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一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):6294171閱讀:535來源:國(guó)知局
一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于通信領(lǐng)域,提供了一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),其所述系統(tǒng)包括:第一CPU、第二CPU、第一組溫度傳感器、第二組溫度傳感器、第一組水壓傳感器、第二組水壓傳感器、存儲(chǔ)器、第一信號(hào)通道控制檢測(cè)、第二信號(hào)通道控制檢測(cè)、第三信號(hào)通道控制檢測(cè)和第四信號(hào)通道控制檢測(cè)。本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的技術(shù)方案具有可靠性高,穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域,尤其涉及一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是在一定地區(qū)或流域內(nèi),按一定原則,用一定數(shù)量各類水文監(jiān)測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的水文資料收集系統(tǒng),也叫水文站網(wǎng),水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用是監(jiān)測(cè)本地區(qū)或本流域內(nèi)水文要素在時(shí)空上長(zhǎng)期變化規(guī)律,為防汛抗旱、水利工程規(guī)劃運(yùn)行管理、水資源合理利用、農(nóng)業(yè)發(fā)展、城市建設(shè)以及水環(huán)境治理、保護(hù)等及國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。
[0003]鑒于國(guó)外信息化產(chǎn)業(yè)起步較早,所以水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)化水平較之我國(guó)也比較高。我國(guó)水文自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過近40年的發(fā)展,在現(xiàn)代電子、傳感、通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多技術(shù)的支持下也已獲得了迅速地發(fā)展?;仡櫜煌臍v史時(shí)期,所建系統(tǒng)快速采集的數(shù)據(jù),為防汛和水利調(diào)度的決策提供了依據(jù)和參考,發(fā)揮了相當(dāng)大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。尤其近年來可持續(xù)發(fā)展的要求和水資源的不足,要求更加實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)水溫、水位、流量、水污染等數(shù)據(jù)。
[0004]目前,針對(duì)水資源的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)有一些,但是針對(duì)凍土性質(zhì)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還很缺乏,究其原因,主要在于凍土環(huán)境對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求高、數(shù)據(jù)綜合處理能力強(qiáng)。中國(guó)是世界第三凍土大國(guó),在青藏高原和大興安嶺地區(qū)存在著大片凍土區(qū),多年凍土面積約占國(guó)土總面積的22%。由于凍土地帶地質(zhì)條件比較惡劣,又多是山區(qū),布設(shè)的降水觀測(cè)站點(diǎn)稀疏,故高海拔地區(qū)(MOOOm)降水觀測(cè)奇缺。
[0005]傳感器數(shù)據(jù)采集技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一,從宇宙勘探到海洋開發(fā);從生產(chǎn)的過程控制到現(xiàn)代文明生活,幾乎每一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)都離不開傳感器數(shù)據(jù)采集監(jiān)控。因此,許多國(guó)家對(duì)傳感器技術(shù)的發(fā)展十分重視。目前國(guó)外主要在兩個(gè)方面進(jìn)行研究突破,一是大力發(fā)展傳感器技術(shù),制造高精密、高集成傳感器,來提高傳感器精度和可靠性,如日本把傳感器技術(shù)列入六大核心技術(shù)(計(jì)算機(jī)、通訊、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體和傳感器)之一。二是研究數(shù)據(jù)采集技術(shù),朝著小型化,智能化,提高設(shè)備數(shù)據(jù)的處理、監(jiān)控能力。
