一种智能供电的阴极保护测试装置及方法

技术领域

本发明属于智能电子设备技术领域，尤其是涉及一种智能供电的阴极保护测试装置。

背景技术

管道运输是工业生产和城市建设中不可缺失的重要组成部分，管道为生产生活提供着极大的便利。阴极保护测试桩是用于测量阴极保护状态参数的测试装置，是用于管道防腐的重要设备，需要周期性地通过测试桩进行阴极保护参数测量。

在目前的实际生产中，阴极保护参数测量工作大部分时候需工人携带万用表等测量仪器在测试桩安装处进行实地操作。这一过程费时费力，且测量参数误差大。目前已有智能阴极保护测试桩存在，通过测试桩内置控制电路和无线仪表，可以实现远程控制测量和后台数据接收，方便数据处理，同时也避免了人工测量造成的随机误差。然而，大部分智能阴极保护测试桩需要长期处于工作状态，常常会出现供电的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种智能供电的阴极保护测试装置，以避免太阳能电池板同时为系统和可充电电池供电时电力分配不科学，导致供电效率低，供电不足的现象发生。

这种智能供电的阴极保护测试装置，包括装置外壳、智能测试器和太阳能电池板；所述装置外壳底部设有连接结构，装置外壳通过连接结构安装于阴极保护测试桩顶部，使得智能供电的阴极保护测试装置直接实现可拆卸于测试桩桩体；所述装置外壳内装有智能测试器，所述智能测试器安装于阴极保护测试桩顶端，装置外壳包裹阴极保护测试桩，并将本装置与阴极保护测试桩桩体相连；所述装置外壳上部通过固定支架安装太阳能电池板；所述装置外壳两侧设有散热口，防止装置长期密闭使得电池和电路温度过高；所述装置外壳设有带锁小门，可通过带锁小门取出智能测试器；

所述智能测试器包括单片机、A/D转换芯片、电位采集电路、智能电源管理电路、可充电电池、GPRS模块和北斗模块(GPS模块)；单片机分别连接A/D转换芯片、智能电源管理电路、可充电电池、GPRS模块和北斗模块，A/D转换芯片分别连接电位采集电路和可充电电池；所述电位采集电路通过测试桩桩体内部连接所测管道；所述智能电源管理电路包括电池充电芯片、12V输出DC/DC转换器、12V转5V DC/DC转换器和5V转3.3V低压差线性稳压器(LDO)；所述太阳能电池板通过智能电源管理电路连接至可充电电池。

优选地，所述单片机为型号STM32L476RC的低功耗微控制器。

优选地，所述单片机连接北斗模块，通过北斗模块实现定位和校时。所述北斗模块选用AS-101D-33GPS+北斗双模芯片。

优选地，所述GPRS模块中选用型号SIM800C四频GSM/GPRS模块作为GPRS通讯芯片，其供电芯片为MIC29302稳压芯片，电压通过MIC29302稳压芯片对其进行供电。

优选地，所述智能电源管理电路采用bq24071电池充电芯片控制充电，12V输出DC/DC转换器LTM8045芯片转化输出12V电压，2V转5V DC/DC转换器LM2596芯片转化输出5V电压，低压差线性稳压器(LDO)LT3045-1转化输出3.3V电压。

优选地，所述A/D转换芯片采用型号AD7606的八通道DAS，所述A/D转换芯片用于将经过电位采集电路的输入模拟信号转换成数字信号。

优选地，所述电位采集电路包括极化试片电位采集电路、腐蚀试片电位采集电路、管道电位采集电路和继电器。

优选地，所述继电器采用型号g6k-2f-y的信号继电器，继电器连接至单片机，同时继电器连接在极化试片与管道之间，用于控制所述极化试片与管道之间的通断。

优选地，所述极化试片电位采集电路、腐蚀试片电位采集电路和管道电位采集电路均采用LM324运算放大器对电压信号进行调制。

这种智能供电的阴极保护测试装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、单片机工作前处于待机状态，只保留内部时钟功能，通过北斗模块校时和单片机内部时钟的定时功能，单片机在设定时间苏醒；

S2、由单片机发出指令，唤醒A/D转换芯片AD7606和GPRS模块的芯片SIM800C，等待一段时间，期间GPRS模块和北斗模块分别连接至后台服务器和卫星；

S3、待系统稳定后，单片机控制继电器，断开极化试片与管道的连接，A/D转换芯片AD7606接收此时电位采集电路所测电位，并转换为数字信号发送给单片机处理；继电器断开2-3s后接通，12-15s后再次断开，A/D转换芯片AD7606接收此时电位采集电路所测电位，并转换为数字信号发送给单片机处理；上述步骤重复5-7次；

S4、单片机接收数字信号，进行处理后通过GPRS模块发送至后台服务器，最后通过北斗模块对单片机进行校时，完成后单片机继续进入待机状态，等待下一次苏醒。

本发明的有益效果是：本发明的智能测试器通过测试桩桩体内部连接所测管道，可实现无人测量和无线数据传输的功能，除此之外，避免了太阳能电池板同时为系统和可充电电池供电时电力分配不科学，导致供电效率低，供电不足的现象发生。

附图说明

图1为本发明的可拆卸的智能阴极保护测试装置的结构示意图。

图2为本发明的可拆卸的智能阴极保护测试装置的原理图。

图3为本发明的单片机的电路原理图。

图4为本发明的GPRS模块的芯片电路原理图。

图5为本发明的电位采集电路的电路原理图。

图6为本发明的智能电源管理电路的电路原理图。

图7为本发明的A/D转换芯片的电路原理图。

附图标记说明：1—太阳能电池板；2—固定支架；3—散热口；4—装置外壳；5—带锁小门；6—连接结构；7—智能测试器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例一

