专利名称：一种基于物联网的多参数水文自动测报装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于物联网的多参数水文自动测报装置，尤其涉及一种针对多参数水文数据的实时采集，数据实时无线传输的自动测报装置。
背景技术：
我国从上世纪80年代就开始了水文自动测报系统的建设，过去的水文自动测报系统只能建成单个的自动测报网，网内的水文自动测报装置也不能太多，遥测点多了除会造成信息传送困难外，还会给建网和管理带来困难。随着我国物联网产业的发展，小体积大功率太阳能蓄电池的使用，建设大型的水文自动测报系统成为可能，实现了超大范围的水文信息共享。本发明采用一种基于物联网的多参数水文自动测报装置，超低功耗以及小体积大功率的太阳能蓄电池的使用，完美解决了装置在野外的供电问题。装置实时处理多种传感器数据采样，并通过无线网络进行远程通讯。实现水文自动测报装置的远程管理和水文数据信息共享。
发明内容面对水文遥测系统的现状，本发明实现了水文遥测站点的无人值守，自动测量并主动上送。针对国内水文遥测站点的现状，大部分站点处于野外，采用太阳能蓄电池加铅酸免维护蓄电池给装置供电，因此装置在大部分时间处于超低功耗的待机休眠模式以节约电能。本发明针对目前水文数据整理的需求，具备了多种传感器的接入能力，包括风速、风向、温度、湿度、压力、水质等参数，同时支持水文行业SD1-12协议的传感器接入。装置能够实时响应站点的雨量传感器信号并通过无线网络上送。按照预设的采样间隔装置定时从待机休眠模式中唤醒进行数据采样，并判断是否达到预设的起报值，满足条件后通过无线网络远程传输数据同时等待管理中心的下行操作命令。本实用新型所说的基于物联网的多参数水文自动测报装置，包括微处理器�？�、AD采集�？�、RTC实时时钟�？�、FRAM定值存储�？�、电源�？�、开关量输入�？�、继电器型开关量输出�？椤D1-12传感器接口�？�、无线通讯模块，其中微处理器�？楦涸鹱爸每亓啃藕诺氖淙氩杉约笆涑隹刂疲⒅葱邢嘤Φ穆呒桓涸鹦畹绯氐牡鼻暗缪埂⒎缢�、风向、温度、湿度和水质模拟量信号的采样计算，并判断是否产生告警信号；负责所有采集数据的数据存储；负责与SD1-12接口的传感器以及无线�？榈氖萃ㄑ叮籄D采集�？橛糜谧爸猛獠磕Ｄ馐淙胄藕诺牟杉Ｄ庑藕抛盎怀墒中藕藕螅涓⒋砥髂？椋籖TC实时时钟�？樘峁┳爸盟璧南低呈敝樱ü齀2C总线与微处理器连接；FRAM定值存储模块用于装置定值数据的存储，具备掉电存储的功能，通过I2C总线与微处理器�？榱樱坏缭茨？橛糜诓爸霉ぷ魉璧南低车缭矗籟0010]开关量输入�？橛糜诓杉獠刻峁┑目亓渴淙胄藕牛弑腹獾绺衾牍δ埽晌⒋砥髂？榈腎O端口负责采集；继电器型开关量输出�？橛晌⒋砥髂？榈腎O端口控制，产生装置的继电器型开关量输出信号；SD1-12传感器接口�？橛晌⒋砥髂？榈娜ART 口经过电平转换后连接符合SD1-12协议的外部传感器；无线通讯�？橥ü鼼PRS或CDMAlX无线网络，将装置的实时传感器采集数据以及蓄电池工作电压告警、传感器采集数据越线告警传输给远程管理中心。针对多参数水文遥测系统的工作模式，基于物联网的多参数水文自动测报装置安装于野外，采用太阳能加蓄电池的供电模式。装置平时处于待机休眠的超低功耗模式，可以通过人工按键、雨量信号触发、定时信号触发来唤醒装置。雨量传感器信号、浮子式水位传感器信号通过电缆连接到装置的开关量输入�？椋恍畹绯氐牡鼻暗缪埂⒎缢佟⒎缦�、温度、湿度、水质等模拟量信号通过电缆连接到装置的AD采集�？椴糠郑籊PRS或CDMAlX无线通讯�？橥üㄑ兜缋铝拥阶爸玫奈尴咄ㄑ赌？椴糠郑籗D1-12水位传感器通过屏蔽双绞线连接到装置的SD1-12传感器接口�？�。装置初始上电后需要配置相应的运行参数，保存在FRAM定值存储�？橹校渲猛瓯虾笞爸媒胙饭ぷ髂Ｊ健�
图1为基于物联网的多参数水文自动测报装置的电气功能性框图。图2为基于物联网的多参数水文自动测报装置的ARM微处理的电气原理图。图3为基于物联网的多参数水文自动测报装置的AD采集�？榈牡缙硗�。图4为基于物联网的多参数水文自动测报装置的RTC实时时钟�？榈牡缙硗�。图5为基于物联网的多参数水文自动测报装置的FRAM定值存储�？榈牡缙硗�。图6为基于物联网的多参数水文自动测报装置的电源�？榈牡缙硗肌Ｍ�7为基于物联网的多参数水文自动测报装置的开关量输入�？榈牡缙硗肌Ｍ�8为基于物联网的多参数水文自动测报装置的继电器型开关量输出�？榈牡缙硗�。图9为基于物联网的多参数水文自动测报装置的SD1-12传感器接口的电气原理图。图10为基于物联网的多参数水文自动测报装置的无线通讯�？榈牡缙硗肌Ｍ�11为基于物联网的多参数水文自动测报装置的上电工作流程图。图12为基于物联网的多参数水文自动测报装置的待机模式唤醒工作流程图。
