一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置的制作方法

本实用新型涉及一种地埋钢管阴极保护设施中的监控装置，尤其涉及一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置，属于阴极保护监控技术领域。

背景技术：

石油、石化行业中，普遍使用埋设于地下的钢质管道进行油品输送，阴极保护则是对这些埋设于地下的钢质管道进行有效防腐的重要手段。但在实际的运行过程中，由于阴极保护不到位导致地埋钢管出现腐蚀泄漏的情况非常多，而一旦这些地埋钢管出现泄漏，将很有可能造成严重的安全事故。因此，必须通过阴极保护措施，保证地埋钢管对地的电位控制在某一给定的电位范围内，使得在地埋钢管上发生的阳极反应得到抑制，从而有效控制地埋钢管的腐蚀。在此过程中，恒电位仪成了阴极保护措施中必不可少的仪器设备。

恒电位仪的工作原理为：将经阻抗变换后的参比信号与给定电位加到比较放大器上，经比较放大后，输出与误差成正比的信号；当恒电位仪处于自动工作状态时，该信号被加到移相触发器上，移相触发器根据该信号电压的大小，自动调整触发脉冲的产生时间，改变极化回路中可控硅的导通，从而改变输出电流、电压的大小，使之达到参比电位等于给定电位。

这个信号的传递过程，在恒电位仪自动工作状态下，应该是不间断地进行着。但是，目前使用的普通恒电位仪只具备一些最基本的控制功能。一般情况下，是将其放在室内，由室内人员通过有线控制的方式将有关技术参数电信号传递到地埋钢管和测试桩上；而当管理人员对恒电位仪中的各项技术参数进行调整的时候，则需要亲自前往恒电位仪放置的地方进行相应的操作。由于实际运行中的地下管道分布广、管线长，因此，给日常维护管理造成了诸多的不便。实际维护时，不仅需要耗费大量的时间，管理人员也无法实时了解恒电位仪的各项参数值，根本无法实现远距离的实时监控，保证设备的正常运行。

技术实现要素：

为解决上述无法实时了解恒电位仪的各项参数值，以及无法实现远距离的实时监控等问题，本实用新型提供一种地埋钢管阴极保护设施中的监控装置，实现远程监控平台管理人员对数字恒电位仪的实时监控的目的。

为达上述目的，本实用新型提供如下的技术方案：

一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置，包括：智能测控器和为其提供电力的供电器，其中，所述智能测控器至少包括：对数字恒电位仪进行数据测控的中央处理器，用于精确授时的GPS模块、用于与外界通讯的GPRS模块、用于保护中央处理器的看门狗模块，用于提供多通道的串口通信接口，RS485通信模块；所述中央处理器分别与所述GPS模块、看门狗模块电连接，所述中央处理器还通过所述串口通信接口分别与所述GPRS模块、RS485通信模块电连接，并由所述中央处理器IO口的高低电平控制所述RS485通信模块处于接收或发送状态；所述RS485通信模块还与带有RS485接口的数字恒电位仪通信连接。

作为一种实施方式，所述串口通信接口包括多通道数字控制模拟开关，所述多通道数字控制模拟开关的禁止端通过电阻接地，所述多通道数字控制模拟开关的禁止端还与所述中央处理器电连接；所述多通道数字控制模拟开关的两个输入端分别与所述中央处理器电连接，所述多通道数字控制模拟开关的两个二进制控制输入端分别与所述中央处理器电连接。

作为一种实施方式，所述多通道数字控制模拟开关包括CD4052差分四通道数字控制模拟开关。

作为一种实施方式，所述RS485通信模块包括通信芯片MAX3485，所述通信芯片MAX3485的接收器输出端通过第一限流电阻与所述多通道数字控制模拟开关的一输出端电连接，所述通信芯片MAX3485的驱动器输出端通过第二限流电阻与所述多通道数字控制模拟开关的另一输出端电连接；所述通信芯片MAX3485的接收器输出使能端、驱动器输出使能端均与所述中央处理器电连接；所述通信芯片MAX3485的差分信号发送端通过第一分压电阻接电源，所述通信芯片MAX3485的差分信号接收端通过第二分压电阻接地，所述通信芯片MAX3485的差分信号发送端、差分信号接收端之间跨接有第三分压电阻。

