一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统，包括主控板，所述主控板支持与多种传感器数据采集通信；低功耗模块，所述低功耗模块将系统功耗设计在1.5mA以下，可支持野外地质灾害监测中常用到的加速度传感器、拉绳传感器、数字式雨量计及各种功耗适中的485传感器，通过NBIOT的网络传输方式，利用内置电池可稳定工作3年以上，能更大程度的满足地质灾害监测的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统
本专利技术涉及地质灾害监测领域，具体为一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统。
技术介绍
在地质灾害监测中，我们常用的监测系统是通过外接各种传感器来采集监测点的数据信息，经过MCU处理后经4G网络传输至平台进行显示个监测点状态。这种系统虽然实时性较高，能较好避免监测点数据的漏报，但整个系统功耗很高，在野外安装时必须配备成套的供电系统，如太阳能板+锂电池/蓄电池，这就给每个监测点的安装复杂性和安装成本带来了很大挑战，而且太阳能供电也存在在长期阴雨天后电池完全耗完电的情况出现。近年来，随着一些低功耗的网络传输方式(如NB-IOT、Lora等)的出现，其在监测系统上的应用也越来越多。这类监测设备功耗更低，尺寸也更小，安装时一般不需要再另外配备供电系统，更容易安装，成本也更低，是野外地质灾害监测的一种非常好的解决方案。但这类监测系统也存在以下不足：1、系统实时性不高，容易出现数据漏报的情况。为了降低功耗，其各工作模块采用间歇式工作模式，MCU采用休眠模式，在使用时，MCU退出休眠模式，并分别启动各个模块工作，不使用时现关闭各个模块，MCU进入休眠模式。这样MCU不是处于实时工作状态，无法实时监测各传感器的数据。2、如果要求监测的实时性，则传感器的使用会受限制。由于要追要求低功耗，如果要增加系统的实时性，则MCU必须一直处于正常工作模式，这势必造成较大功耗，这就需要删减其他一些传感器的使用，只能选择一些极低功耗的传感器，使得传感器的选择非常受限，这也使这种监测系统的应用场景比较受限。3、网络掉线导致数据丢失。当NB-IOT或Lora网络由于野外环境原因导致掉线时，采集的传感器数据则无法通过网络传输至平台，这会造成平台上传感器数据的断层，既不利于平台对监测点数据的综合判断。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统，可支持野外地质灾害监测中常用到的加速度传感器、拉绳传感器、数字式雨量计及各种功耗适中的485传感器，通过NBIOT的网络传输方式，利用内置电池可稳定工作3年以上，能更大程度的满足地质灾害监测的需求。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统，包括主机上壳和主机下壳，所述主机上壳、主机下壳之间设置有电池包、主控板，所述主控板上设置有GNSS天线和NBIOT天线，所述主机上壳设置有调试接口和外接传感器接口。优选的，所述主控板与雨量计传感器、三轴加速度传感器、存储电路、拉绳传感器电路、GNSS模块、485电路、NBIOT电路、调试串口和晶振通信连接。优选的，所述主控板的MCU采用意法半导体公司的低功耗系列STM32L4系列作为主控制器。优选的，所述NBIOT电路选用NBIOT模组，用于数据的网络传输，支持移动、联通和电信三大运营商，根据现场NBIOT的网络环境灵活选择运营商，并同时支持可插拔的uSIM卡和贴片的eSIM卡；通过串口与MCU进行通信，并通过MCU控制模块的工作模式，当需要通过NBIOT网络传输数据时控制NBIOT模块在正常工作模式，不需要传输数据时控制NBIOT模块进入PSM模式，以降低系统功耗。优选的，加速度传感器采用ADI公司的超低功耗的三轴加速度传感器，监测当前环境的X/Y/Z三轴方向运动的加速度值，做监测点的动静态判断，并计算出监测点的倾角大小，通过SPI总线与MCU进行通信，该加速度传感器正常工作时功耗只有uA级，可实时监测山体的动静态及倾斜角度变化。优选的，所述485电路采用485转换芯片，用于MCU与外接的485传感器的数据通信。优选的，所述存储电路采用低功耗的NorFlash芯片，通过SPI总线与MCU进行数据通信，用于NBIOT网络掉线时的离线数据存储，以便在NBIOT网络恢复后能将网络离线时的数据进行补发，能避免网络掉线时的数据漏报。优选的，所述GNSS模块选用低功耗的GNSS模组，通过串口与MCU进行通信，用于系统的定位和校时，定位可用于后续设备位置的找寻，校时可定时更新校准系统时间，避免系统内部实时时钟的运行偏差导致数据上传至平台时间的偏差；所述拉绳传感器电路上做兼容设计，支持电流、电阻及电压型拉绳传感器，通过电阻分压及ADC采样读取传感器电压值，并测量出拉绳拉出长度，可用于山体裂缝形变的监测。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术主控系统可支持野外地质灾害监测中常用到的加速度传感器、拉绳传感器、数字式雨量计及各种功耗适中的485传感器，通过NBIOT的网络传输方式，利用内置电池可稳定工作3年以上，能更大程度的满足地质灾害监测的需求。2、目前低功耗监测设备存在的实时性不高、使用场景受限和网络掉线导致数据丢失的问题，本专利技术设计了一种基于NBIOT网络传输的具备多种传感器数据采集的低功耗主控系统，通过支持加速度传感器，拉绳传感器、数字式雨量计，特别是支持各种类型的485传感器，能极大拓宽其的使用场景。且该系统在工作时，其主控MCU不做休眠处理，一直处于工作状态，能增加系统的实时性。内置存储器，当NBIOT网络时也能存储传感器数据，当网络恢复时能将传感器数据补发至平台，保证传感器数据的连续性、完整性。附图说明图1是本专利技术主控板系统框图；图2是本专利技术主控板供电框图；图3是本专利技术低功耗监测主机示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术设计了一种基于NBIOT网络传输的具备多种传感器数据采集的低功耗主控系统，通过支持加速度传感器，拉绳传感器、数字式雨量计，特别是支持各种类型的485传感器，能极大拓宽其的使用场景。且该系统在工作时，其主控MCU不做休眠处理，一直处于工作状态，能增加系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统，其特征在于：包括主控板，所述主控板支持与多种传感器数据采集通信；低功耗模块，所述低功耗模块将系统功耗设计在1.5mA以下。/n

