基于北斗通信的一体化遥测水位计及北斗报文编码方法技术

本发明专利技术公开了基于北斗通信的一体化遥测水位计，包括从下到上依次放置的水位计、内置有主控模块的主控模块外壳、内置有电源模块的电源模块外壳和内置有北斗通信模块的北斗通信模块外壳；水位计通过电缆连接至主控模块的输入端，主控模块的输出端通过公接插件一匹配母接插件一连接至电源模块，电源模块的输出端通过公接插件二匹配母接插件二连接至北斗通信模块；在每个模块对接处分别安装一个相配套的接插件，单个模块的不同接插件用软线连接，使电源和信号贯穿所有模块。本发明专利技术水位计结构紧凑，设备体积小，方便携带，降低了设备运输难度和费用。本发明专利技术还提供了一种北斗报文编码方法，采用差值编码传输更多的水位数据。

Integrated telemetering water level gauge and Beidou message coding method based on Beidou communication

The invention discloses an integrated water meter based on Beidou telemetry communication, including water level are arranged in order from bottom to top, the main control module shell, built-in built-in control module power module power module casing and built-in Beidou communication module of Beidou communication module shell; water level meter through a cable connected to the main control module the input and output of the main control module through the end of the male connector, a female connector is connected to a power supply module, power supply module and the output end through the male connector two, female connector two is connected to the Beidou communication module; a matching connector are respectively arranged in each module docking at different connector modules connected by flexible cords so, the power and signal through all modules. The water level gauge of the invention has the advantages of compact structure, small equipment, convenient carrying, and reduced equipment transportation difficulty and cost. The invention also provides a Beidou message coding method, which uses differential coding to transmit more water level data.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水位测量
，具体涉及一种基于北斗通信的一体化遥测水位计，还涉及一种北斗报文的编码方法。
技术介绍
目前全国范围内很多水位监测站点还布设在交通条件比较恶劣的偏远地区，其中部分地区还没有覆盖移动信号，因此这些水位监测站自动采集的水位数据无法通过移动网络发送到数据中心。对于管理这些偏远地区水文监测站的用户来说，希望监测站设备能够采用其它的通信方式自动传输数据，并且设备要确保长期稳定可靠，尤其在连续阴雨天不能提供太阳能供电的情况下，设备自身的电源需要能保证至少45天(水文监测规范要求)以上正常工作。针对布设在无移动信号覆盖的偏远地区的水位监测站，目前获取这些监测站采集的水位数据有以下两种方案：1)人工定期提取数据该方案中，水位监测装置中需要设计有非易失性存储器，装置平时按照一定的定时间隔采集水位数据并将数据存储在非易失性存储器中。