專利名稱：微功耗陰極保護電位數據自動采集器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于測試長輸管線陰極保護電位的微功耗陰極保護電位數據自動采集器，能夠在微功耗條件下進行長輸管道上陰極保護通電電位、斷電電位的自動判斷與檢測。
背景技術：
國內外的陰極保護電位的采集有以下幾種方法1、采集通電電位人工采集巡線工手持萬用表和參比電極，對各測試樁逐點巡線錄取，一般是一個月一次，各測試點每次只能采集一個數據。國內目前普遍采用該方式，由于一個月只有一個數據，數據量太少，不利于準確分析管道陰極保護狀況。
自動采集采用太陽能電池作為電源，用單片機實現陰極保護通電電位的自動采集。成本較高，同時安裝在野外現場時難以維護，容易遭到人為損壞，因此難以推廣應用。
2、采集斷電電位人工采集配合同步斷流器，巡線工手持萬用表和參比電極，對各測試樁逐點巡線錄取，人工進行斷電電位值的估讀。各測試點一次巡線僅能采集到一個數據，在管道上交流干擾比較嚴重的地方，斷電電位的數值估讀不準確。
自動采集采用直流電壓梯度測試技術(DCVG)配合同步斷流器，可以逐點檢測到管道的斷電電位。該設備基本依靠進口，成本較高，而且需要專業人員操作，各測試點一次巡線僅能采集到一個數據。
發明內容
本發明的目的是提供一種操作簡單、成本較低、安裝維護便利的長輸管道微功耗陰極保護電位數據自動采集器，能夠在微功耗條件下進行長輸管道上陰極保護通電電位、斷電電位的自動判斷與檢測，以提供大量基礎數據，便于準確分析管道的陰極保護狀況。
本發明的目的是這樣實現的本微功耗陰極保護電位采集器主要由4部分組成1、有源濾波系統采用微功耗運放組成有源濾波系統，消除管道上交流干擾的影響。
2、電源系統采用長效鋰電池給整個系統提供電源，一個2安時的鋰電池正常使用壽命達到15年。
3、數據處理系統采用微功耗單片機作為CPU，負責數據的A/D轉換、采集、存儲。
4、數據通訊系統采用微功耗無線收發芯片，完成數據的雙向傳輸。
電源部分采用集成穩壓芯片U6P4NX一端與中心控制芯片CPU的VDD端口連接，另一端與3.6V長效鋰電池連接，提供整個采集器需要的2.8V直流電壓；采用時鐘芯片U3P8563，由端口SCL、SDA0、INT0連接到CPU相應的端口，提供系統時鐘；有源濾波芯片U5MAX4471的B組端口連接到CPU相應的端口，A組端口與信號端口連接，管道上的電位信號輸入后，先經過U5組成的有源濾波后，再輸入CPU；存儲芯片U4AT24LW64的SCL、SDA1端口與CPU相應的端口連接，存儲數據；無線通訊芯片U2P89LPC933通過SPI、SCK、SCN、MISO、MOSI端口與CPU相應的端口連接，進行通訊，其收發和模式控制腳TRX-CE、TX-EN、POW-UP和CPU相應的端口相連接，其狀態輸出AM、DR連到CPU的I/O腳，進行檢測。CPU負責數據的判斷、采集，以及控制無線數據收發。
長輸管道上的電位信號通過信號濾波后，輸入到微功耗單片機中進行分析和判斷，選出有效數據進行存儲。微功耗單片機接收到指令后，將數據通過微功耗無線通訊傳輸出去。采用鋰電池作電源，應用微功耗技術，可以大大降低設備硬件成本。同時成品體積很小，可以安裝在現有測試樁內，便于安裝和維護。采集器采用電位差法進行通電電位和斷電電位的自動采集和判斷，無須人工操作，使用簡單。
使用鋰電池作電源的微功耗采集器，能夠自動判斷和采集管道陰極保護的通電電位和斷電電位，成本較低。體積小巧，可以安裝在現有陰極保護電位測試樁內，安裝方便，維護便利。而且使用簡單，不需要專業人員操作，符合我國國情。通過科技查新，目前國內外還沒有具有相同功能的產品。