如图1所示，可拆卸的智能供电的阴极保护测试装置包括太阳能电池板1、装置外壳4、智能测试器7。装置外壳内部装有智能测试器7。所述装置外壳底部设有连接结构6，通过连接结构6使得智能供电的阴极保护测试装置直接实现可拆卸于测试桩桩体。所述智能测试器安装于桩体顶端，所述装置外壳包裹智能测试桩(即阴极保护测试桩)，并将本装置与阴极保护测试桩桩体相连。所述装置外壳两侧设有散热口3，防止装置长期密闭使得电池和电路温度过高。所述装置外壳设有带锁小门5，可通过带锁小门取出所述智能测试器。所述装置外壳上部设有固定支架2，通过固定支架2安装太阳能电池板1。

进一步的，如图2所示，所述智能测试器7包括单片机、A/D转换芯片、电位采集电路、智能电源管理电路、可充电电池、GPRS模块、北斗模块；所述电位采集电路包括极化试片电位采集电路、腐蚀试片电位采集电路、管道电位采集电路和继电器，电位采集电路通过测试桩桩体内部连接所测管道，智能测试器经过导线分别与极化探头、腐蚀试片以及埋地管道相连接。其中，极化试片电位采集电路、腐蚀试片电位采集电路、管道电位采集电路分别与极化试片、腐蚀试片、管道相连。

更进一步的，继电器连接至单片机，通过接受单片机命令来控制被测管道与极化试片之间的通断。

具体地，所述北斗模块选用AS-101D-33GPS+北斗双模芯片，单片机连接北斗模块，通过北斗模块实现定位和校时。

具体地，所述单片机选用型号STM32L476RC的低功耗微控制器，其电路原理图如图3所示。正常工作情况下，该单片机采用3.3V电压供电，待机模式下的功耗仅120nA。

具体地，所述GPRS模块中选用型号SIM800C四频GSM/GPRS模块作为GPRS通讯芯片，电路原理图如图4所示。芯片连接有GSM天线和蓝牙天线，天线底座选用MHF4。所述STM32L476RC单片机通过串口通信将处理数据传输给SIM800C后，经由GSM天线或蓝牙天线发送至后台服务器。

进一步的，所述极化试片电位采集电路、腐蚀试片电位采集电路、管道电位采集电路均选用LM324运算放大器对电位电压信号进行调制，LM324是一款具有真正的差分输入的四路运算放大器，该四路运算放大器可以工作于低至3.0V或高达32V的电源电压，无需外部偏置元器件。

进一步的，所述智能电源管理电路采用bq24071电池充电芯片控制充电，12V输出DC/DC转换器LTM8045芯片转化输出12V电压，12V转5V DC/DC转换器LM2596芯片转化输出5V电压，低压差线性稳压器(LDO)LT3045-1转化输出3.3V电压。

具体地，bq24071设计有动态电源路径管理(DPPM)技术，芯片可通过调节电池充电电流、充电电压或系统总线电压，实现太阳能电池板电力的最大化。

更具体地，当系统和电池充电所需电流大于太阳能电池板提供的电流，就会通过降低电池充电电流来使系统总线电压下降，一旦系统总线电压降至提前设定的DPPM阈值时，系统电压保持稳定。太阳能电池板将在保证供电满足DPPM阈值的基础上，使用剩余电力为可充电电池充电。当太阳能电池板提供的电流不足以为系统总线供电时，MOSFET控制电池辅助供电。

进一步的，所述A/D转换芯片采用型号AD7606的八通道DAS。A/D转换芯片用于将经过电位采集电路的输入模拟信号转换成数字信号，然后将数字信号传输至单片机进行数据处理。

具体地，极化试片电位采集电路、腐蚀试片电位采集电路、管道电位采集电路分别连接极化试片、腐蚀试片和管道，三路电位采集电路所得模拟电压信号分别传输至AD7606芯片的三个信号输入引脚，输入引脚的地端接参比电极，以此得到电位参数，参数经由串口从A/D芯片传输至单片机，经单片机处理后控制GPRS模块发送数据。

实施例二

本实施例提供一种智能供电的阴极保护测试装置的测试方法，智能测试器对管道电位参数进行测量的具体工作流程描述如下：

S1、首先，单片机工作前处于待机状态，只保留内部时钟功能，通过北斗模块校时和单片机内部时钟的定时功能，单片机在设定时间苏醒。

S2、之后由单片机发出指令，唤醒A/D转换芯片AD7606和GPRS模块的芯片SIM800C，等待一段时间，如30秒，期间GPRS模块和北斗模块分别连接至后台服务器和卫星。

S3、待系统稳定后，单片机控制继电器，断开极化试片与管道的连接，A/D转换芯片AD7606接收此时电位采集电路所测电位，并转换为数字信号发送给单片机处理。继电器断开3s后接通，12s后再次断开(断电3s内测得的极化试片电位较准确，而管道通电12s后可保证电位恢复)，AD7606重复上述测量，上述步骤重复5-7次。

S4、单片机接收数字信号，进行处理后通过GPRS模块发送至后台服务器，最后通过北斗模块对单片机进行校时，完成后单片机继续进入待机状态，等待下一次苏醒。