[发明专利]基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法

说明书

技术领域

本发明是一种用于管道运输系统的安全管理维护的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法。涉及金属材料的一般防蚀、数据的识别和管道系统技术领域。

技术背景

管道运输是国民经济的五大运输方式之一，能源等物资输送管道通常要穿越漫长的无人地区，管道信息（如阴极保护电位信息，可用于监控金属运输管道腐蚀状况）的准确采集对保障管道运输的安全性和可靠性等方面有着非常重要的意义。现有的能源输送管道的监控和管理仍然以人工为主，数据采集成本巨大，数据管理成本较高，困难较多。因此，建立强大、智能的自动监控管理体系是最新管道监控系统发展的方向。

现实的需求是推动新技术发展的动力，近两年来，迅速发展的无线传感器网络(WSN:Wireless Sensor Network)极大地扩展了现有监控网络的覆盖范围，为解决现有数据采集方式提供了新的思路。WSN通常是由部署在检测区域内大量的廉价微型传感器结点组成，通过无线通信方式形成一个多跳自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。将无线传感器网络应用到管道运输的阴极保护数据自动监控管理系统中，可以大大降低数据监控成本，在无持续能源供给的恶劣环境中实现阴极保护数据自动采集监控，基于此本发明给出了基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统的整体设计方案，包括阴极保护数据自动采集系统的采集器,硬件通信结点，结点之间的通信协议，以及阴极保护数据自动采集系统上位机管理软件的设计。

CN102186258A公开了一种基于线形长距离的无线传感器网络的通信协议方法，但网络协议的灵活性和兼容性以及网络协议功能的完整性、稳定性和健壮性都不太理想。

发明内容

本发明的目的是发明一种基于无线传感器网络的、能实现数据自动采集、定时监控及管理并能保障网络协议的灵活性和兼容性以及网络协议功能的完整性、稳定性和健壮性的基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法。

为了克服现有管道运输中数据采集、管道监控、数据管理都是以低效率的人工方式进行的局限，在对管道运输安全管理的需求进行分析以后，本发明开发了一套基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法和系统，该方法所用系统包括阴极保护数据自动采集系统的采集器、硬件通信结点、结点之间的通信协议以及管理阴极保护数据的上位机管理软件。

本发明所用系统的构成如图1所示，系统在每一条管线布设了一个线性无线传感器网络，于每条管线的起始位置安置数据接入结点（以下简称Sink结点，如图1所示），在管线上需要采集阴极保护数据的位置布设数据采集终端结点（以下简称ED结点，如图1所示）。在Sink结点处布设管理系统，所以Sink节点是管理系统中单管线无线传感器网络的管理者，该管理系统有数据库与其有输入、输出连接，并接有低级用户的输出。如此的多个管线之管理系统输出接有高级用户和数据库的管理系统。

其中：

所述阴极保护数据自动采集系统的数据采集器是一款基于无线传感器网络、工作在391MHz-464MHz频段、具有3-5公里传输能力的大功率硬件通信结点；本结点以德州仪器芯片CC1110为基础，采用时分复用工作方式，整个系统主要由太阳能供电模块、射频收发器CC1110、下行链路（主要包括由射频前端功放、3db电桥组成的平衡功率放大器）、上行链路（主要包括低噪声放大器）以及射频开关组成，如图2所示；太阳能供电模块接射频收发器CC1110，射频收发器CC1110中的数据存储器接数据采集器输出，射频收发器CC1110差分接口接阻抗变换器，阻抗变换器与第一射频开关互有输入和输出连接；第一射频开关输出接包括由射频前端功放、3db电桥组成的平衡功率放大器的下行链路，下行链路再接第二射频开关后接收发天线；第二射频开关输出经主要包括低噪声放大器的上行链路接第一射频开关；其中，在下行链路采用的平衡式放大器，是实现远距离通信所需功率的关键设计；

所述阴极保护数据自动采集系统的结点之间通信协议是用来实现适用于能源管道运输环境的无线传感器网络的保障通信；该网络拓扑分布基本为线形（直线或曲线，没有交叉或重叠），具有跨度范围长、传感器结点密度低等特点；