城市綜合管廊綜合采集設備及其組成的綜合采集系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及城市綜合管廊的綜合采集和區域控制，更具體的，采用光纖環網的通訊方式對綜合管廊或電纜隧道等進行綜合采集和聯動控制。
【背景技術】
[0002]城市綜合管廊，它是實施統一規劃、設計、施工和維護，建于城市地下用于敷設市政公用管線的市政公用設施。是指在城市地下用于集中敷設電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線的公共隧道。隨著國家大力推廣城市地下綜合管廊的建設，越來越多的城市加強了綜合管廊的建設，地下管廊裝有各種線信號線、熱力管、燃氣管、電信管道、給水管道、電力管道等等，是一個多種信號與傳輸對象交匯的場所，為了充分保障管廊內環境安全，需要對其內部環境進行監測，以達到實時、自動監測地下管廊內的環境，其重要性不言而喻。很多廠家專門設計了針對某種功能的檢測設備，例如綜合管廊內的氣體檢測，溫度檢測，水位檢測等，而這些安全檢測設備檢測功能單一，不能兼容多功能的綜合采集，導致綜合管廊的安全檢測需要各種各樣的采集器，并且隨著采集器應用的種類繁多，采集器之間不能相互通訊，導致每個采集器都需要與主服務器進行通訊，最后由主機進行數據的分析，由于各個廠家的通訊接口不統一，在通訊線路布線時又是一個相當繁雜的過程，并且目前的廠家一般采用RS-485或CAN總線的通訊接口，傳輸距離受限，不能很好的應用在綜合管廊中，在供電方面，大多數廠家的采集器或設備支持的是12V或24V的供電方式，導致在綜合管廊內取電不方便，需要外接開關電源來進行電源轉換，但開關電源的防水處理由是工程施工的一大難題，因此開發一款能夠解決以上問題的設備，是目前迫切需要解決的事情。

【發明內容】

[0003]發明目的:
本發明提供一種城市綜合管廊綜合采集設備機器組成的綜合采集系統，其目的是解決以往所存在的問題。
[0004]技術方案:
城市綜合管廊綜合采集設備，其特征在于:該設備包括MCU微控制器、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、數字量輸入模塊、USB存儲模塊、RS485通訊模塊、WIFI模塊、以太網控制模塊和異常報警模塊;MCU微控制器與數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、數字量輸入模塊、USB存儲模塊、RS485通訊模塊以太網控制模塊和異常報警模塊連接，以太網控制模塊與WIFI模塊電連接。
[0005]所述以太網控制模塊具有兩路光纖接口，七路以太網接口，通訊方式上支持光纖自愈環網的通訊方式，以太網接口與光纖接口通過以太網交換芯片實現數據的交互，以太網交換芯片與MCU微控制器電連接。
[0006]光纖通過光模塊連接以太網交換芯片，MCU微控制器與以太網芯片的引腳進行電連接，網線通過七路網絡變壓器與以太網控制芯片連接。
[0007]該設備還包括為整個設備進行供電的集中供電模塊。
[0008]RS485通訊模塊中，485接口電路通過485電平轉換芯片連接至MCU微控制器；模擬量輸入模塊中Al接口通過A/D轉換連接至SPI隔離芯片，SPI隔離芯片連接MCU微控制器；數字量輸入模塊中DI接口電路通過光電耦合芯片連接反相器，反相器連接MCU微控制器；USB存儲模塊中USB接口電路連接靜電保護芯片和過流保護電源，靜電保護芯片連接MCU微控制器;MCU微控制器連接數字量輸出模塊中的驅動電路，驅動電路連接繼電器。
[0009]MCU微控制器上還連接有時鐘、看門狗、溫濕度傳感器和光敏電阻。
[0010]其中MCU微控制器采用STM32F105微處理器，STM32微處理器采用ARM Cortex_M3內核，時鐘頻率達到72MHz。
[0011]該系統由多個城市綜合管廊綜合采集設備通過光電綜合纜采用環網的通訊方式進行通訊連接，其中一個城市綜合管廊綜合采集設備通過以太網連接到服務器或數據庫，其他的城市綜合管廊綜合采集設備連接需要采集信息的設備上。
[0012]優點及效果:
本發明提供一種城市綜合管廊綜合采集設備機器組成的綜合采集系統，其能夠采集多種傳感器信號，并對采集的數據進行分析，能夠監控綜合管廊的安全，保證綜合管廊或電纜隧道等安全穩定運行；通訊采用光纖環網的通訊方式，能夠遠距離通訊，簡化通訊布線，提供給其他設備通訊接口，提供路由功能，能夠將數據傳輸到遠程服務器。供電采用直流遠供的方式，采用UPS電源集中為綜合采集設備供電，直流遠供的供電方式取電方便，電源穩定，并且具有一定的電池后備時間，遠供線路與市電完全隔離，降低施工成本，可以選用傳輸電纜與光纜的復合結構，可以與光纜一次性施工。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的系統架構框圖
圖2為本發明的設備內部功能原理框圖圖3為本發明的網絡通訊電路框圖圖4為本發明的整體電路框圖。
[0014]【具體實施方式】:
首先結合附圖對本發明做進一步的說明:
如圖2所示，本發明提供一種城市綜合管廊綜合采集設備機器組成的綜合采集系統，該設備包括MCU微控制器24、數字量輸出模塊25、模擬量輸入模塊26、數字量輸入模塊27、USB存儲模塊28、RS485通訊模塊29、WIFI模塊30、以太網控制模塊31和異常報警模塊32 ;MCU微控制器24與數字量輸出模塊25、模擬量輸入模塊26、數字量輸入模塊27、USB存儲模塊28、RS485通訊模塊29以太網控制模塊31和異常報警模塊32連接，以太網控制模塊31與WIFI模塊30電連接。其中MCU微控制器24采用STM32F105微處理器，STM32微處理器基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核，時鐘頻率達到72MHz，是同類產品中性能最高的產品，時鐘頻率72MHz時，從閃存執行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產品，相當于0.5mA/MHz。由于在城市綜合管廊或電纜隧道中沒有手機信號，造成人員與外界通訊不便，所述WIFI模塊提供網絡熱點功能，WIFI模塊與以太網通訊模塊電連接，地下人員通過手機能夠連接到WIFI模塊，實現與外部通訊的功能。
[0015]如圖3所示，所述以太網控制模塊具有兩路光纖接口，七路以太網接口，通訊方式上支持光纖自愈環網的通訊方式，以太網接口與光纖接口通過以太網交換芯片實現數據的交互，以太網交換芯片與MCU微控制器電連接。MCU微控制器能夠將數據通過以太網交換芯片發送到光纖接口或以太網接口，最終能實現與遠程服務器通訊的功能。以太網通訊接口能夠連接網絡攝像頭或IP電話等網絡設備。所述光纖自愈環網指當網絡傳輸中斷(例如光纖斷)時，不需要工作人員進行維修，網絡傳輸會自動地在短時間內(ITU-T規定小于50ms)恢復，用戶幾乎不受影響，物理連接采用手拉手的環網連接方式。
[0016]光纖通過光模塊37連接以太網交換芯片34，MCU微控制器24與以太網芯片34的引腳進行電連接，網線通過七路網絡變壓器33與以太網控制芯片34連接。具體的說，兩路光口，滿足環網手拉手的方式，光纖要與以太網交換芯片34通訊，中間需要連接光電轉換芯片(光模塊37)進行轉換，光模塊的一端與光纖進行連接，另一端與以太網交換芯片34連接，MCU微控制器39與以太網芯片34的引腳進行電連接，以太網控制模塊31提供7路以太網接口，網線通過7路網絡變壓器33與以太網控制芯片34連接，這樣就實現了 MCU微控制器24能與外部多種網絡設備進行通訊并且采用環網自愈的通訊方式，更能夠保證通訊的可靠性，當有光纖線路出現故障時，綜合采集設備能夠自動識網絡中的最優路徑，保證通訊的正常工作。由于在隧道內沒有手機信號，以太網交換芯片34與WIFI芯片35引腳連接，WIFI芯片35對外引出WIFI天線36，從而實現與手機23的無線通訊功能，操作人員能通過手機連接WIFI信號，將綜合管廊或隧道中的實際情況與服務器進行通訊，服務器根據數據進行解析和診斷。
[0017]該設備還包括為整個設備進行供電的集中供電模塊。所述集中供電模塊，支持直流380V遠供供電，也可以支持交流220V的供電方式，方便用戶選擇供電方式，推薦使用直流遠供方式，直流遠供電源不受當地市電復雜的負荷變化，晝夜變化，電站多樣化而產生電壓過高或過低；不受當地大型設備開啟和關閉時而產生干擾、諧波、閃變和浪涌等干擾；杜絕當地復雜電力網絡中的直接雷和感應雷損壞通訊設備。直流遠程供電網絡干凈單一，供電電壓穩定，從而保障通信設備工作穩定、可靠，并有效延長通信設備使用壽命。
[0018]RS485通訊模塊29中，485接口電路42通過485電平轉換芯片43連接至MCU微控制器24 ;模擬量輸入模塊26中Al接口通過A/D轉換45連接至SPI隔離芯片46，SPI隔離芯片46連接MCU微控制器24 ;數字量輸入模塊27中DI接口電路47通過光電耦合芯片48連接反相器49，反相器49連接MCU微控制器24 ；USB存儲模塊28中USB接口電路54連接靜電保護芯片55和過流保護電源56，靜電保護芯片55連接MCU微控制器24 ;MCU微控制器24連接數字量輸出模塊25中的驅動電路51，驅動電路51連接繼電器50。USB接口功能，能夠連接U盤，當綜合采集器檢測到異常報警時，將當前的狀態存儲到U盤中，并形成日志文件，方便后期數據的分析和診斷，為現象的重現提供依據。
[0019]MCU微控制器24上還連接有時鐘52、看門狗53、溫濕度傳感器58和光敏電阻57。
[0020]圖4是本發明綜合采集設備的電路框圖，RS485通訊模塊29由RS485通訊電路組成，主要由485接口電路42和485電平轉換芯片43組成，在485接口電路中采用TVS管對兩路差分線路進行過壓保護，通過自恢復保險絲進行過流保護，并采用氣體放電管對線路進行靜電保護，提高了 485通訊的可靠性，通過485電平轉換芯片43將差分信號轉成TTL電平信號，并連接到MCU微控制器24的UART引腳。RS485通訊模塊實現數據的接收和發送的功能，通訊協議采用MODBUS_RTU的方式，能夠連接外部的其他采集設備，為外部的其他設備提供通訊接口，RS485通訊