[0006]國(guó)內(nèi)在微處理器開發(fā)制造方面深入,集成程度越來越高,涌現(xiàn)一大批的微處理芯片,結(jié)合傳感器技術(shù)使得測(cè)量技術(shù),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)量監(jiān)控,數(shù)據(jù)處理和工作效力大大提升,目前傳感器技術(shù)的趨向于小型化、集成化以及智能化發(fā)展。智能化技術(shù)將成為未來傳感器的主流。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,對(duì)水文監(jiān)測(cè)信息不斷提出新要求,水文觀測(cè)的項(xiàng)目和內(nèi)容不斷增加,對(duì)觀測(cè)手段和方法以及水文監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了越來越高的要求;現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,也促進(jìn)了水文監(jiān)測(cè)技術(shù)自動(dòng)化的發(fā)展。
[0007]水文監(jiān)測(cè)技術(shù)是水文水利信息化的重要基礎(chǔ),它是水文傳感器技術(shù)與采集、存儲(chǔ)、傳輸、處理技術(shù)的集成。近40年來,我國(guó)水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用技術(shù)有了巨大的進(jìn)步,所建系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)為防汛抗旱、水利工程規(guī)劃運(yùn)行管理、水資源合理利用、農(nóng)業(yè)發(fā)展、城市建設(shè)以及水環(huán)境治理、保護(hù)等及國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展管理決策提供了依據(jù)和參考,但整體水平與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著很大的差距,其中信息采集、傳輸手段和技術(shù)比較落后,信息時(shí)效性差,不能滿足對(duì)水文數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的要求。尤其是凍土地帶,其環(huán)境惡劣,需要高穩(wěn)定性和可靠性的監(jiān)測(cè)點(diǎn),其數(shù)量更是稀少。
[0008]目前市面上已經(jīng)有一些溫度與水壓的監(jiān)控系統(tǒng),但其能夠處理的通道數(shù)量有限,數(shù)據(jù)優(yōu)化處理和測(cè)量精度方面有一定的限制,所以現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性較低的問題。
[0010]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的,一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:第一 CPU、第二 CPU、第一組溫度傳感器、第二組溫度傳感器、第一組水壓傳感器、第二組水壓傳感器、存儲(chǔ)器、第一信號(hào)通道控制檢測(cè)、第二信號(hào)通道控制檢測(cè)、第三信號(hào)通道控制檢測(cè)和第四信號(hào)通道控制檢測(cè);
[0011]其中,其中第一組溫度傳感器分別與第一信號(hào)通道控制器的多個(gè)輸入端口連接,第一信號(hào)通道控制器的輸出端分別與第一 CPU和第二 CPU連接;
[0012]第二組溫度傳感器分別與第三信號(hào)通道控制器的多個(gè)輸入端口連接,第三信號(hào)通道控制器的輸出端分別與第一 CPU和第二 CPU連接;
[0013]第一組水壓傳感器分別與第二信號(hào)通道控制器的多個(gè)輸入端連接,第二信號(hào)通道控制器的輸出端分別與第一 CPU和第二 CPU連接;
[0014]第二組水壓傳感器分別與第四信號(hào)通道控制器的多個(gè)輸入端連接,第四信號(hào)通道控制器的輸出端分別與第一 CPU和第二 CPU連接;
[0015]存儲(chǔ)器分別與第一 CPU和第二 CPU連接;
[0016]第一 CPU與第二 CPU之間能夠數(shù)據(jù)傳輸。
[0017]可選的,所述系統(tǒng)還包括:GPRS模塊和GPS模塊,GPRS模塊與第一 CPU和第二 CPU連接;GPS模塊與第一 CPU和第二 CPU連接。
[0018]可選的,所述系統(tǒng)還包括:工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器,所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第一組溫度傳感器與第一信號(hào)通道控制器之間、所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第二組溫度傳感器與第三信號(hào)通道控制器之間、所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第一組水壓傳感器與第二信號(hào)通道控制器之間和所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第二組水壓傳感器與第四信號(hào)通道控制器之間。
