一種低功耗智能巡檢電源保障儀的製作方法

2023-06-03 02:06:54 1

本實用新型涉及安全供電技術領域，具體來說，涉及一種低功耗智能巡檢電源保障儀。

背景技術：

智能巡檢儀能夠對管道地質災害情況、管道違章佔壓、打孔盜油等事件的及時掌握和處理，以及發現在地面難以發現的缺陷，更直觀地檢查管道沿線水工保護是否完整、各閥室周圍是否存在潛在的安全隱患，確保長輸油管道的安全運行。

現在石油、天然氣傳輸管道以及城市燃氣傳輸管道巡檢，由於遠離市區，沒有正常市電供應，無法使用智能巡檢儀，只能採用手工記錄方式，同時由於電源保障不了，導致管線巡檢不到位、遺漏巡檢點。

此外，智能巡檢儀在使用過程中由於供電電源不穩，會造成數據保存不完整、不準確、數據丟失、遺漏等問題嚴重，並且在發現隱患點（如管道腐蝕，管道洩漏）時，會因為檢測設備供電不穩，以至於不能及時上報，隱患地點、情況描述不清楚，無法對隱患及時作出處理，由小隱患積累成大事故，造成石油管道爆炸，直接危害到人民生命以及國家財產安全。

有的巡檢系統由於系統設計沒有考慮低功耗，特別是野外管道巡檢，缺乏完善電力供應，滿足不了長時間巡檢要求。

對於採用太陽能供電的巡檢系統而言，由於太陽能受天氣因素的制約比較大，太陽光照射分布密度小，受光時間、強度大小具有隨機性間歇性，要保證太陽能電池輸出電壓的穩定，就需要用蓄電池來儲存電能，在白天有陽光時對蓄電池充電，晚上蓄電池給負載放電。若考慮連續陰雨天氣，對蓄電池容量要求就更大，太陽能電池組容量就越大，成本也就越高。

因此，研製出一種可為巡檢儀提供穩定電源的電源保障設備，便成為業內人士亟需解決的問題。

技術實現要素：

本實用新型提出了一種低功耗智能巡檢電源保障儀，克服了現有產品中上述方面的不足。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種低功耗智能巡檢電源保障儀，包括殼體，所述殼體內設置有ARM處理器，所述ARM處理器分別電連接有按鍵顯示電路、光敏傳感器、溫度傳感器、電壓電流採集電路、穩壓及短路保護電路、軟開關和充放電及供電切換電路所述按鍵顯示電路上設置有控制按鍵、數碼管和若干指示燈，電壓電流採集電路和充放電及供電切換電路均電連接反向保護電路，電壓電流採集電路與反向保護電路之間設有均衡電路，充放電及供電切換電路與穩壓及短路保護電路電連接，所述穩壓及短路保護電路與軟開關電連接；所述反向保護電路分別電連接太陽能電池、蓄電池和開關電源，所述軟開關電連接智能巡檢儀。

進一步地，所述ARM處理器採用飛利浦ARM晶片LPC2134。

進一步地，所述控制按鍵、數碼管和若干指示燈均設置在該殼體的頂部。

進一步地，所述指示燈包括光電池充電指示燈、蓄電池狀態指示燈、市電充電指示燈、負載狀態指示燈。

進一步地，所述太陽能電池電連接有太陽能電池接口，所述蓄電池電連接有蓄電池接口，所述開關電源電連接有開關電源接口並電連接市電供電，所述智能巡檢儀電連接負載接口。

進一步地，太陽能電池接口、蓄電池接口、開關電源接口和負載接口均設置在該殼體的前側。

進一步地，所述ARM處理器還電連接有蜂鳴器。

本實用新型的有益效果為：可為巡檢儀提供穩定電源，保證了採集數據的完整性和可靠性，減少了人力投入，減少了不必要的損失。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例所述的低功耗智能巡檢電源保障儀的結構示意圖；