作为一种实施方式，所述中央处理器采用MSP430F169单片机，所述单片机外接有震荡电路

作为一种实施方式，所述GPS模块采用UBLOX高精度GPS授时模组或台湾长天M8729GPS芯片或UM220-III北斗+GPS双模芯片。

作为一种实施方式，所述GPRS模块采用振鸿伟业的GPRS DTU模块。

作为一种实施方式，所述看门狗模块采用MCP1316-29看门狗芯片。

作为一种实施方式，所述供电器包括：220VAC转12VDC电源模块、+12V转+5V电源模块、+5V转+3.3V电源模块、+5V转-5V电源模块，其中，220VAC转12VDC电源模块采用NES35-12明纬电源，+12V转+5V电源模块使用型号为LM2596-5的转换芯片，+5V转+3.3V电源模块使用型号为AMS1117-3.3的转换芯片，+5V转-5V电源模块使用型号为LMC7660IMX的转换芯片。

与现有技术相比，本实用新型其有益效果和显著进步在于：

1)首先，本实用新型提供的一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置，通过智能测控器的GPRS模块可实现数字恒电位仪远程监控装置向远程监控平台上传数字恒电位仪运行中的各项参数，从而实现远程监控平台管理人员对数字恒电位仪的实时监控的目的。

2)其次，本实用新型通过串口接口模块，为中央处理器提供多通道串口通信接口，增加了中央处理器的串口接口；有效地解决了因中央处理器的串口接口太少，而无法外接更多的模块。

3)其次，本实用新型通过RS485通信模块集成了现有技术中信号调理模块、信号隔离调理模块、信号隔离放大模块、继电器控制模块等的功能，减少了装置的元器件，方便了生产和使用，还降低了维护成本，提高了装置的稳定性，因此，极具推广应用价值。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置的构成框图；

图2为本实用新型提供的一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置与阴极保护设施中的数字恒电位仪的组合状态示意图；

图3为包括MAX3485芯片组成的RS485通信模块电路图；

图4为包括CD4052差分四通道数字控制模拟开关的电路图；

图5为中央处理器中MSP430F169单片机的电路图；

图6为采用了MCP1316-29看门狗芯片的看门狗模块电路图；

图7为本实用新型提供的一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置中供电系统的构成框图；

图8为本实用新型供电器中+12V转+5V电源模块的电路图；

图9为本实用新型供电器中+5V转+3.3V电源模块的电路图；

图10为本实用新型供电器中+5V转-5V电源模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图以及附图说明和实施例对本实用新型提供的技术方案做进一步详细说明。

说明中所描述的附图仅仅是本实用新型实施例中提供的一些具体实施方式，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图提出具有同等功能的原理框图或电路图，但这些都应包括在本实用新型的保护范围之中。

实施例

如图1～图10所示，本实用新型提供的一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置，包括：智能测控器和为其提供电力的供电器，其中，所述智能测控器至少包括：对数字恒电位仪进行数据测控的中央处理器，用于精确授时的GPS模块、用于与外界通讯的GPRS模块、用于保护中央处理器的看门狗模块，用于提供多通道的串口通信接口，RS485通信模块；所述中央处理器分别与所述GPS模块、看门狗模块电连接，所述中央处理器还通过所述串口通信接口分别与所述GPRS模块、RS485通信模块电连接，并由所述中央处理器IO口的高低电平控制所述RS485通信模块处于接收或发送状态；所述RS485通信模块还与带有RS485接口的数字恒电位仪通信连接。

优选的，所述串口通信接口包括多通道数字控制模拟开关，所述多通道数字控制模拟开关的禁止端INH通过电阻接地，所述多通道数字控制模拟开关的禁止端INH还与所述中央处理器的端口P4.4电连接；所述多通道数字控制模拟开关的两个输入端X、Y分别与所述单片机(中央处理器)的端口P3.7、P3.6电连接，所述多通道数字控制模拟开关的两个二进制控制输入端A、B分别与所述中央处理器的端口P4.2、P4.3电连接。

