一种用于管道内液体状态监测的分布式传感器节点装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于管道内液体状态监测的分布式传感器节点装置，属于物联网传感器领域，用于解决现有技术中硬件冗余，生产成本较高，供电网络设计复杂，现场部署难度较大的问题；本装置包括温度传感器组件、压力传感器组件、处理器和网络交换组件；将温度敏感芯体、压力敏感芯体、以及相应的调理、采集电路集成到单个传感器节点设备中，并共用信号处理电路与物联网接入电路，很大程度上压缩了硬件冗余，节省了物料成本；采用有线形式的PoE通信供电一体化技术，满足了传感器节点设备在现场大量部署时的供电需求，并降低了供电与联网线缆的安装难度。

A Distributed Sensor Node Device for Monitoring Liquid State in Pipeline

The utility model relates to a distributed sensor node device for liquid condition monitoring in pipelines, belonging to the field of Internet of Things sensors, which is used to solve the problems of hardware redundancy, high production cost, complex power supply network design and difficult field deployment in the existing technology; the device includes temperature sensor module, pressure sensor module, processor and network switching module. Integrating temperature-sensitive core, pressure-sensitive core and corresponding conditioning and acquisition circuits into a single sensor node device, and sharing signal processing circuit and Internet of Things access circuit, greatly reducing hardware redundancy and saving material costs; adopting the integrated technology of PoE communication and power supply in wired form to meet the large deployment of sensor node equipment in the field It also reduces the installation difficulty of power supply and interconnection cables.

【技术实现步骤摘要】
一种用于管道内液体状态监测的分布式传感器节点装置
本技术涉及物联网传感器领域，尤其涉及一种用于管道内液体状态监测的分布式传感器节点装置。
技术介绍
目前，传统上用于管道流体介质温度、压力监测的传感器节点装置，由于温度传感器与压力传感器独立设计并分开使用存在着硬件冗余，生产成本较高；同时大量部署时会对远程终端控制系统(RTU)产生较大的运行负荷，且供电网络设计复杂，现场部署难度较大。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本技术旨在提供一种用于管道内液体状态监测的分布式传感器节点装置，在确保测量精度的同时，减少硬件冗余，简化供电网络设计，可有效实现针对传感器节点数据的分布式处理与物联网接入。