圖2是根據圖1所示的低功耗智能巡檢電源保障儀的原理框圖；

圖3是根據圖1所示的低功耗智能巡檢電源保障儀的整體電路圖；

圖4是根據圖1所示的穩壓及短路保護電路的電路圖；

圖5是根據圖1所示的均衡電路的電路圖；

圖6是根據圖1所示的電壓電流採集電路的電路圖；

圖7是根據圖1所示的按鍵顯示電路的電路圖；

圖8是根據圖1所示的反向保護電路的電路圖。

圖中：

1、ARM處理器；2、按鍵顯示電路；3、光敏傳感器；4、溫度傳感器；5、電壓電流採集電路；6、穩壓及短路保護電路；7、軟開關；8、反向保護電路；9、充放電及供電切換電路；10、均衡電路；11、殼體；12、控制按鍵；13、數碼管；14、指示燈；15、太陽能電池接口；16、蓄電池接口；17、開關電源接口；18、負載接口。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

如圖1-8所示，根據本實用新型實施例所述的一種低功耗智能巡檢電源保障儀，包括殼體11，所述殼體11內設置有ARM處理器1，所述ARM處理器1分別電連接有按鍵顯示電路2、光敏傳感器3、溫度傳感器4、電壓電流採集電路5、穩壓及短路保護電路6、軟開關7和充放電及供電切換電路9，所述按鍵顯示電路2上設置有控制按鍵12、數碼管13和若干指示燈14，電壓電流採集電路5和充放電及供電切換電路9均電連接反向保護電路8，電壓電流採集電路5與反向保護電路8之間設有均衡電路10，充放電及供電切換電路9與穩壓及短路保護電路6電連接，所述穩壓及短路保護電路6與軟開關7電連接；所述反向保護電路8分別電連接太陽能電池、蓄電池和開關電源，所述軟開關7電連接智能巡檢儀。

在本實用新型的一個具體實施例中，所述ARM處理器1採用飛利浦ARM晶片LPC2134。

在本實用新型的一個具體實施例中，所述控制按鍵12、數碼管13和若干指示燈14均設置在該殼體11的頂部。

在本實用新型的一個具體實施例中，所述指示燈14包括光電池充電指示燈、蓄電池狀態指示燈、市電充電指示燈、負載狀態指示燈。

在本實用新型的一個具體實施例中，所述太陽能電池電連接有太陽能電池接口15，所述蓄電池電連接有蓄電池接口16，所述開關電源電連接有開關電源接口17並電連接市電供電，所述智能巡檢儀電連接負載接口18。

在本實用新型的一個具體實施例中，太陽能電池接口15、蓄電池接口16、開關電源接口17和負載接口18均設置在該殼體11的前側。

在本實用新型的一個具體實施例中，所述ARM處理器1還電連接有蜂鳴器。

為了方便理解本實用新型的上述技術方案，以下通過具體使用方式上對本實用新型的上述技術方案進行詳細說明。

本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀，就是以太陽能電池發電為主，以普通220V交流電補充電能為輔的電源保障系統，採用此系統，光伏電池組和蓄電池容量可以設計得小一些，基本上是當天白天有陽光，當天就用太陽能發電同時給蓄電池充電，到天黑時蓄電池放電對智能巡檢儀提供電源。

電源保障系統由太陽能電池、智能巡檢儀、蓄電池、市電供電、低功耗智能巡檢電源保障儀和開關電源構成。其中，本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀是整個電源保障系統的控制核心，用於對蓄電池的充放電控制、智能巡檢儀供電控制、市電供電的自動切換控制及相關保護控制等；太陽能電池用於把太陽能轉換成電能，並且本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀通過採集太陽能電池電壓的大小來判斷是白天還是黑夜；蓄電池是整個電源保障系統的儲能設備，白天時太陽能電池給蓄電池充電，晚上或陰雨天時智能巡檢儀由蓄電池來供電，並且可以採集蓄電池電壓，當蓄電池供電不足時切換至市電供電。

本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀主要由電源輸入、數據採集顯示控制器、ARM處理器1、輸出部分組成。ARM處理器1為控制核心，通過ARM處理器1對蓄電池電壓、太陽能電池電壓、環境溫度等參數進行採集，ARM運算決策，選擇符合蓄電池特性的溫度補償參數，實現高準確控制，同時，採用智能高效的PWM模糊充電方式對蓄電池進行充電，保證蓄電池工作在最佳狀態。數據採集顯示控制器帶有按鍵顯示電路2，可以方便地設置運行模式和運行參數，同時通過按鍵顯示電路2也可直觀地顯示當前的運行狀態。

