基于LoRa-Mesh的智能阴保测试桩和系统的制作方法

本技术属于埋地长输管道阴极保护监控领域，具体涉及一种基于lora-mesh的智能阴保测试桩和系统。

背景技术：

1、lora-mesh是一种采用扩频技术的mesh网络,具体来说是一种分布式的对等网状网络，通信频段为433/470/868/915mhz，支持10级路由，网络理论覆盖范围达几十公里以上，通信距离远且扩频跳频技术抗干扰能力强，使用简单，非常适合应用在多节点，低速率，低功耗的物联网场景，其主要用于电表实时抄表、收费、费控、设备故障远程状态监控等通讯，同时mesh网络具有部署快、低成本等优势，适合超大规模网络部署。

2、埋地长输天然气管道是城市之间的干线输气管道,它具有输气量大,压力高,输气距离长的特点。在长输管道服役过程中，需要对其施加阴极保护防护措施，一般是牺牲阳极保护和强制电流保护方法，管道管理的相关部门定期检测管道的阴极保护电位，并对汇总数据进行分析评价，判断管道的受保护状态是否正常。日常电位测试主要分为自动采集和人工采集两种方式。传统的阴极保护监控方法一般由专业人员定期携带检测设备，现场进行检测并记录保护电位数据，之后进行统一分析并存档记录。由于长输管道管线距离长，沿线地区环境复杂，这种定期人工巡检的方式需要花费大量的人力、物力，而且检测设备落后，精确度不高，时效性差，采集数据量有限，易出现误报、误判现象。尤其是在管线穿越山脉、河流及农田地,当遇到恶劣天气时,使得人工测试不便甚至无法测试。

3、近年来，国内不少长输管道运营公司在一些管段及场站等地方，针对以上问题对长输管道阴极保护系统进行升级改造，安装了一些具有数据自动采集并能够远传的阴极保护测试桩，解决了一些实际问题。但是现有的测试桩通讯方式是通过增加4g通讯、nb-iot通讯、gprs通讯等方式实现的，必须依赖于运营商的移动通讯网络进行数据传输。长输管道沿线的地形地貌及其他自然环境复杂，一些无运营商基站信号的覆盖的盲区依然无法实现阴保测试数据的远程监控。针对上述无法在没有公网的地区进行阴保电位数据的远传的问题，尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、针对在长输管道途径区域没有运营商移动网络覆盖的盲区解决阴保数据的无线传输问题，本实用新型提供了一种基于lora-mesh的智能阴保测试桩和系统，以实现阴保数据的安全稳定传输。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于lora-mesh的智能阴保测试桩，包括：测试桩壳体、参比电极和管道测试电缆，所述测试桩壳体底部设置固定在地面内，所述参比电极设置在长输管道一侧的地面内；所述测试桩壳体内设置有阴保数据采集电路、数据接口和控制电路；

3、参比电极通过参比电极电缆与所述阴保数据采集电路的输入端连接，所述管道测试电缆的一端与长输管道电连接，另一端与阴保数据采集电路的输入端连接，所述阴保数据采集电路的输出端通过数据接口与所述控制电路连接；

4、所述控制电路包括：主控制器、lora通讯模块，数据存储模块、蓝牙通讯模块、电源管理控制模块；所述主控制器通过数据接口与阴保数据采集电路的输出端连接，所述主控制器通过所述lora通讯模块与lora网关或相邻的智能阴保测试桩通信连接，所述主控制器通过所述蓝牙通讯模块与配置上位机连接，所述电源管理控制模块用于对所述阴保数据采集电路和控制电路供电。

5、所述的一种基于lora-mesh的智能阴保测试桩，还包括设置在所述测试桩壳体上的太阳能电池板和lora天线，所述太阳能电池板的输出端与所述电源管理控制模块连接，用于给所述控制电路板供电；所述lora天线与所述lora通讯模块连接。

6、所述测试桩壳体安装于参比电极与长输管道之间。

7、所述lora通讯模块采用wh-l101-l-c为lora核心处理器，所述主控制器选用的mcu型号为esp32-pico-d4。

8、所述控制电路还包括按键模块，所述按键模块包括复位按键sw1、下载按键sw2、确认按键sw3和选择按键sw4；复位按键sw1、下载按键sw2、确认按键sw3和选择按键sw4的两端分别并联连接一个电容；复位按键sw1的一端接地，另一端通过电阻r12与主控制器的en端口连接；所述下载按键sw2的一端接地，另一端通过电阻r17与主控制器的io0端口连接；所述下载按键sw3的一端接地，另一端通过电阻r18与主控制器的io19端口连接；所述下载按键sw4的一端接地，另一端通过电阻r19与主控制器的io23端口连接；所述主控制器的io0端口、io19端口和io23端口还分别通过上拉电阻r13、上拉电阻r14、上拉电阻r15与电源正极连接。

9、此外，本发明还提供了一种基于lora-mesh的智能阴保测试系统，包括数据中心、阀室和多个所述的智能阴保测试桩，所述阀室沿长输管道设置，其内设置有lora网关；各个智能阴保测试桩在两个阀室间沿长输管道沿线均匀布置，每个智能阴保测试桩形成一个lora子站，各个lora子站通过lora通讯依次通信连接后与lora网关通信连接，所述lora网关通过互联网和/或北斗卫星通讯与数据中心通讯连接。