【技术特征摘要】
1.一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统，其特征在于：包括主控板，所述主控板支持与多种传感器数据采集通信；低功耗模块，所述低功耗模块将系统功耗设计在1.5mA以下。


2.根据权利要求1所述的一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统，其特征在于：还包括主机上壳和主机下壳，所述主机上壳、主机下壳之间设置有电池包，所述主控板上设置有GNSS天线和NBIOT天线，所述主机上壳设置有调试接口和外接传感器接口。


3.根据权利要求2所述的一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统，其特征在于，所述主控板与雨量计传感器、三轴加速度传感器、存储电路、拉绳传感器电路、GNSS模块、485电路、NBIOT电路、调试串口和晶振通信连接。


4.根据权利要求3所述的一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统，其特征在于，所述主控板的MCU采用意法半导体公司的低功耗系列STM32L4系列作为主控制器。


5.根据权利要求3所述的一种具备多种传感器数据采集和传输的低功耗主控系统，其特征在于，所述NBIOT电路选用NBIOT模组，用于数据的网络传输，支持移动、联通和电信三大运营商，根据现场NBIOT的网络环境灵活选择运营商，并同时支持可插拔的uSIM卡和贴片的eSIM卡；通过串口与MCU进行通信，并通过MCU控制模块的工作模式，当需要通过NBIOT网络传输数据时控制NBIOT模块在正常工作模式，不需要传输数据时控制NBIOT模块进入PSM模式，以降低系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光伟，赵康德，俞岭，李然，赵斐斐，刘祥云，潘杰，杨荣仕，
申请(专利权)人：上海华测导航技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31