本技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种分布式传感器节点装置，包括温度传感器组件、压力传感器组件、处理器、网络交换组件和电源管理单元；所述温度传感器组件与所述处理器连接，用于将采集的与管道内液体温度相关的电阻比例数据发送到所述处理器中；所述压力传感器组件与所述处理器连接，用于将采集的与管道内液体压力相关的差分电压信号发送到所述处理器中；所述处理器将所述电阻比例数据转换为温度数据，将所述差分电压信号转换为压力数据；与所述网络交换组件连接，用于将所述温度和压力数据接入物联网；所述电源管理单元的电源输入端连接PoE交换机提供的直流电源，电源输出端分别连接温度传感器组件、压力传感器组件、处理器和网络交换组件的供电输入端。进一步地，所述温度传感器组件包括温度敏感芯体和数字转换单元；所述温度敏感芯体探入液体介质内部；用于采集与液体温度相关的的芯体电阻值到所述数字转换单元；所述数字转换单元与所述处理器连接，用于对所述温度敏感芯体的所述电阻值信号进行采集、模数转换与比例变换，输出电阻比例数据到所述处理器。进一步地，所述温度敏感芯体为PT1000型铂电阻芯体；所述铂电阻芯体采用三线制方式连接所述数字转换单元；所述数字转换单元采用MAX31865芯片；外接参考电阻R为4000Ω；生成铂电阻芯体与外接参考电阻R间的阻值比例；通过SPI串行接口，将所述电阻比例以ADC码值形式发送至所述处理器。进一步地，所述压力传感器组件包括压力敏感芯体和信号调理单元；所述压力敏感芯体探入液体介质内部；用于生成与液体压力相关的差分电压信号，送至信号调理单元；所述信号调理单元与所述处理器连接，用于对所述差分电压信号进行放大后，输出至所述处理器的信号采集端口。进一步地，所述压力敏感芯体为陶瓷压阻电桥式芯体；所述信号调理单元采用PGA308芯片，用于对所述陶瓷压阻电桥式芯体的输出差分电压信号进行线性放大，同时微调输出偏置，使所述差分电压信号动态范围扩展至0.3～3V；输出至所述处理器的信号采集端口。进一步地，所述处理器为STM32F103C8T6，用于对从信号采集端口输入的差分电压信号进行采集，模数转换与线性变换，得到压力数据输出到所述网络交换组件；用于对从SPI串行接口输入的ADC码值形式的电阻比例数据进行变换，得到温度数据输出到所述网络交换组件。进一步地，所述网络交换组件包括以太网控制器、网络变压器和RJ45网口；所述以太网控制器连接在所述处理器与所述网络变压器之间，用于获得处理器输出的温度和压力数据，然后将其按照内嵌网络协议进行封装打包后通过网络变压器对外输出；所述网络变压器位于所述以太网控制器与所述RJ45网口之间，作为信号双向传输通道的同时，起到隔离干扰，滤除噪声的作用。进一步地，所述以太网控制器采用W5500芯片；所述W5500芯片的设备端通过SPI串行接口与所述处理器连接，所述W5500芯片的网络端通过内嵌PHY与所述网络变压器进行信号互连，包含一对差分发射信号、一对差分接收信号；所述网络变压器采用HY601742E芯片，所述HY601742E的芯片侧与W5500芯片连接，所述HY601742E的线缆侧与所述RJ45网口的数据收发引脚相连。进一步地，所述电源管理单元包括开关稳压芯片和线性稳压芯片；所述开关稳压芯片的输入端，与所述RJ45网口的供电引脚相连接，进而连接到外部PoE交换机提供的-48V直流电源；输出+5V直流电压到线性稳压芯片的输入端；所述线性稳压芯片，用于将+5V直流电压转换至+3.3V直流电压，给温度传感器组件、压力传感器组件、处理器和网络交换组件供电。进一步地，所述开关稳压芯片为LTC4267；所述线性稳压芯片为NCV8535-3.3V。本技术有益效果如下：将用于管道内液体状态监测的温度敏感芯体、压力敏感芯体、以及相应的调理、采集电路集成到单个传感器节点设备中，并实现两种物理量信号处理电路与物联网接入电路的共用，很大程度上压缩了硬件冗余，节省了物料成本。另一方面，考虑到管道的布局与位置(通常埋于地下)，借助有线通信是最稳定、最经济的通信方式。因此，上述分布式传感器节点装置的引入和使用，可令PoE网络交换机替代RTU单元作为数据局域汇聚点，通过采用有线形式的PoE通信供电一体化技术，满足了传感器节点设备在现场大量部署时的供电需求，并降低了供电与联网线缆的安装难度。本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本技术实施例中分布式传感器节点装置组成连接示意图；图2为本技术实施例中网络交换组件组成连接示意图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本技术的实施例一起用于阐释本技术的原理。