2004年5月該成果通過了中國石油天然氣與管道分公司的驗收。根據國家標準要求所有埋地長輸金屬管道均須采用陰極保護，因此該成果具有非常廣闊的應用前景和重要的現實意義。便于準確地了解和掌握遠程管線的陰保實際狀況，提高了在役油氣管道的陰極保護管理水平，對于提高陰極保護的效率，完善陰極保護措施，最大限度延長管道使用壽命，保障管道安全運營，有著非常積極的意義。
圖1微功耗陰極保護電位數據自動采集器結構示意圖。
圖2微功耗陰極保護電位數據自動采集器部分電路圖。
圖3微功耗陰極保護電位數據自動采集器部分電路圖。
圖4微功耗陰極保護電位數據自動采集器部分電路圖。
具體實施例方式電源部分電源部分由R8、R9、BT1、CA2、CA3、U6、DB1組成；1)R8、R9構成一個分壓電路，R8、R9并聯端與CPU的AD11連接，R9另一端與U6的1端口和BT1正極連接，采集電池電壓狀態；2)BT1為一個3.6伏的長效鋰電池，一端與U6的1端口連接，另一端與U6的2端口連接，負責給整個系統供電；3)U6采用集成穩壓芯片P4NX，是一款低壓差、高效的電源芯片，為系統提供穩定可靠的2.8伏電源，并為AD提供基準；4)CA2、CA3為電源芯片U6要求的前后端濾波電容，二者的一端分別與U6的1、5端口連接，另一端與BT1的負極VSS連接；5)DB1是一組跳針，1端口與U6的5端口連接，2端口與電源端VDD連接，用于方便給CPU進行ICP編程。
實時時鐘部分實時時鐘部分由C14、C15、C16、X2、U3組成，并通過SCK、SDA、/INT與CPU連接。
1)U3是PHLIP公司的一款超低能的實時時鐘芯片P8563，其主要是為系統提供實時時鐘信號，并定時對CPU進行喚醒。
2)X2是標準的時鐘振蕩器，為P8563提供脈沖信號，一端與U3的1端口連接，另一端與U3的2端口連接。
3)C16連接到P8563的電源端，作為P8563的去耦電容。
4)C14、C15是X2的負載電容，與X2的兩端連接后接地。CPU部分由CPU、PR1、C18、S1組成，是系統的主控部分；1)CPU采用微功耗P89LPC933，負責整個系統的操控；2)PR1是一排阻，主要是作為I2C接口的上拉電阻，與VCC連接；3)C18連接到CPU的電源端，作為CPU的去耦電容；4)S1是一高性能的干簧管，用于CPU的外部喚醒，與端口3連接。
信號端口和防雷電路信號端口和防雷電路由D1～D8、DB3、R3構成
1)D1、D2、D3是一組構成對地、對電源、對信號都形成防雷保護的TBS管，在電路中起到初步泄放電流的作用；2)R3是一經過初步泄放電路以后串在信號回路中的限流電阻，其作用是在初步泄放電路不能完全泄放的情況下對它的下級電路進行限流保護；3)D4、D5、D6是一組構成對地、對電源、對信號都刑成防雷保護的TBS管，它們是在限流電阻后，其作用是進一步泄放電流和將雷電電壓降到安全值內；4)D7、D8是兩伏的穩壓管，其作用是將過高的直流輸入限制在對IC安全的值內；5)DB3是一2.54的壓線座子，用于固定信號線。
濾波部分濾波部分由U5、R4、R5、R6、R7、C19、C20、C21、C22構成。并由U5的OUTB腳連接到CPU的AD10采集端口；1)U5采用MAX4471芯片，一款微功耗、單電源的運放，負責與外圍電路構成二級低通濾波電路；2)R5、R6、C19、C22與運放的A組運放構成前級低通濾波。
R5、C19構成RC濾波，R6、C22構成RC濾波與信號端口連接；3)R4、R7、C20、C21與運放的B組運放構成前級低通濾波。
R4、C20構成RC濾波，R7、C21構成RC濾波，與CPU的AD10端口連接。
無線通訊部分