電源輸入部分包括對市電輸入、蓄電池輸入、太陽能電池輸入起保護作用的反向保護電路8和充放電及供電切換電路9。充放電及供電切換電路9實現市電供電和蓄電池供電的切換，以及實現太陽能電池對蓄電池的充電控制、蓄電池的放電控制，同時，向輸出部分的穩壓及短路保護電路6提供電源。

數據採集顯示控制器包括按鍵顯示電路2、電壓電流採集電路5、溫度傳感器4、光敏傳感器3和均衡電路10。按鍵顯示電路2上設置有控制按鍵12、數碼管13和若干指示燈14，控制按鍵12包括測試按鍵、菜單選擇鍵和參數選擇鍵。測試按鍵可使數據採集顯示控制器進入測試狀態；菜單選擇鍵用來選擇工作模式，每按一下菜單選擇按鍵，模式值將會變換一次，同時也會顯示該模式下的對應參數，此時，按下參數選擇按鍵則可設置該模式下的運行參數；系統的運行模式和參數等重要數據均保存在ARM處理器1內部，掉電後不丟失，使調節更加方便，系統工作更可靠。指示燈14包括光電池充電指示燈、蓄電池狀態指示燈、市電充電指示燈、負載狀態指示燈，數碼管13為2個用於運行參數顯示，光電池充電指示燈用來顯示太陽能電池的工作狀態，蓄電池狀態指示燈用來顯示蓄電池的工作狀態，市電充電指示燈用來顯示市電的工作狀態，負載狀態指示燈用來顯示負載的工作狀態，負載狀態指示燈有兩個，負載接口18有兩個，每個負載狀態指示燈對應一個負載接口18，2個數碼管13在進行參數設置時分別顯示模式和該模式下的參數，在沒有進行參數設置時顯示溫度。電壓電流採集電路5用於電壓採集和電流採集，溫度傳感器4用於溫度採集，光敏傳感器3用於感光採集，電壓採集、電流採集、溫度採集、感光採集分別完成對蓄電池和太陽能電池電壓、放電電流、溫度狀態、光照情況的採集，並將這些信號供ARM處理器1運算處理，電壓電流採集電路5受ARM處理器1的控制，從而控制均衡電路10是否工作。

ARM處理器1採用飛利浦公司ARM晶片LPC2134，該晶片是高端的32位實時處理器，在整個系統中處於核心地位。對數據採集顯示控制器採集來的各種數據進行分析處理，做出相應決策，控制充放電及供電切換電路9、電壓電流採集電路5、穩壓及短路保護電路6和軟開關7，實現對蓄電池的充放電控制、對數據採集顯示控制器的保護控制、對輸出負載的通斷控制。當太陽能電池不能正常向負載供電時，市電通過充放電及供電切換電路9、穩壓及短路保護電路6和軟開關7，可自動單獨給負載供電而非市電直接加到蓄電池上面的接入方式，可減小市電對蓄電池和市電電源造成的損壞，能有效減少市電電源功率配置。整個切換過程實現軟切換，不會對負載和蓄電池造成衝擊，負載工作不受影響。

輸出部分包括穩壓及短路保護電路6和軟開關7。在ARM處理器1的控制下，穩壓及短路保護電路6實現短路保護和穩壓輸出，軟開關7實現雙路輸出獨立的通斷控制。軟開關7電連接兩個負載接口18，每個負載接口18均可以連接一個智能巡檢儀。

本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀採用市電互補方式，對推廣智能石化管線巡檢系統的應用有著現實和經濟意義。實現了智能巡檢儀的低功耗及市電互補控制，該低功耗智能巡檢電源保障儀以ARM處理器1為核心，通過對蓄電池電壓、太陽能電池電壓、環境溫度等參數進行採樣，進入ARM運算決策，可實現溫度補償修正的高準確控制，且具備蓄電池選擇功能及市電供電自動切換功能。該低功耗智能巡檢電源保障儀應用於智能石化管線巡檢儀，既可以減少一次性投資，又可以取得顯著的節能減排效果。

