基于zigbee无线通信的管道位移检测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及基于zigbee无线通信的管道位移检测系统，属于测绘技术领域；系统采集节点安装在管道接口处,协调节点安装在中控室屋顶，PC机固定在中控室中，采集节点采集的位移信息传送到协调节点，再由协调节点通过RS232串口传送到PC机中；本系统可以有效预测复杂地形下的矿浆输送管道线位移，可保障管道运输的运行、减少因管道地基位移导致的损失，同时结构简单，工作稳定。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及基于zigbee无线通信的管道位移检测系统，属于测绘

技术介绍
随着我国钢铁エ业的快速发展，稳定的铁精矿供给已成为制约该行业发展的瓶颈。国外的铁矿石价格日益增长，国内发现的大储量铁矿山多处于交通不便、地形复杂的边远山区，且许多矿山地处国家自然保护区。铁精矿水力管道输送成功实现了高效率、低成本、无污染地将年产数百万吨铁矿石运输到钢铁厂。铁精矿矿浆管道大多铺设在山势陡峭、人烟稀少、施工难度极大的山区，施工过程中有的还需要翻山越岭。在云南东川有一条国内首个采用自流跌落的方式，全长十公里的铁精矿矿浆管道，具有低能耗，零排放，零污染、环保生态的特点。管道输送多在交通比较困难的山区使用，对管道维护采用传统的巡检方式更显得十分不便。如何保证矿浆输送管线在地质复杂的情况下安全、平稳、环保地运行，成为了研究的主要问题。为确保其运行期间的安全可靠，必须采取相应安全防护措施。如电气保护、机械保护、泄放保护、水击的预先保护控制、附加系统的控制保护等。特别是在管道地基发生变化等会导致管道位移，管道的位移累积对管道危害特别大，可能出现管道断裂等重大灾害。灾害一旦发生对管线输送产能破坏极大，对周边环境污染也严重。必须增加采用可靠的仪表和电气设备组成独立系统对管道线位移检查。因检测位移的传统传感器测量位移都需要一定的基准来比较数据，而在山区基准固定困难，再加上山体上的基准有可能和管道一同变化，位移量不易准确获得。需选用先进的传感器和測量方法获得位移量。管道线地处山区，地形复杂、交通不便、电カ难供应、信息传递困难等，位移信息获取后的通信问题也成为核心问题。
技术实现思路
为确保管道线安全稳定的运行，为了解决复杂地形下的矿浆输送管道线位移引起的安全问题，本技术提出了一种基于zigbee无线通信的管道位移检测系统，可以有效预测复杂地形下的矿浆输送管道线位移，可保障管道运输的运行、減少因管道地基位移导致的损失，同时结构简单，工作稳定。本技术采用了以下方案系统包括管道I、采集节点2、协调节点3、锂电池4和PC机5 ;采集节点2安装在管道I接ロ处，采集节点2由锂电池4提供电源，协调节点3安装在中控室屋顶，PC机5固定在中控室中，采集节点2包括管道位移传感器6、信息处理模块7和信息发送模块8 ;管道位移传感器6把采集的管道位移信息送入信息处理模块7中，信息处理模块7对管道位移信息处理以后经过信息发送模块8进行传输，协调节点3包括信息接收模块9和处理芯片10，采集节点2采集的位移信息传送到协调节点3，再由协调节点3通过RS232串ロ传送到PC机5中。所述的采集节点2为多个，相邻的采集节点2彼此间隔200米。所述的管道位移传感器6采用ADI公司的MEMS三轴加速度传感器ADXL345，设定13位模式，测量范围正负16g，输出数字量加速度值经过二次积分计算获得位移量；信息处理模块7采用CC2530芯片；信息发送模块8采用无线通信传输，采用基于zigbee协议的芯片CC2530发射转发和接收数据；信息发送模块8射频部分加装有功率放大器11和低噪声放大器12。本技术的有益效果在于本系统将MEMS加速度计和无线通信结合起来，具有体积小、集成度高、接口电路简单、应用成本低；利用zigbee无线通信协议组成线型网络，节点之间可以实现级联和多跳传输位移信息，具有一定的推广应用价值。附图说明图I为本技术的固定示意图；图2为本技术的连接示意图； 图3为本技术的采集节点的信息发送模块示意图；图4为本技术的采集节点程序流程图。图中1-管道、2-采集节点、3-协调节点、4-锂电池、5-PC机、6-道位移传感器、7-信息处理模块、8-信息发送模块、9-信息接收模块、10-处理芯片、11-功率放大器、12-低噪声放大器。具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步说明，以方便技术人员理解。