[0019]在本發(fā)明的技術(shù)方案具有可靠性高,穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖;
[0021]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖;
[0022]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的傳感器與放大電路原理框圖;[0023]圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的CPU模塊結(jié)構(gòu)框圖
[0024]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的系統(tǒng)總體流程圖;
[0025]圖6是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
[0027]本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)如圖1所示,包括:第一 CPUl1、第二 CPU12、第一組溫度傳感器131、第二組溫度傳感器132、第一組水壓傳感器141、第二組水壓傳感器142、存儲(chǔ)器17、第一信號(hào)通道控制檢測(cè)181、第二信號(hào)通道控制檢測(cè)182、第三信號(hào)通道控制檢測(cè)183和第四信號(hào)通道控制檢測(cè)184 ;上述第一組溫度傳感器131、第二組溫度傳感器132、第一組水壓傳感器141、第二組水壓傳感器142的數(shù)量均為多個(gè),即2個(gè)或2個(gè)以上的傳感器。
[0028]其中,其中第一組溫度傳感器131分別與第一信號(hào)通道控制器181的多個(gè)輸入端口連接,第一信號(hào)通道控制器181的輸出端分別與第一 CPUll和第二 CPU12連接;
[0029]第二組溫度傳感器132分別與第三信號(hào)通道控制器183的多個(gè)輸入端口連接,第三信號(hào)通道控制器183的輸出端分別與第一 CPUll和第二 CPU12連接;
[0030]第一組水壓傳感器141分別與第二信號(hào)通道控制器182的多個(gè)輸入端連接,第二信號(hào)通道控制器182的輸出端分別與第一 CPUll和第二 CPU12連接;
[0031]第二組水壓傳感器142分別與第四信號(hào)通道控制器184的多個(gè)輸入端連接,第四信號(hào)通道控制器184的輸出端分別與第一 CPUll和第二 CPU12連接;
[0032]存儲(chǔ)器17分別與第一 CPUll和第二 CPU12連接;
[0033]第一 CPUll與第二 CPU12之間能夠數(shù)據(jù)傳輸。
[0034]本發(fā)明提供的技術(shù)方案提供雙CPU系統(tǒng),在系統(tǒng)正常工作時(shí),雙CPU分別處理各自采集的數(shù)據(jù),可以保證較高的數(shù)據(jù)處理性能,同時(shí)在任意一個(gè)CPU故障時(shí),另外一個(gè)CPU能夠完全接替該故障CPU來工作,這樣能夠提高可靠性和穩(wěn)定性,另外,本發(fā)明提供的技術(shù)方案的傳感器的數(shù)量為多個(gè)傳感器,也就是說有多路通道來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,所以其具有多通道傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。
[0035]可選的,上述系統(tǒng)還可以包括:GPRS模塊和GPS模塊,GPRS模塊與第一 CPUl I和第二 CPU12連接;GPS模塊與第一 CPUll和第二 CPU12連接。
[0036]可選的,上述系統(tǒng)還包括:工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器,所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第一組溫度傳感器與第一信號(hào)通道控制器之間、所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第二組溫度傳感器與第三信號(hào)通道控制器之間、所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第一組水壓傳感器與第二信號(hào)通道控制器之間和所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第二組水壓傳感器與第四信號(hào)通道控制器之間。