水文观测员定期到监测站点通过安装在笔记本电脑或PDA中的上位机软件和监测装置通讯，提取存储的水位数据，回来导入数据库进行数据整编和分析工作。2)监测站配备卫星通信设备水位监测装置按照一定的时间隔采集水位，并按照一定的数据发送间隔将采集的水位数据通过卫星设备发送至数据中心。目前采用这种方案的监测站的主要由各种分立设备组成，大部分设备一般安装在一个机箱中，各种设备之间在机箱内部通过电缆进行连接。现有技术中此方案的结构框图如图1所示，铅酸蓄电池为其它设备提供工作电源，太阳能电池和太阳能充电器为铅酸蓄电池进行充电，水位计负责将水位物理信号转换为电信号，遥测终端机负责定时从水位计读取电信号并控制卫星终端进行发信，卫星终端和天线负责将遥测终端机传送的数据将数据进行基带调制和功率放大后发送出去。综上所述，本专利技术人发现人工定期提取数据的方案数据时效性差，由于这些站点普遍交通不便，一般最短取数的间隔也在一个月，长的可能需要一年。因此这种方案只能应用于水位变化非常平缓的河道站或地下水监测站；对于目前普遍采用的基于北斗卫星传输的方案，监测站的整套装置采用分立式设备集成，一套装置的总重量至少达到30公斤左右，平均体积至少达到0.1m3左右，不方便个人携带。而一些位于偏于地区的水位监测站交通条件极为恶劣，甚至无法通车，设备往往需要靠人工运输，因此在这些地区运输和安装水位监测设备极为困难。即卫星信道传输数据的装置普遍采用分立式设备集成，整套装置体积、重量大，不易运输。因此，急需一种水位计，能够最大限度减小水位监测设备的整体体积和重量，方便设备在恶劣交通条件地区的运输安装。在水文监测应用中，水位一般需要用绝对海拔高程表示。而目前主流的水位监测设备基于卫星传输的水位数据编码格式一般分为2种：1)采用标准4字节浮点数格式(IEEE754单精度浮点数格式)表示1个水位数据。使用这种编码的水位数据的数值范围可以很大，当采用这种编码时，可以直接表示水位的绝对海拔高程值。2)采用2字节整型数表示1个水位数据，单位为cm或者mm。考虑到2字节整型数的表示范围只能是0～65535，因此采用这种格式表示的水位数据一般只能是相对值，需要在数据中心加上监测点的海拔高程后得到水位绝对海拔高程值。目前在国内用于水文数据传输的卫星主要是北斗，数据传输使用的是北斗的短报文通信方式，按照北斗官方提供的短报文民用版接口协议，短报文开放给用户的最大字节数为98。如果采用第一种水位数据编码格式，一条北斗报文中最多能包含24组水位数据；而采用第二种水位数据格式，一条北斗报文中最多能包含49组水位数据。在一些水文遥测系统中，用户要求水位的观测频次高，但是发信的频次低，例如在某些水文监测系统中就要求水位每5分钟采集1次，6小时发送1次，在发送时要求包含过去6小时采集的所有水位数据，即72组水位数据。即使水位采用如前所述的2字节整型格式表示，最多一包也只能传输49组水位，必须分成2包才能传输72组数据，导致设备整体功耗和通信费用相比传输1包数据有所增加。因此，急需一种改进数据编码方法，使北斗短报文可以承载更多的水位信息，从而降低水位监测设备的整体功耗和通信费用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于北斗通信的一体化遥测水位计，结构紧凑，设备体积小，方便携带，降低了设备运输难度和费用；还提供了一种北斗报文编码方法，采用差值存储更多的水位数据，同样的数据量可以用更少的北斗报文完成传输，因此可以有效节省设备功耗和通信费用。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于北斗通信的一体化遥测水位计，包括从下到上依次放置的水位计、内置有主控模块的主控模块外壳、内置有电源模块的电源模块外壳和内置有北斗通信模块的北斗通信模块外壳；主控模块外壳为圆柱体，在其底部设置有连接至主控模块端口的航空接头插座，顶端设有向内腔凹陷的圆形容纳槽一，位于容纳槽一内侧的外壳壁上设有凸起一，在容纳槽一上表面的中心处设有连接至主控模块端口的公接插件一；电源模块外壳为阶梯形的圆柱体，位于下端的圆柱体可容置于容纳槽一内，其底部外边缘处设有与凸起一匹配连接的凹槽一，在其底部中心处设置有连接至电源模块输出端的母接插件一，母接插件一与公接插件一匹配连接，圆柱体的顶端设有向内腔凹陷的圆形容纳槽二，位于容纳槽二内侧的外壳壁上设有凸起二，在容纳槽二上表面的中心处设有连接至电源模块输出端的公接插件二；北斗通信模块外壳为半球体，底部可容置于容纳槽二内，其底部外边缘处设有与凸起二匹配连接的凹槽二，在其底部中心处设置有连接至北斗通信模块输入端的母接插件二，母接插件二与公接插件二匹配连接；水位计的输出端通过电缆匹配航空接头插座连接至主控模块的输入端，主控模块的输出端通过公接插件一匹配母接插件一连接至电源模块，母接插件一和公接插件二的各引脚一一对应连接；电源模块的输出端通过公接插件二匹配母接插件二连接至北斗通信模块；水位计采集水位信号输出至主控模块，主控模块控制北斗通信模块将水位信号发送。