本技术的一个具体实施例，公开了一种用于管道内液体状态监测的分布式传感器节点装置，如图1所示，包括温度传感器组件、压力传感器组件、处理器和网络交换组件；温度传感器组件与处理器连接，用于将采集的与管道内液体温度相关的电阻比例数据发送到所述处理器中；压力传感器组件与处理器连接，用于将采集的与管道内液体压力相关的差分电压信号发送到所述处理器中；处理器将所述电阻比例数据转换为温度数据，将所述差分电压信号转换为压力数据；与所述网络交换组件连接，根据内嵌的网络协议，将所述温度和压力数据进行封装打包后接入物联网。具体的，所述温度传感器组件包括温度敏感芯体和数字转换单元；温度敏感芯体探入液体介质内部；用于采集与液体温度相关的芯体电阻值到所述数字转换单元；数字转换单元与所述处理器连接，用于对所述温度敏感芯体的电阻值进行采集、模数转换与比例变换，输出电阻比例数据到所述处理器。可选的，温度敏感芯体为PT1000型铂电阻芯体R1；数字转换单元采用MAX31865芯片，供电电压+3.3V；铂电阻芯体采用三线制方式连接所述数字转换单元；MAX31865芯片外接一个阻值为4000Ω参考电阻R；MAX31865芯片通过比较铂电阻芯体R1与外接参考电阻R间的阻值，输出两电阻的比例：通过SPI串行接口，将该电阻比例以ADC码值形式发送至处理器；对MAX31865芯片的程序配置是通过处理器的SPI串行接口实现的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式传感器节点装置，其特征在于，包括温度传感器组件、压力传感器组件、处理器、网络交换组件和电源管理单元；所述温度传感器组件与所述处理器连接，用于将采集的与管道内液体温度相关的电阻比例数据发送到所述处理器中；所述压力传感器组件与所述处理器连接，用于将采集的与管道内液体压力相关的差分电压信号发送到所述处理器中；所述处理器将所述电阻比例数据转换为温度数据，将所述差分电压信号转换为压力数据；与所述网络交换组件连接，用于将所述温度和压力数据接入物联网；所述电源管理单元的电源输入端连接PoE交换机提供的直流电源，电源输出端分别连接温度传感器组件、压力传感器组件、处理器和网络交换组件的供电输入端。

【技术特征摘要】
1.一种分布式传感器节点装置，其特征在于，包括温度传感器组件、压力传感器组件、处理器、网络交换组件和电源管理单元；所述温度传感器组件与所述处理器连接，用于将采集的与管道内液体温度相关的电阻比例数据发送到所述处理器中；所述压力传感器组件与所述处理器连接，用于将采集的与管道内液体压力相关的差分电压信号发送到所述处理器中；所述处理器将所述电阻比例数据转换为温度数据，将所述差分电压信号转换为压力数据；与所述网络交换组件连接，用于将所述温度和压力数据接入物联网；所述电源管理单元的电源输入端连接PoE交换机提供的直流电源，电源输出端分别连接温度传感器组件、压力传感器组件、处理器和网络交换组件的供电输入端。2.根据权利要求1所述的分布式传感器节点装置，其特征在于，所述温度传感器组件包括温度敏感芯体和数字转换单元；所述温度敏感芯体探入液体介质内部；用于采集与液体温度相关的芯体电阻值到所述数字转换单元；所述数字转换单元与所述处理器连接，用于对所述温度敏感芯体的所述电阻值信号进行采集、模数转换与比例变换，输出电阻比例数据到所述处理器。3.根据权利要求2所述的分布式传感器节点装置，其特征在于，所述温度敏感芯体为PT1000型铂电阻芯体；所述铂电阻芯体采用三线制方式连接所述数字转换单元；所述数字转换单元采用MAX31865芯片；外接参考电阻R为4000Ω；生成铂电阻芯体与外接参考电阻R间的阻值比例；通过SPI串行接口，将所述电阻比例以ADC码值形式发送至所述处理器。4.根据权利要求1所述的分布式传感器节点装置，其特征在于，所述压力传感器组件包括压力敏感芯体和信号调理单元；所述压力敏感芯体探入液体介质内部；用于生成与液体压力相关的差分电压信号，送至信号调理单元；所述信号调理单元与所述处理器连接，用于对所述差分电压信号进行放大后，输出至所述处理器的信号采集端口。5.根据权利要求4所述的分布式传感器节点装置，其特征在于，所述压力敏感芯体为陶瓷压阻电桥式芯体；所述信号调理单元采用PGA308芯片，用于对所述陶瓷压阻电桥式芯体的输出差分电压信号进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵川，云峰，李舒悦，许振丰，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11