[0037]多通道溫度與水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括傳感器及其放大模塊(溫度與水壓信號(hào)采集)、中央控制模塊(數(shù)據(jù)運(yùn)算與存儲(chǔ))、通訊模塊(GPS/GPRS)和電源模塊,具有數(shù)據(jù)采集、融合、分析、控制、通訊功能。并通過對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議的制定,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮、加密、傳輸、存儲(chǔ)功能,支持多通道的水溫與水位自動(dòng)監(jiān)控應(yīng)用與服務(wù)。本發(fā)明系統(tǒng)通過前端多通道傳感器模塊對(duì)水溫和水位進(jìn)行有效采集,并將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過中央控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、融合、分析,再將結(jié)果存儲(chǔ)在本地,或通過通訊模塊傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器端進(jìn)行進(jìn)一步分析與存儲(chǔ),從而將整個(gè)流域的水溫與水溫狀況進(jìn)行有效判斷,將相關(guān)結(jié)果通過圖表、數(shù)據(jù)表格等多種方式提供給用戶查詢。
[0038]實(shí)施方案主要分成兩個(gè)部分:多通道溫度與水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)和多通道溫度與水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)控制系統(tǒng),分別對(duì)應(yīng)多通道溫度與水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
[0039]硬件平臺(tái)核心部分包括多個(gè)水溫和水位傳感器、CPU控制芯片系統(tǒng)、GPS模塊、GPRS通信模塊、電源系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)流域或者凍土地帶監(jiān)控點(diǎn)水溫和水位的實(shí)時(shí)采集、水溫水位信息融合、水域位置信息獲取、有效信息傳輸。其硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。
[0040]軟件設(shè)計(jì)主要是針對(duì)CPU控制芯片系統(tǒng),對(duì)多通道傳感系統(tǒng)進(jìn)行采集控制、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、融合、添加位置信息,通過通訊模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在后臺(tái)服務(wù)器端的存儲(chǔ)與進(jìn)一步處理。
[0041]多通道溫度與水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)包括GPS和其它傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)流域或者凍土地帶監(jiān)測(cè)點(diǎn)水溫與水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),具有對(duì)采集數(shù)據(jù)分析加工的能力,通過無線通訊模塊上傳到后臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。該系統(tǒng)主要由多個(gè)水溫和水位傳感器合成的數(shù)據(jù)采集卡、雙CPU控制芯片系統(tǒng)、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊、GPRS通信模塊、電源系統(tǒng)構(gòu)成。具體說明如下:
[0042]傳感器數(shù)據(jù)采集卡
[0043]I)多通道水溫傳感器:
[0044]可同時(shí)采集20路水溫值。溫度傳感器采樣高精度的工業(yè)溫度傳感器Pt 100。水溫傳感器,精度可以達(dá)到0.2度,誤差為0.47度,采樣頻率可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。
[0045]2)多通道水位傳感器
[0046]多通道水位傳感器可以同時(shí)采集4路水位值。傳感器采用高精度壓力傳感器,能夠?qū)λ畨旱奈⑷踝兓a(chǎn)生感應(yīng),實(shí)時(shí)顯示水位的變化值。測(cè)量范圍為O — 80KPa,能夠精確測(cè)量正負(fù)Imm的水位變化。采樣的頻率可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。
[0047]3)放大電路
[0048]放大電路是該采集卡的核心關(guān)鍵技術(shù),放大電路采用工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器。針對(duì)需要采集的信號(hào),傳感器會(huì)將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱電信號(hào)。為了能夠正確讀取數(shù)據(jù),需要將微弱信號(hào)進(jìn)行放大。放大電路的參數(shù)與性能直接關(guān)系到采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。傳感器與放大電路原理框圖如圖3所示。
[0049]雙CPU控制芯片系統(tǒng)
