基于ARM架构的高性能水文水资源遥测终端机及其功耗控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ARM架构的高性能水文水资源遥测终端机及其功耗控制方法。采用多个高性能嵌入式CPU组成RTU的主机系统，其逻辑结构由三个主要功能模块组成：主控制模块、数据采集模块和电源控制模块；各模块又划分成多个功能子模块，各功能子模块只完成单一的功能任务；在统一的时序控制下各个模块及其功能子模块进行组合交替工作，保证任何时候工作的模块最少，从而达到整机功耗最优。本发明专利技术方案在保证终端机整体高性能的同时大幅度的降低了整机功耗。

【技术实现步骤摘要】
基于ARM架构的高性能水文水资源遥测终端机及其功耗控制方法
本专利技术属于数据采集遥测终端能耗控制方法领域，具体涉及一种基于ARM架构的高性能水文水资源遥测终端机及其功耗控制方法，特别适用于野外无市电工况下RTU长期工作的能耗控制管理。
技术介绍
水文水源遥测终端机(RTU)需要在野外无市电环境下长期工作，因此整机的低功耗是关键指标，国内外厂商均在此项指标上做了各种努力。目前降低功耗一般采取选取低功耗器件或简化整机功能等办法。选取低功耗器件虽然能较大幅度的降低功耗指标，但对有些功能器件而言其，降低功耗的幅度是有限的，尤其是担负主处理任务的CPU。假如不采取控制措施，让主机一直工作，或半休眠工作，其长期累计的耗电量也十分可观。其次简化整机功能也可以降低功耗，但这将牺牲整机功能和性能。本专利技术的着眼点是在保证整机的高性能品质(采用高性能处理器大幅度提高整机性能)的同时采用分模块、分时序的控制方法大幅度降低整机功耗指标，并使RTU的功能和性能指标大幅提升。自上个世纪末至当前，大多数主流厂商对野外遥测设备的低功耗处理普遍采用的方法是用低功耗单片机或单板机做主CPU，采用太阳能板和蓄电池联合供电，完成的功能比较单一。国外以美国SUTRON、HANDAR、CSI等公司为代表；国内以南瑞、水文自动化所等为代表的主要公司，目前大量采用的都是这一技术的产品。这一技术能够降低整机功耗的关键点是采用了低功耗芯片并且主机使用低功耗单片机、单板机。由于单片机和单板机不需要使用复杂的商用操作系统，操作和使用都比较简单，另外其RTU功能比较单一从而使较大幅度的降低功耗并不困难，可以在许多功能要求单一的情况下使用。但是，随着信息化的发展，许多应用场合需要RTU的功能和性能越来越高，例如有的场合需要两种以上的信道之间自动切换，有的要对参数进行远程配置，有的需要适应多种通信协议，有的需要对采集的信息进行统计分析，有的还需要采集和传输流媒体数据等等。这些功能的增加，大大增加了 RTU功能的复杂度，原有的用单片机、单板机做主CPU的方案就很难同时满足功能和功耗的要求，而高性能嵌入式硬件和嵌入式操作系统的出现为完成这种新需求提供了可能性。但嵌入式硬件和操作系统的引入所带来的功能增加，如不采取措施，也会较大幅度的增加RTU的整机功耗。这也是目前嵌入式硬件和操作系统没有在水文、水资源RTU普遍采用的原因。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过采用多个高性能低功耗的嵌入式硬件作为主机系统，提升遥测终端机的功能和性能，在此基础上通过分模块、分时序的控制方法控制不同部件的工作顺序，从而在保证了整体高性能的同时又大幅度降低整机功耗。解决了
技术介绍