10、所述阀室沿长输管道每隔20km设置一个，所述智能阴保测试桩沿长输管道每隔1km设置一个；两个阀室间的测试桩根据阀室lora基站的信号覆盖半径分别编为2组，各组内的智能阴保测试桩仅与组内的智能阴保测试桩或对应阀室内的lora网关通信。

11、本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

12、本实用新型提供了一种基于lora-mesh通讯的长输管道智能阴保测试桩和系统，基于lora-mesh无线通讯网络进行数据传输，并结合太阳能电池为智能测试桩供电，解决了在没有公网覆盖的地区进行阴保电位数据远传的问题。本实用新型的测试桩特别适合用于部署在供电、通信困难的野外、山区等复杂环境中，而且兼具有布设方便、数据采集连续性好、稳定可靠、使用简便、运行维护成本低的优点。通过lora自组网通讯方式进行数据传输，不用流量费用，节约了成本。

技术特征：

1.一种基于lora-mesh的智能阴保测试桩，其特征在于，包括：测试桩壳体(1)、参比电极(2)和管道测试电缆(3)，所述测试桩壳体(1)底部设置固定在地面内，所述参比电极(2)设置在长输管道(4)一侧的地面内；所述测试桩壳体(1)内设置有阴保数据采集电路、数据接口和控制电路；

2.根据权利要求1所述的一种基于lora-mesh的智能阴保测试桩，其特征在于，还包括设置在所述测试桩壳体(1)上的太阳能电池板(6)和lora天线(7)，所述太阳能电池板(6)的输出端与所述电源管理控制模块连接，用于给所述控制电路板供电；所述lora天线(7)与所述lora通讯模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于lora-mesh的智能阴保测试桩，其特征在于，所述测试桩壳体(1)安装于参比电极(2)与长输管道(4)之间。

4.根据权利要求1所述的一种基于lora-mesh的智能阴保测试桩，其特征在于，所述lora通讯模块采用wh-l101-l-c为lora核心处理器，所述主控制器选用的mcu型号为esp32-pico-d4。

5.根据权利要求1所述的一种基于lora-mesh的智能阴保测试桩，其特征在于，所述控制电路还包括按键模块，所述按键模块包括复位按键sw1、下载按键sw2、确认按键sw3和选择按键sw4；复位按键sw1、下载按键sw2、确认按键sw3和选择按键sw4的两端分别并联连接一个电容；复位按键sw1的一端接地，另一端通过电阻r12与主控制器的en端口连接；所述下载按键sw2的一端接地，另一端通过电阻r17与主控制器的io0端口连接；所述下载按键sw3的一端接地，另一端通过电阻r18与主控制器的io19端口连接；所述下载按键sw4的一端接地，另一端通过电阻r19与主控制器的io23端口连接；所述主控制器的io0端口、io19端口和io23端口还分别通过上拉电阻r13、上拉电阻r14、上拉电阻r15与电源正极连接。

6.一种基于lora-mesh的智能阴保测试系统，其特征在于，包括数据中心、阀室、和多个权利要求1所述的智能阴保测试桩，所述阀室沿长输管道(4)设置，其内设置有lora网关；各个智能阴保测试桩在两个阀室间沿长输管道(4)沿线均匀布置，每个智能阴保测试桩形成一个lora子站，各个lora子站通过lora通讯依次通信连接后与lora网关通信连接，所述lora网关通过互联网和/或北斗卫星通讯与数据中心通讯连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于lora-mesh的智能阴保测试系统，其特征在于，所述阀室沿长输管道(4)每隔20km设置一个，所述智能阴保测试桩沿长输管道(4)每隔1km设置一个；两个阀室间的测试桩根据阀室lora基站的信号覆盖半径分别编为2组，各组内的智能阴保测试桩仅与组内的智能阴保测试桩或对应阀室内的lora网关通信。

技术总结
本技术属于埋地长输管道阴极保护监控领域，具体涉及一种基于LoRa‑Mesh的智能阴保测试桩和系统。包括：测试桩壳体、参比电极和管道测试电缆，测试桩壳体内设置有阴保数据采集电路、数据接口和控制电路；参比电极和管道测试电缆与阴保数据采集电路的输入端连接，阴保数据采集电路的输出端通过数据接口与控制电路连接；控制电路包括：主控制器、LoRa通讯模块，数据存储模块、蓝牙通讯模块；主控制器通过数据接口与阴保数据采集电路的输出端连接，主控制器通过LoRa通讯模块与LoRa网关或相邻的智能阴保测试桩通信连接，主控制器通过蓝牙通讯模块与配置上位机连接。本技术可以实现无公网区域的阴保数据在线检测，实用方便，稳定可靠。

技术研发人员：赵媛,温辉,王锋,张俊,李叶斌,孙昭君,姚国斌
受保护的技术使用者：山西天然气有限公司
技术研发日：20231228
技术公布日：2024/9/2