太陽能作為一種「取之不盡、用之不竭」的綠色、清潔能源，正迅速得到廣泛應用。智能石化管線巡檢儀具有體積小、堅固耐用、耗電量低、使用壽命長、環保、光色性能好等特點。太陽能電池輸出的是直流電，而智能石化管線巡檢儀也是直流驅動，兩者易於匹配，可獲得很高的利用率，又降低成本，所以智能石化管線巡檢儀越來越受到能源運輸行業的重視。

本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀採用獨特設計理念，內置低功耗電腦晶片實現智能化控制，加上專門用於電源控制的外圍控制電路，是專門為石油石化及天然氣管線巡檢系統進行太陽能供電而採用12V/24V直流節能供電設計的一款通用的低功耗智能巡檢電源保障儀，此低功耗智能巡檢電源保障儀除具有常規控制器所有功能外，還增加了12v直流節能電源供電易損保護功能。

本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀採用了低頻PWM的半橋拓補充電主電路，使充電迴路的電壓損失較使用二極體防反充的充電電路降低近一半以上，充電效率較非PWM高3%-6%，增加了用電時間；過放恢復的提升充電，正常的均衡充電，浮充充電自動控制方式延長電池的使用壽命；同時具有高精度溫度補償。

具體參數如下：

本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀最大負載功率可達到720w，採用智能化程序線路設計，整個外殼均可起到散熱作用，散熱功能強大，廣泛應用於石油石化及天然氣管線巡檢系統太陽能供電等。

型號：Lven-dybz01；

額定充電電流：20A/30A；

工作電壓：DC12/24V(智能識別)；

保護功能：過充、過放、短路；

工作模式：通用、光控；

狀態顯示：太陽能電池板充電狀態指示，蓄電池電量狀態指示，負載狀態指示；

數字顯示：2位數碼管顯示；

過放電壓：11.1V空載電壓+放電率補償修正的初始過放電壓；×2/24V；

浮充電壓：13.6V；×2/24V(維持時間：直至降到充電返回電壓動作)；

空載損耗：不大於5mA；

反接保護：正負極反接保護功能；

充電控制方式；PWM脈寬調製；

工作溫度：-35℃至+55℃；

可以以極低的功耗進行工作，可以對內部蓄電池充電，在內部電池滿電的情況下，可以保證智能巡檢儀持續工作10-15天，保證長時間最多兩周全陰天的極端天氣巡檢設備正常工作。

本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀的整個殼體11均可起到散熱作用，散熱功能強大且安裝方便，可以安置在現有的杆體上，也可以安裝在智能巡檢儀內部。

本實用新型所述的低功耗智能巡檢電源保障儀適用範圍廣，電源保障精度高，可保證智能巡檢儀穩定運行，傳輸可靠性得到極大提高，特別是在智能巡檢儀啟動攝像機拍攝時和傳輸圖像時。

現有技術主要採用人工巡視，手工記錄方式。由於野外管線環境條件惡劣，自然災害頻發，導致巡檢不到位、遺漏巡檢點，數據保存不完整、不準確、數據丟失、遺漏等缺點，本實用新型中所提到的智能巡檢儀採用物聯網技術，通過紅外感應傳感器、微波傳感器、震動傳感器採集非法入侵信號，同時，報警信號觸發紅外攝像機進行拍照，並將報警信號及現場圖片進行上傳，保證了採集數據的完整性和可靠性。

現有技術主要採用人工巡視，要消耗大量的人力物力，隨著人力資源的緊張、還有很多巡視不到位的地方，導致管線受損、偷盜油氣資源案件頻發，造成嚴重的經濟損失。採用智能巡檢儀後，能減少人力投入，同時提前觀察現場情況，藉助大數據分析技術提前預警，減少損失。

綜上所述，藉助本實用新型的上述技術方案，可為巡檢儀提供穩定電源，保證了採集數據的完整性和可靠性，減少了人力投入，減少了不必要的損失。

本實用新型不局限於上述最佳實施方式，任何人在本實用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本實用新型的保護範圍之內。