中提出的这一矛盾，填补了这方面的空白。实现本专利技术目标的技术解决方案为:一种基于ARM架构的水文水资源遥测终端机，由主控制模块、电源控制模块和数据采集模块分别通过内部总线互联而成；主控制模块包括CPU子模块、数据处理子模块、时序管理子模块、收发控制子模块、任务管理子模块和若干个硬件串行口 ；电源控制模块包括CPU子模块、整机供电子模块、内部接口电源子模块及其硬件供电开关、通信供电子模块及其硬件供电开关；数据采集模块包括CPU子模块、传感器供电子模块和数据采集子模块；电源控制模块通过整机供电子模块实现整机各模块中CPU子模块的供电、整机各模块中内部接口的供电以及外部远程数据通信设备的供电；数据采集模块由传感器供电子模块对外部传感器供电，由数据采集子模块采集传感器数据；主控制模块通过其CPU子模块与数据采集模块的CPU子模块的数据交互取得采集到的传感器数据，传感器数据交由数据处理子模块进行数据滤波、存储和打包处理，处理完的打包数据在时序管理子模块的控制下，通过收发控制子模块和通信供电子模块的配合，经由硬件串行口传送给外部远程数据通信设备并发送至远程中心站；设备上电后，电源控制模块中的整机供电子模块产生设备工作所需的各类工作电源，供电正常后各个模块执行自身必要的初始化和参数加载后进入无任务休眠状态。外部的传感器在内部定时或外部中断数据采集事件的驱动下，由数据采集模块实现对外部传感器设备的供电和传感器数据采集，采集到的传感器数据交由主控制模块进行数据滤波、存储和打包处理，处理完的打包数据在时序管理子模块的控制下，通过收发控制子模块和通信供电子模块的配合，经由外部远程数据通信设备将数据发送至远程中心站；数据采集、处理、发送完成后，设备自动进入低功耗睡眠模式以降低自身功耗。所述主控制模块中，(PU子模块采用ARM Cortex M3，用于实现主控制模块内各子模块任务的运行以及与数据采集模块、电源控制模块之间的数据交互和相关供电开关的控制；数据处理子模块用于实现对数据采集模块采集到的传感器数据进行滤波、存储和发送前发送数据包的制作，制作完成的发送数据包交由收发控制子模块通过外部远程数据通信设备向远程中心站发送；时序管理子模块一方面通过ARM Cortex M3 CPU子模块与数据采集模块进行数据和控制动作的交互，来实现外部传感器按需供电及传感器工作正常后通知执行采数；另一方面ARM Cortex M3 CPU子模块与电源控制模块进行数据和控制动作的交互，来实现通信供电子模块按需给外部远程数据通信设备供电；收发控制子模块一方面实现获取数据采集模块采集到的外部传感器数据，并将该数据转交给数据处理子模块进行后续处理；另一方面将数据处理子模块制作完成的发送数据包按照时序管理子模块的控制在外部远程数据通信设备上电准备好的时隙内向远程中心站发送；任务管理子模块用于排列内部定时器触发的定时数据采集、发送任务和外部传感器中断触发的中断数据采集、发送任务的执行顺序；数据采集、处理、发送完成后，主控制模块自动进入低功耗睡眠模式以降低自身功耗。所述电源控制模块中，CPU子模块采用MSP430，用于实现电源控制模块与主控制模块之间的数据交互和供电开关的控制；整机供电子模块负责产生设备工作所需的各类工作电源；通信供电子模块负责产生外部远程数据通信设备的工作电源，该工作电源经其供电开关由主控制模块控制在执行远程数据上报发送期间给外部远程数据通信设备供电，远程数据上报完成后该电源停止供电以降低整体功耗；内部接口电源经其通供电开关由主控制模块控制在主控制模块工作期间为整机的除CPU以外器件供电，设备睡眠期间该电源停止供电以实现设备的低功耗；数据采集、处理、发送完成后，电源控制模块自动进入低功耗睡眠模式以降低自身功耗。所述数据采集模块中，CPU子模块采用MSP430，用于实现数据采集模块与主控制模块之间的数据交互；传感器供电子模块负责产生给外部传感器供电的电源，该电源在数据采集模块采集外部传感器数据期间给传感器供电，传感器数据采集完成后该电源关闭以降低整体功耗；数据采集子模块负责在外部传感器上电后采集外部传感器数据，并将采集到的外部传感器数据经由MSP430 CPU子模块传输给主控制模块进行后续的数据滤波、存储和打包上报；数据采集、处理、发送完成后，数据采集模块自动进入低功耗睡眠模式以降低自身功耗。