如图I所示系统包括管道I、采集节点2、协调节点3、锂电池4和PC机5 ;采集节点2安装在管道I接口处，协调节点3安装在中控室屋顶，PC机5固定在中控室中。其中，管道地处海拔三千米山区，不易铺设有线电线，采集节点2选用两节锂电池串联供电模块。如图2所述，所述的采集节点2包括管道位移传感器6、信息处理模块7和信息发送模块8 ;管道位移传感器6把采集的管道位移信息送入信息处理模块7中，信息处理模块7对管道位移信息处理以后经过信息发送模块8进行传输，协调节点3包括信息接收模块9和处理芯片10，采集节点2采集的位移信息传送到协调节点3，再由协调节点3通过RS232串口传送到PC机5中。位移采集节点2作为终端节点采集发送数据，同时兼有路由节点的功能实现数据接收转发。因数据级联传输，为保证通信的可靠性，所述的采集节点2为多个，相邻的采集节点2彼此间隔200米，间隔节点之间400m属于视距传输Ikm通信范围。即使中间一个节点出问题，可以通过多跳方式，跳过一级节点连接入下一节点路由，保证通信的可靠性。所述的管道位移传感器6采用ADI公司的MEMS三轴加速度传感器ADXL345，由加速度、速度、位移之间的关系可知，通过对管道位移的运动加速度二重积分可求得管道的运动位移；传感器分辨率高(13位)，数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI (3线或4线)或I2C数字接口访问；本系统中设置该传感器位13位全分辨率模式，测量范围正负 16g。如图3所示信息处理模块7采用TI公司的CC2530芯片，为增加传输距离，信息发送模块8加装功率放大器11和低噪声放大器12。每两个无线模块之间的视距传输距离可以达到一千米，信息发送模块8采用无线通信传输，采用基于zigbee协议的芯片CC2530发射转发和接收数据。如图4所示采集节点2的实现过程如下首先对采集节点2的管道位移传感器6、信息处理模块7和信息发送模块8进行初始化，在信息处理模块7上设定定时时间，定时到则读取网络信息是否有数据需要转发；不到定时时间，则读取传感器输出数据并计算位移量，计算出位移量大小，判断是否达到超过阈值，如果达到阈值则发出警报，并将数据送入信息发送模块8编码发送位移量数据；如果没有达到阈值则转至定时，定时时间到判断信息发送模块8是否有数据需要转发，如有数据接收则转发数据，没有则继续倒计时。本技术通过附图进行说明的，在不脱离本技术范围的情况下，还可以对 本技术专利进行各种变换及等同代替，因此，本技术专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本技术专利权利要求范围内的全部实施方案。权利要求1.基于Zigbee无线通信的管道位移检测系统，其特征是系统包括管道(I)、采集节点(2)、协调节点(3)、锂电池(4)和PC机(5);采集节点⑵安装在管道⑴接ロ处，采集节点⑵由锂电池⑷提供电源，协调节点⑶安装在中控室屋顶，PC机(5)固定在中控室中，采集节点(2)包括管道位移传感器(6)、信息处理模块(7)和信息发送模块(8);管道位移传感器(6)把采集的管道位移信息 送入信息处理模块(7)中，信息处理模块(7)对管道位移信息处理以后经过信息发送模块(8)进行传输；协调节点(3)包括信息接收模块(9)和处理芯片(10)，采集节点(2)采集的位移信息传送到协调节点(3)，再由本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于zigbee无线通信的管道位移检测系统，其特征是：系统包括管道(1)、采集节点(2)、协调节点(3)、锂电池(4)和PC机(5)；采集节点(2)安装在管道(1)接口处,采集节点(2)由锂电池(4)提供电源，协调节点(3)安装在中控室屋顶，PC机(5)固定在中控室中，采集节点(2)包括管道位移传感器（6）、信息处理模块（7）和信息发送模块（8）；管道位移传感器（6）把采集的管道位移信息送入信息处理模块（7）中，信息处理模块（7）对管道位移信息处理以后经过信息发送模块（8）进行传输；协调节点(3)包括信息接收模块（9）和处理芯片（10），采集节点(2)采集的位移信息传送到协调节点(3)，再由协调节点(3)通过RS232串口传送到PC机(5)中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建德，靳振宇，王晓东，范玉刚，黄国勇，邹金慧，邵宗凯，张光辉，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：实用新型
国别省市：