进一步的，水位计采用RS485通信方式连接主控模块。进一步的，主控模块采用RS232通信方式连接北斗通信模块。进一步的，公接插件一、母接插件一、公接插件二和母接插件二均为DB9接头形式，其中引脚1为北斗通信模块供电控制信号，引脚2为RS232接收数据信号线，引脚3为RS232发送数据信号线，引脚4、5、6为电源负极，引脚7、8、9为电源正极。进一步的，凸起一为对称设置的两个，凸起一的横截面为三角形。进一步的，凹槽一为对称设置的两个，凹槽一的横截面与凸起一的横截面相匹配。进一步的，容纳槽一和容纳槽二的内边缘处设置有密封圈。基于以上装置的北斗报文的编码方法，其特征是，用前面2个字节表示第一个水位数据，从第3个字节开始用1个字节的整型数表示相邻水位之间的差值。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：1)本专利技术提出的一体化结构，整体的设备体积缩小为仅0.015m3，重量仅2.2Kg，可以由单人轻松携带。在交通条件恶劣的地区应用时，相比采用分立式设备集成的水位监测装置大幅降低了设备运输难度和费用。2)相比基于北斗通信的分立式水位监测装置，本专利技术无电缆连接，有效降低了现场安装和维护的难度。3)相比基于北斗通信的分立式水位监测装置，由于内部的通信线路短，本专利技术的通信损耗低，在相同发射功率情况下消耗的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于北斗通信的一体化遥测水位计，其特征是，包括从下到上依次放置的水位计、内置有主控模块的主控模块外壳、内置有电源模块的电源模块外壳和内置有北斗通信模块的北斗通信模块外壳；主控模块外壳为圆柱体，在其底部设置有连接至主控模块端口的航空接头插座，顶端设有向内腔凹陷的圆形容纳槽一，位于容纳槽一内侧的外壳壁上设有凸起一，在容纳槽一上表面的中心处设有连接至主控模块端口的公接插件一；电源模块外壳为阶梯形的圆柱体，位于下端的圆柱体可容置于容纳槽一内，其底部外边缘处设有与凸起一匹配连接的凹槽一，在其底部中心处设置有连接至电源模块输出端的母接插件一，母接插件一与公接插件一匹配连接，圆柱体的顶端设有向内腔凹陷的圆形容纳槽二，位于容纳槽二内侧的外壳壁上设有凸起二，在容纳槽二上表面的中心处设有连接至电源模块输出端的公接插件二；北斗通信模块外壳为半球体，底部可容置于容纳槽二内，其底部外边缘处设有与凸起二匹配连接的凹槽二，在其底部中心处设置有连接至北斗通信模块输入端的母接插件二，母接插件二与公接插件二匹配连接；水位计的输出端通过电缆匹配航空接头插座连接至主控模块的输入端；主控模块的输出端通过公接插件一匹配母接插件一连接至电源模块；母接插件一和公接插件二的各引脚一一对应连接；电源模块的输出端通过公接插件二匹配母接插件二连接至北斗通信模块；水位计采集水位信号输出至主控模块，主控模块控制北斗通信模块将水位信号发送。...

【技术特征摘要】
1.基于北斗通信的一体化遥测水位计，其特征是，包括从下到上依次放置的水位计、内置有主控模块的主控模块外壳、内置有电源模块的电源模块外壳和内置有北斗通信模块的北斗通信模块外壳；主控模块外壳为圆柱体，在其底部设置有连接至主控模块端口的航空接头插座，顶端设有向内腔凹陷的圆形容纳槽一，位于容纳槽一内侧的外壳壁上设有凸起一，在容纳槽一上表面的中心处设有连接至主控模块端口的公接插件一；电源模块外壳为阶梯形的圆柱体，位于下端的圆柱体可容置于容纳槽一内，其底部外边缘处设有与凸起一匹配连接的凹槽一，在其底部中心处设置有连接至电源模块输出端的母接插件一，母接插件一与公接插件一匹配连接，圆柱体的顶端设有向内腔凹陷的圆形容纳槽二，位于容纳槽二内侧的外壳壁上设有凸起二，在容纳槽二上表面的中心处设有连接至电源模块输出端的公接插件二；北斗通信模块外壳为半球体，底部可容置于容纳槽二内，其底部外边缘处设有与凸起二匹配连接的凹槽二，在其底部中心处设置有连接至北斗通信模块输入端的母接插件二，母接插件二与公接插件二匹配连接；水位计的输出端通过电缆匹配航空接头插座连接至主控模块的输入端；主控模块的输出端通过公接插件一匹配母接插件一连接至电源模块；母接插件一和公接插件二的各引脚一一对应连接；电源模块的输出端通过公接插件二匹配母接插件二连接至北斗通信模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊光亚，胡少英，曹年红，李永红，蓝彦，景波云，李桂平，
申请(专利权)人：南京南瑞集团公司，国网电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32