[0050]控制壓力傳感器采集水壓,將采集的信號(hào)放大后通過相關(guān)的算法運(yùn)算得出水位信息,并連同溫度傳感器采集信號(hào)經(jīng)過放大電路放大后,通過相關(guān)算法得出的水溫?cái)?shù)據(jù),對(duì)多通道采集的數(shù)據(jù)處理進(jìn)行預(yù)處理、數(shù)據(jù)融合,并通過GPS模塊提取時(shí)間、位置信息,融合至水溫水位信息中,再經(jīng)GPRS模塊無線傳輸至后臺(tái)服務(wù)器端。
[0051 ] 雙CPU模塊均采用高性能32位ARM CORTEX M3芯片,最高工作頻率為72MHz。帶12bit高精度AD轉(zhuǎn)換器。有2路串口,帶CAN bus接口,方便連接CAN總線。主從結(jié)構(gòu)方式在性能要求較高模式下主CPU和從CPU分別處理各自的數(shù)據(jù);在其中一片CPU出現(xiàn)故障時(shí),另外一片CPU仍然可以處理全部傳感器采集的數(shù)據(jù),同時(shí)內(nèi)部硬件看門狗,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)軟件運(yùn)行狀況,保證高可靠性和穩(wěn)定性。其中CPU模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
[0052]GPS模塊,采用現(xiàn)有GPS模塊,可以實(shí)時(shí)顯示該系統(tǒng)所處的位置的詳細(xì)經(jīng)緯度信息。通訊模塊將采集的各種信號(hào)數(shù)據(jù),通過GPRS通訊模塊,定時(shí)傳送給服務(wù)器作進(jìn)一步的處理。存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)模塊包括兩部分,數(shù)據(jù)緩存和永久存儲(chǔ)介質(zhì)。數(shù)據(jù)緩存保存于RAM中,永久存儲(chǔ)介質(zhì)包括Flash和SD卡。電源模塊,由于系統(tǒng)處于偏遠(yuǎn)凍土區(qū)域,電力系統(tǒng)常常不穩(wěn)定,波動(dòng)電流輸入極易造成電路系統(tǒng)燒毀,因此電源模塊的設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中極為關(guān)鍵和重要。需要給整個(gè)系統(tǒng)提供需要的穩(wěn)定電源,特別是針對(duì)多通道傳感器系統(tǒng),還需要合理的設(shè)計(jì),分配合適的電量給多通道傳感器系統(tǒng),以便能正常同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)傳感器模塊工作。
[0053]經(jīng)設(shè)計(jì)和測(cè)試后,本系統(tǒng)電源部分采用工業(yè)級(jí)超寬電壓控制芯片,能夠耐40V的浪涌電壓。具體實(shí)現(xiàn)采用工業(yè)電源控制芯片,輸入電壓范圍在4.5V至40V,輸出電流大小為3A。該控制芯片為開關(guān)電源控制器,電源轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)90%,開關(guān)頻率為150KHZ。為方便在野外安裝與布設(shè),同時(shí),本系統(tǒng)采用蓄電池系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池板供電,保證系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠工作。
[0054]多通道溫度與水位自動(dòng)監(jiān)控控制系統(tǒng)(軟件設(shè)計(jì))
[0055]多通道溫度與水位自動(dòng)監(jiān)控控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種傳感器和GPS的控制、數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸系統(tǒng),并實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)服務(wù)器端的無線數(shù)據(jù)交換??傮w功能流程圖如圖5。
[0056]其中,軟件實(shí)現(xiàn)的核心在與基于CPU芯片的控制系統(tǒng)中,對(duì)多通道傳感器數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序和功能軟件模塊。功能模塊分為1.傳感器數(shù)據(jù)采集、處理控制模塊;
2.FATFS (File Allocation Table File System)文件系統(tǒng)與 SD 存儲(chǔ)卡模塊;3.基于通信模塊的TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸模;4.RTC(Real-Time Clock, RTC)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊。
[0057]傳感器數(shù)據(jù)采集
[0058]數(shù)據(jù)采集終端定時(shí)采集多通道傳感器數(shù)據(jù);