無線通訊部分包括U2、C8、C1、C2、R1、X1、C7、C5、C6、R2、C4、C9、C10、C11、L1、L2、L3、C3、C12、C13、E1，通過SPI、SCK、SCN、MISO、MOSI與CPU進行通訊，其收發和模式控制腳TRX-CE、TX-EN、POW-UP也是和CPU相連。其狀態輸出AM、DR也是連到CPU的I/O腳進行檢測。
1)U2是一款訊通公司的低能高效的信號可調的無線收發芯片NRF905，通過一些簡單的阻容器件，加上天線就形成一個可收可發的無線系統；2)C8連接到IC的電源端，作為它的去耦電容；3)X1是一16MHz的晶體振蕩器，負責給NRF905提供準確的時鐘脈沖信號與U2的XC1、XC2端口連接；4)C1、C2、R1作為晶體振蕩器X1的負載器件，X1通過R1、C1、C2接地；5)C7是NRF905的濾波電容，一端與DVDD-IV2端口連接另一端接地；6)C5、C6一端連接到正電源，另一端接地，作為高頻去耦電容；7)R2連接到NRF905的參考端，是NRF905要求的參考電阻；8)C4是發射部分的一個旁路電容，一端與U2的VDD_PA連接，另一端接地；9)C9、C10、C11，是一組高頻發射的匹配電容，串聯在一起；10)L1、L2、L3是一組高頻發射的匹配電感，；11)C12是隔低通高的電容；
12)C3是發射部分旁路電容；13)C13是發射部分旁路電容；14)E1是433MHz的天線，通過電容C13、C12、電感L2、電容C9、C11與U2的ANT2端口連接，通過電容C10與U2的ANT1端口連接。
系統擴展存儲芯片采用AT24LW64的SCL、SDA1端口與CPU相應的端口連接。
權利要求
1.一種微功耗陰極保護電位數據自動采集器，由有源濾波系統、電源系統、數據處理系統、數據通訊系統構成，其特征在于電源部分采用集成穩壓芯片U6P4NX一端與中心控制芯片CPU的VDD端口連接，另一端與3.6V長效鋰電池連接，提供整個采集器需要的2.8V直流電壓；采用時鐘芯片U3P8563，由端口SCL、SDA0、INT0連接到CPU相應的端口，提供系統時鐘；有源濾波芯片U5MAX4471的B組端口連接到CPU相應的端口，A組端口與信號端口連接，管道上的電位信號輸入后，先經過U5組成的有源濾波后，再輸入CPU；存儲芯片U4AT24LW64的SCL、SDA1端口與CPU相應的端口連接，存儲數據；無線通訊芯片U2P89LPC933通過SPI、SCK、SCN、MISO、MOSI端口與CPU相應的端口連接，進行通訊，其收發和模式控制腳TRX-CE、TX-EN、POW-UP和CPU相應的端口相連接，其狀態輸出AM、DR連到CPU的I/O腳，進行檢測，CPU負責數據的判斷、采集，以及控制無線數據收發。
全文摘要
本發明涉及一種微功耗陰極保護電位數據自動采集器，特征是電源部分采用集成穩壓芯片U6一端與中心控制芯片CPU的VDD端口連接，另一端與3.6V長效鋰電池連接；有源濾波芯片U5的B組端口連接到CPU相應的端口，A組端口與信號端口連接；存儲芯片U4的SCL、SDA1端口與CPU相應的端口連接；無線通訊芯片U2通過SPI、SCK、SCN、MISO、MOSI端口與CPU相應的端口連接，其收發和模式控制腳TRX－CE、TX－EN、POW－UP和CPU相應的端口相連接，其狀態輸出AM、DR連到CPU的I/O腳；本儀器能夠在微功耗條件下進行長輸管道上陰極保護通電電位、斷電電位的自動判斷與檢測。
文檔編號G01N17/02GK1956020SQ200510114259
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月25日 優先權日2005年10月25日
發明者劉軍, 蘭翔, 陳強, 吳玲 申請人:中國石油天然氣股份有限公司