具体实施方式
图1为基于物联网的多参数水文自动测报装置的电气功能性框图，各部分功能以及信号流说明如下图2为ARM微处理为基于物联网的多参数水文自动测报装置的核心�？椋涸鹱爸每匦藕乓约澳Ｄ庑藕诺牟杉�、逻辑处理并与外围设备接口。图3为AD采集模块ARM微处理器通过SPI接口数据总线定时向AD采样芯片U2发送启动AD采样命令，AD采样芯片将各个输入通道上的模拟信号(风速、风向、温度、湿度、气压、水质等)经过模数转换后变成数字信号后传送给ARM微处理器。图4为RTC实时时钟�？樽爸蒙系绾驛RM微处理器通过I2C串行数据总线给实时时钟芯片U3初始化后，实时时钟芯片自动工作并具备掉电运行能力。通过I2C串行数据总线ARM微处理器从实时时钟芯片中读取装置的实时时间。图5为FRAM定值存储�？锳RM微处理器通过I2C串行数据总线向FRAM铁电存储芯片U4存储、读取数据。FRAM铁电存储芯片具备掉电保持功能，主要存储装置运行中必须的定值信息，主要包含装置的站号、段制报的时间、雨量起报间隔、水位起报间隔、雨量传感器量程、水位传感器类型等。图6为电源�？閁5、U6负责产生装置工作所必须的工作电源。图7为开关量输入�？樽爸每梢酝饨涌战诘憷嘈偷挠炅渴淙胄藕牛獾绺衾胄酒琔7后接入ARM微处理器的通用IO 口(ΡΑ0)，唤醒平时处于待机休眠工作状态的装置。图8为继电器型开关量输出�？橛葾RM微处理器的通用IO 口(GPIO)驱动光电隔离芯片U8来控制继电器Relayl的导通。继电器的输出信号用以控制装置备用通讯信道卫星终端机的电源供给。图9为SD1-12传感器接口�？橛葾RM微处理器的全双工UART接口经过电平转换芯片U9后与SD1-12传感器连接，此接口用来连接SD1-12气泡式、雷达式水位计。图10为无线通讯�？橥ü鼼PRS或CDMAlX无线网络，将装置的实时数据和告警信号传输给远程管理中心。主要元件清单
权利要求1.一种基于物联网的多参数水文自动测报装置，包括微处理器�？椤D采集�？�、RTC实时时钟�？�、FRAM定值存储�？�、电源�？�、开关量输入�？�、继电器型开关量输出模块、SD1-12传感器接口�？�、无线通讯�？椋渲� 微处理器�？楦涸鹱爸每亓啃藕诺氖淙氩杉约笆涑隹刂疲⒅葱邢嘤Φ穆呒桓涸鹦畹绯氐牡鼻暗缪�、风速、风向、温度、湿度和水质模拟量信号的采样计算，并判断是否产生告警信号；负责所有采集数据的数据存储；负责与SD1-12接口的传感器以及无线�？榈氖萃ㄑ叮� AD采集�？橛糜谧爸猛獠磕Ｄ馐淙胄藕诺牟杉Ｄ庑藕抛盎怀墒中藕藕螅涓⒋砥髂？椋� RTC实时时钟�？樘峁┳爸盟璧南低呈敝樱ü齀2C总线与微处理器连接； FRAM定值存储�？橛糜谧爸枚ㄖ凳莸拇娲ⅲ弑傅舻绱娲⒌墓δ埽ü齀2C总线与微处理器�？榱樱� 电源�？橛糜诓爸霉ぷ魉璧南低车缭矗� 开关量输入�？橛糜诓杉獠刻峁┑目亓渴淙胄藕牛弑腹獾绺衾牍δ埽晌⒋砥髂？榈腎O端口负责采集； 继电器型开关量输出�？橛晌⒋砥髂？榈腎O端口控制，产生装置的继电器型开关量输出信号； SD1-12传感器接口�？橛晌⒋砥髂？榈娜ART 口经过电平转换后连接符合SD1-12协议的外部传感器； 无线通讯模块通过GPRS或CDMAlX无线网络，将装置的实时传感器采集数据以及蓄电池工作电压告警、传感器采集数据越线告警传输给远程管理中心。
专利摘要本实用新型涉及一种基于物联网的多参数水文自动测报装置，该装置包括微处理器�？�、AD采集模块、RTC实时时钟�？�、FRAM定值存储模块、电源�？�、开关量输入�？椤⒓痰缙餍涂亓渴涑瞿？�、SDI-12传感器接口�？�、无线通讯�？�。本实用新型能实现水文遥测站点的无人值守，自动测量并主动上送。
文档编号G01D21/02GK202903237SQ20122055693
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者武钊, 陈劼 申请人:江苏宏瑞通信科技股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