[0059]a.溫度采集功能:20通道路溫度數(shù)據(jù)采集
[0060]b.水位采集功能:4通道水位數(shù)據(jù)采集
[0061]對(duì)于傳感器數(shù)據(jù)采集來講,有兩個(gè)比較重要的指標(biāo),采樣率和分辨率。采樣率是A/D轉(zhuǎn)換的速度,不同的傳感器有不同的采樣率,進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)傳感器的類型選擇適當(dāng)?shù)牟蓸勇省6鄠€(gè)不同類型的傳感器對(duì)數(shù)據(jù)采集后可用軟件設(shè)定采樣率,使得采樣數(shù)據(jù)同步。這也是多通道數(shù)據(jù)采集的核心部分。
[0062]采用多通道傳感器以及對(duì)應(yīng)放大電路,同時(shí)采集多路水溫與水壓信號(hào);
[0063]數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)如圖6所示:
[0064]文件控制系統(tǒng)
[0065]本文件控制系統(tǒng)是基于單片機(jī)FATFS文件系統(tǒng)建立,并能擴(kuò)展至多種存儲(chǔ)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),如SD卡。數(shù)據(jù)采集終端把數(shù)據(jù)和采集時(shí)間打包后存儲(chǔ)于本地存儲(chǔ)器中,進(jìn)一步可通過串口發(fā)送到無線傳輸設(shè)備終端;
[0066]通信模塊通信方式和參數(shù)約定
[0067]系統(tǒng)采用串口通信方式,采用如下參數(shù)約定:
[0068]波特率:II52OO
[0069]數(shù)據(jù)位:8[0070]奇偶校驗(yàn):無
[0071]停止位:1
[0072]數(shù)據(jù)流控制:無流控
[0073]對(duì)傳輸協(xié)議的約定如下:
[0074]定義起始幀頭,如果數(shù)據(jù)幀中存在與幀頭形同結(jié)構(gòu)字節(jié),定義轉(zhuǎn)義字符并將這個(gè)字節(jié)更換為特定兩個(gè)字節(jié),其中前一字節(jié)為轉(zhuǎn)義字符
[0075]如果幀數(shù)據(jù)中某個(gè)字節(jié)與轉(zhuǎn)義字符本身相同,則將其更換為特定兩字節(jié)序列
[0076]不包括幀頭的所有數(shù)據(jù)都應(yīng)該參與轉(zhuǎn)義,包括校驗(yàn)和
[0077]所有數(shù)據(jù)都參與校驗(yàn),采用CRC16校驗(yàn)方式
[0078]數(shù)據(jù)都采用加密后的16進(jìn)制表示
[0079]為了保證可靠傳輸,所有幀都需要確認(rèn)
[0080]序號(hào)由幀的發(fā)起方維護(hù),確認(rèn)幀將原序號(hào)帶回
[0081]帶擴(kuò)展數(shù)據(jù)的消息分包傳輸時(shí),不同的包有不同的序號(hào)
[0082]對(duì)消息基本結(jié)構(gòu)的約定如下:
[0083]傳送定長(zhǎng)數(shù)據(jù)時(shí),采用不帶擴(kuò)展數(shù)據(jù)的消息結(jié)構(gòu),比如定時(shí)傳感數(shù)據(jù)和采集時(shí)間。此類消息長(zhǎng)度為I個(gè)字節(jié)幀頭+32個(gè)字節(jié)有效數(shù)據(jù)+2個(gè)字節(jié)校驗(yàn)和=35個(gè)字節(jié)。傳送其它數(shù)據(jù)時(shí),采用帶擴(kuò)展數(shù)據(jù)的消息結(jié)構(gòu)。消息長(zhǎng)度為I個(gè)字節(jié)幀頭+32個(gè)字節(jié)有效數(shù)據(jù)+擴(kuò)展數(shù)據(jù)長(zhǎng)度+2個(gè)字節(jié)校驗(yàn)和=35個(gè)字節(jié)+擴(kuò)展數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。分包傳輸時(shí),不同的分包分配不同的幀序號(hào)。
[0084]數(shù)據(jù)傳輸
[0085]無線傳輸終端把數(shù)據(jù)采集終端的傳感器數(shù)據(jù)定時(shí)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。
[0086]數(shù)據(jù)傳輸功能:GPRS數(shù)據(jù)傳輸,對(duì)指定域名/IP服務(wù)器進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)
[0087]為了保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不被非法獲取,整個(gè)過程的數(shù)據(jù)經(jīng)過加密傳輸;
[0088]為了保證可靠傳輸,所有數(shù)據(jù)幀都需要確認(rèn)。
[0089]RTC 系統(tǒng)
[0090]該系統(tǒng)主要功能是用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)建立,提供時(shí)間,如年月日時(shí)分秒。并提供計(jì)時(shí)時(shí)間運(yùn)算,用于判斷采集時(shí)間,為多通道數(shù)據(jù)采集時(shí)間控制提供核心保障。