优选的，所述多通道数字控制模拟开关包括CD4052差分四通道数字控制模拟开关。因中央处理器芯片只提供两路串口通信，在本设计中GPRS和GPS两个模块占用了两路串口，没有和RS485通信模块通信的串口接口，为解决这一问题，本设计采用CD4052开关芯片将MCU的其中一路串口扩展成两路串口，分别接RS485通信模块和GPS模块，实现完整的串口通信链路。

CD4052是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号，这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关，当INH输入端＝“1”时，所有通道截止。二位二进制输入信号选通4对通道中的一通道，可连接该输入至输出。

优选的，所述RS485通信模块包括通信芯片MAX3485，所述通信芯片MAX3485的接收器输出端RO通过第一限流电阻与所述多通道数字控制模拟开关的一输出端X0电连接，所述通信芯片MAX3485的驱动器输出端DI通过第二限流电阻与所述多通道数字控制模拟开关的另一输出端Y0电连接；所述通信芯片MAX3485的接收器输出使能端RE、驱动器输出使能端DE均与所述中央处理器电的端口P4.5连接；所述通信芯片MAX3485的差分信号发送端B通过第一分压电阻接电源，所述通信芯片MAX3485的差分信号接收端A通过第二分压电阻接地，所述通信芯片MAX3485的差分信号接收端A、差分信号发送端B之间跨接有第三分压电阻。通过RS485通信模块，集成了现有技术中信号调理模块、信号隔离调理模块、信号隔离放大模块、继电器控制模块等的功能，减少了装置的元器件，方便了生产和使用，还降低了维护成本，提高了装置的稳定性。

优选的，所述中央处理器采用MSP430F169单片机，所述单片机外接有震荡电路，图5即为中央处理器中MSP430F169单片机的电路图，MSP430F169单片机为高性能超低功耗单片机，供电电压为3.3V，待机功耗为0.8μA，掉电模式功耗在0.1μA，从待机到唤醒时间不超过6μs。

所述GPS模块采用UBLOX高精度GPS授时模组，该模组搜星速度快、灵敏度高、授时精度高，授时精度可达10ns；所述GPS模块亦可选用台湾长天M8729等其他型号的GPS芯片，如UM220-III北斗+GPS双模芯片。

所述GPRS模块采用振鸿伟业的GPRS DTU模块，GPRS DTU模块宽电压供电，支持掉线自动连接、支持呼叫唤醒功能、支持数据加密协议；当然，所述GPRS模块亦可采用其他型号的GPRS/CDMA DTU模块。

所述看门狗模块采用MCP1316-29看门狗芯片，具体的，所述MCP1316-29看门狗芯片的端口WDI与单片机的端口P4.1电连接，MCP1316-29看门狗芯片的端口/RST与单片机的端口P6.0电连接，单片机的端口P6.0还通过第一看门电阻接3.3V电源，单片机的端口P6.0还通过第一看门电容接地，所述MCP1316-29看门狗芯片的端口/MR通过第二看门电阻接3.3V电源，所述3.3V电源与第二看门电容的一端电连接，所述第二看门电容的一端还与所述MCP1316-29看门狗芯片的端口VDD电连接，所述第二看门电容的另一端与所述MCP1316-29看门狗芯片的端口VSS电连接，所述第二看门电容的另一端接地。图6即为采用了MCP1316-29看门狗芯片的看门狗模块电路图，采用了MCP1316-29看门狗芯片的看门狗模块可实现遇到程序跑飞或电压突降时复位单片机的目的，且可以保护单片机免于在低压运行情况下而造成的损坏。

所述供电器包括：220VAC转12VDC电源模块、+12V转+5V电源模块、+5V转+3.3V电源模块、+5V转-5V电源模块，其中，220VAC转12VDC电源模块采用NES35-12明纬电源，+12V转+5V电源模块使用型号为LM2596-5的转换芯片，+5V转+3.3V电源模块使用型号为AMS1117-3.3的转换芯片，+5V转-5V电源模块使用型号为LMC7660IMX的转换芯片。

