据步骤c中产生的时间间隔Tick信号来确定所采集的管道缺陷检测系统检测传感器数据和管道机器人定位系统传感器数据；如果传感器数据输出频率大于Tick信号的倒数时，通过将MEMS惯性测量数据均值处理的方式降低其频率，使其与Tick信号对应的频率一致；如果传感器信号频率等于Tick信号的倒数时，将数据存储在寄存器中进行缓存；步骤e、在步骤d的基础上将所有管道缺陷检测系统的检测传感器数据和管道机器人定位系统传感器数据进行打包处理，数据包按照协议格式进行数据和时间Tick的存储，其中时间更新由Tick信号进行控制更新；步骤f、Push信号控制数据包在SD卡中的写控制，将管道缺陷检测系统的检测传感器数据和管道机器人定位系统传感器数据写入SD卡中，完成管道内检测机器人数据存储时间同步实现。进一步地，所述一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现方法，步骤b中所述高精度7.3728MHz晶振为基准计算脉冲数并产生PPS、Push和Tick信号，同时还产生Timeout和Feedback信号，其中，Timeout作为监控时间，在采样数据出现错误且在限定的时间内不能恢复正常时将发出脉冲信号，用于对错误数据包的计数；Feedback是复位传感器标志，当系统需要对数据采集和存储操作进行复位操作时，发出脉冲信号来实现系统的复位功能。进一步地，所述一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现方法，所述数据包按照协议格式进行数据和时间Tick的存储，所述协议格式按照约定的顺序和时间安排进行排列，数据按照矩阵形式进行排列，具体格式为第1列为协议帧头，第2列到第4列为MEMS加速度计传感器各个轴的加速度数据，第5列到第7列为MEMS陀螺仪传感器各个轴的旋转角速率数据，第8列到第10列为对称安装的里程仪数据，第11列为管道缺陷检测数据，第12列和第13列分别为校验位和时间标志位。进一步地，所述一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现方法，在步骤f中所述将管道缺陷检测系统的检测传感器数据和管道机器人定位系统传感器数据写入SD卡中，在S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置，其特征在于，包括FPGA核心控制单元(1)、传感器数据采集模块(2)、FPGA周围通讯电路(3)、供电电路(4)、数据存储模块(5)和实时动态差分设备(6)；所述FPGA核心控制单元(1)分别与传感器数据采集模块(2)、FPGA周围通讯电路(3)和数据存储模块(5)双向连接，单向连接实时动态差分设备(6)，供电电路(4)为各模块供电；所述传感器数据采集模块(2)包括MEMS陀螺仪传感器(21)、MEMS加速度计传感器(22)、里程仪传感器(23)和管道缺陷采集传感器(24)，所述数据存储模块(5)是SD卡，所述实时动态差分设备(6)提供实时时钟模块(61)和高精度7.3728MHz晶振(62)。

【技术特征摘要】
1.一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置，其特征在于，包括FPGA核心控制单元(1)、传感器数据采集模块(2)、FPGA周围通讯电路(3)、供电电路(4)、数据存储模块(5)和实时动态差分设备(6)；所述FPGA核心控制单元(1)分别与传感器数据采集模块(2)、FPGA周围通讯电路(3)和数据存储模块(5)双向连接，单向连接实时动态差分设备(6)，供电电路(4)为各模块供电；所述传感器数据采集模块(2)包括MEMS陀螺仪传感器(21)、MEMS加速度计传感器(22)、里程仪传感器(23)和管道缺陷采集传感器(24)，所述数据存储模块(5)是SD卡，所述实时动态差分设备(6)提供实时时钟模块(61)和高精度7.3728MHz晶振(62)。2.一种在权利要求1所述一种管道内检测机器人数据存储时间同步实现装置上实现的管道内检测机器人数据存储时间同步实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、将管道内检测机器人系统初始化；步骤b、把管道内检测机器人放入到管道内，开始进行检测管道的测量任务，采集MEMS惯性测量数据、管道缺陷数据和里程计数据；步骤c、高精度7.3728MHz晶振(62)为基准计算脉冲数并产生PPS、Push和Tick信号，PPS脉冲信号作为时间更新的基准信号，并且实时动态差分设备提供系统开机起始时间，用于时间更新；Tick作为数据包存储的时间标志，同时是采样数据初步处理的时间系数，根据用户对时间分辨率的不同需求进行调整；Push作为数据包写入SD卡的中断信号，控制数据包存储在SD卡中；同时，根据管道检测精度及传感器的数据输出频率来决定系统时间标志所对应的时间间隔Tick信号；步骤d、根据步骤c中产生的时间间隔Tick信号来确定所采集的管道缺陷检测系统检测传感器数据和管道机器人定位系统传感器数据；如果传感器数据输出频率大于Tick信号的倒数时，通过将MEMS惯性测量数据均值处理的方式降低其频率，使其与Tick信号对应的频率一致；如果传感器信号频率等于Tick信号的倒数时，将数据存储在寄存器中进行缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：管练武，陈强强，吴建锋，吕良良，何昆鹏，韩云涛，许德新，王萌，宋玉寰，丛晓丹，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，哈尔滨航士科技发展有限公司，上海航士海洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23