[0091]設(shè)備選型和管理功能
[0092]根據(jù)水溫與水位采集的工作環(huán)境,傳感器選用高性能高可靠性的傳感器,以保證數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定采集;
[0093]數(shù)據(jù)采集終端采用高可靠性的芯片和電路板,加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性;
[0094]數(shù)據(jù)采集終端具有終端狀態(tài)查詢和診斷功能。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器端發(fā)送命令查詢數(shù)據(jù)采集終端的傳感器狀態(tài)信息;
[0095]數(shù)據(jù)采集終端可以通過數(shù)據(jù)終端服務(wù)器進(jìn)行軟件的自動(dòng)升級(jí)。
[0096]水溫與水位分析系統(tǒng)
[0097]后臺(tái)服務(wù)器端可根據(jù)傳感器采集的數(shù)據(jù)建立水溫與水位變化數(shù)據(jù)庫(kù),分析監(jiān)控點(diǎn)水文狀況,并可將相關(guān)結(jié)果通過圖表、數(shù)據(jù)表格等多種方式提供給用戶查詢。
[0098]本發(fā)明通過我們?cè)O(shè)計(jì)的試驗(yàn)設(shè)備在黑河流域的祁連山腹地測(cè)試表明,本系統(tǒng)可以方便可靠的采集測(cè)試區(qū)域的水溫和水位變化。能夠可靠的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行處理,可方便進(jìn)行水溫與水位的圖表顯示,方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)表格查詢。
[0099]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成,所述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中,所述的存儲(chǔ)介質(zhì),如R0M/RAM、磁盤、光盤等。
[0100]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高可靠性多通道水溫水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括:第一CPU、第二 CPU、第一組溫度傳感器、第二組溫度傳感器、第一組水壓傳感器、第二組水壓傳感器、存儲(chǔ)器、第一信號(hào)通道控制檢測(cè)、第二信號(hào)通道控制檢測(cè)、第三信號(hào)通道控制檢測(cè)和第四信號(hào)通道控制檢測(cè); 其中,其中第一組溫度傳感器分別與第一信號(hào)通道控制器的多個(gè)輸入端口連接,第一信號(hào)通道控制器的輸出端分別與第一 CPU和第二 CPU連接; 第二組溫度傳感器分別與第三信號(hào)通道控制器的多個(gè)輸入端口連接,第三信號(hào)通道控制器的輸出端分別與第一 CPU和第二 CPU連接; 第一組水壓傳感器分別與第二信號(hào)通道控制器的多個(gè)輸入端連接,第二信號(hào)通道控制器的輸出端與第一 CPU和第二 CPU連接; 第二組水壓傳感器分別與第四信號(hào)通道控制器的多個(gè)輸入端連接,第四信號(hào)通道控制器的輸出端與第一 CPU和第二 CPU連接; 存儲(chǔ)器分別與第一 CPU和第二 CPU連接; 第一 CPU與第二 CPU之間能夠數(shù)據(jù)傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)還包括:GPRS模塊和GPS模塊,GPRS模塊與第 一 CPU和第二 CPU連接;GPS模塊與第一 CPU和第二 CPU連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)還包括:工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器,所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第一組溫度傳感器與第一信號(hào)通道控制器之間、所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第二組溫度傳感器與第三信號(hào)通道控制器之間、所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第一組水壓傳感器與第二信號(hào)通道控制器之間和所述工業(yè)級(jí)專用小信號(hào)放大器連接在第二組水壓傳感器與第四信號(hào)通道控制器之間。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103901928SQ201210587289
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】黃曉霞, 毛成華, 肖鐘凱, 呂婧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
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