+12V转+5V电源模块，转换芯片LM2596-5的引脚1接12V电源，所述12V电源与第一电源二极管的阴极电连接，所述第一电源二极管的阳极通过熔断丝接地；所述12V电源通过双向瞬变抑制二极管接地，所述转换芯片LM2596-5的引脚1还与第一极性电容的正极电连接，所述第一极性电容的负极接地；所述转换芯片LM2596-5的引脚5、引脚3均接地；所述转换芯片LM2596-5的引脚4、2均与第二极性电容的正极电连接，所述第二极性电容的负极接地；所述转换芯片LM2596-5的引脚2还与第二电源二极管的阴极电连接，第二电源二极管的阳极接地；所述转换芯片LM2596-5的引脚2还通过第一电源电阻与第二电源电阻的一端电连接，所述第二电源电阻的另一端形成+12V转+5V电源模块的输出端。

+5V转+3.3V电源模块，转换芯片AMS1117-3.3的输入端Vin接5V电源，5V电源与第三极性电容的阳极电连接，所述第三极性电容的阴极接地；所述转换芯片AMS1117-3.3的输入端Vin通过第一电源电容接地，所述转换芯片AMS1117-3.3的接地端GND接地；所述转换芯片AMS1117-3.3的输出端Vout与第四极性电容的阳极电连接，所述第四极性电容的阴极接地；所述转换芯片AMS1117-3.3的输出端Vout通过第二电源电容接地，所述转换芯片AMS1117-3.3的输出端Vout与第三电源电阻的一端电连接，所述第三电源电阻的另一端形成+5V转+3.3V电源模块的电源输出端。

+5V转-5V电源模块，转换芯片LMC7660IMX的引脚8通过第四电源电阻接+5V电源，+5V电源与第五极性电容的正极电连接，所述第五极性电容的负极接地；所述转换芯片LMC7660IMX的引脚8还通过第三电源电容接地，所述转换芯片LMC7660IMX的引脚3接地，所述转换芯片LMC7660IMX的引脚2与第六极性电容的正极电连接，所述第六极性电容的负极与所述转换芯片LMC7660IMX的引脚4电连接；所述转换芯片LMC7660IMX的引脚5与第七极性电容的负极电连接，所述第七极性电容的正极接地；所述转换芯片LMC7660IMX的引脚5与通过第五电源电阻与第六电源电阻的一端电连接，所述第六电源电阻的另一端形成+5V转-5V电源模块的输出端，所述第六电源电阻的一端还与第八极性电容的负极电连接，所述第八极性电容的正极接地。

本实用新型提供的一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置，可以通过与数字恒电位仪连接，组成地埋钢管阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控系统，该系统具有以下基本功能：

1)通过智能测控器的GPRS模块可实现数字恒电位仪远程监控装置向设置在地埋钢管阴极保护基地内的远程监控平台上传数字恒电位仪运行中的各项参数，实现远程监控平台管理人员对数字恒电位仪的实时监控。

2)通过智能测控器的GPRS模块可接收远程监控平台发送的指令，实现对数字恒电位仪的远程智能化控制，这些指令包括：调整数字恒电位仪给定电位、数字恒电位仪断电测量、模式设置指令、超差复位指令、备机切换指令、软复位、参数设置指令等。

如此，不仅提高了整个系统的运行效率，同时节省了大量的人力物力，解决了现有技术对地埋钢管阴极保护设施维护、管理上的不足，形成了一种更为高效、准确、先进的维护、管理模式。

综上所述：本实用新型提供的一种阴极保护设施中的数字恒电位仪远程监控装置，不仅能够实现现有技术中恒电位仪远程监控装置的所有功能，达到对地埋钢管阴极保护设施的远程实时监控，而且，通过RS485通信模块，集成了现有技术中信号调理模块、信号隔离调理模块、信号隔离放大模块、继电器控制模块等的功能，减少了装置的元器件，方便了生产和使用，还降低了维护成本，提高了装置的稳定性，达到了本实用新型设定的目的，因此，极具推广应用价值。

最后，有必要说明的是：上述内容仅用于帮助理解本实用新型的技术方案，不能理解为对本实用新型保护范围的限制；本领域技术人员根据本实用新型的上述内容所做出的非本质改进和调整，均属本实用新型所要求的保护范围。