一种基于上述水文水资源遥测终端机的功耗控制方法，包括定时数据采集发送和中断数据采集发送两种工况条件下整机分模块、分时序功耗控制的方法；终端机上电启动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARM架构的水文水资源遥测终端机，其特征在于：由主控制模块、电源控制模块和数据采集模块分别通过总线互联而成；主控制模块包括CPU子模块、数据处理子模块、时序管理子模块、收发控制子模块、任务管理子模块和若干个硬件串行口；电源控制模块包括CPU子模块、整机供电子模块、内部接口电源子模块及其硬件供电开关、通信供电子模块及其硬件供电开关；数据采集模块包括CPU子模块、传感器供电子模块和数据采集子模块；电源控制模块通过整机供电子模块实现整机各模块中CPU子模块的供电、整机各模块中除CPU外的内部接口芯片的供电以及外部远程数据通信设备的供电；数据采集模块由传感器供电子模块对外部传感器供电，由数据采集子模块采集传感器数据；主控制模块通过其CPU子模块与数据采集模块的CPU子模块的数据交互取得采集到的传感器数据，传感器数据交由数据处理子模块进行数据滤波、存储和打包处理，处理完的打包数据在时序管理子模块的控制下，通过收发控制子模块和通信供电子模块的配合，经由硬件串行口传送给外部远程数据通信设备并发送至远程中心站；????设备上电后，电源控制模块中的整机供电子模块产生设备工作所需的各类工作电源，供电正常后各个模块执行自身必要的初始化和参数加载后进入无任务休眠状态；外部的传感器在内部定时或外部中断数据采集事件的驱动下，由数据采集模块实现对外部传感器设备的供电和传感器数据采集，采集到的传感器数据交由主控制模块进行数据滤波、存储和打包处理，处理完的打包数据在时序管理子模块的控制下，通过对收发控制子模块和通信供电子模块的配合，经由外部远程数据通信设备将数据发送至远程中心站；数据采集、处理、发送完成后，设备自动进入低功耗睡眠模式以降低自身功耗。...

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM架构的水文水资源遥测终端机，其特征在于:由主控制模块、电源控制模块和数据采集模块分别通过总线互联而成；主控制模块包括CPU子模块、数据处理子模块、时序管理子模块、收发控制子模块、任务管理子模块和若干个硬件串行口 ；电源控制模块包括CPU子模块、整机供电子模块、内部接口电源子模块及其硬件供电开关、通信供电子模块及其硬件供电开关；数据采集模块包括CPU子模块、传感器供电子模块和数据采集子模块；电源控制模块通过整机供电子模块实现整机各模块中CPU子模块的供电、整机各模块中除CPU外的内部接口芯片的供电以及外部远程数据通信设备的供电；数据采集模块由传感器供电子模块对外部传感器供电，由数据采集子模块采集传感器数据；主控制模块通过其CPU子模块与数据采集模块的CPU子模块的数据交互取得采集到的传感器数据，传感器数据交由数据处理子模块进行数据滤波、存储和打包处理，处理完的打包数据在时序管理子模块的控制下，通过收发控制子模块和通信供电子模块的配合，经由硬件串行口传送给外部远程数据通信设备并发送至远程中心站；设备上电后，电源控制模块中的整机供电子模块产生设备工作所需的各类工作电源，供电正常后各个模块执行自身必要的初始化和参数加载后进入无任务休眠状态；外部的传感器在内部定时或外部中断数据采集事件的驱动下，由数据采集模块实现对外部传感器设备的供电和传感器数据采集，采集到的传感器数据交由主控制模块进行数据滤波、存储和打包处理，处理完的 打包数据在时序管理子模块的控制下，通过对收发控制子模块和通信供电子模块的配合，经由外部远程数据通信设备将数据发送至远程中心站；数据采集、处理、发送完成后，设备自动进入低功耗睡眠模式以降低自身功耗。2.根据权利要求1所述的基于ARM架构的水文水资源遥测终端机，其特征在于:所述主控制模块中，(PU子模块采用ARM Cortex M3，用于实现主控制模块内各子模块任务的运行以及与数据采集模块、电源控制模块之间的数据交互和相关供电开关的控制；数据处理子模块用于实现对数据采集模块采集到的传感器数据进行滤波、存储和发送前发送数据包的制作，制作完成的发送数据包交由收发控制子模块通过外部远程数据通信设备向远程中心站发送；时序管理子模块一方面通过ARM Cortex M3 CPU子模块与数据采集模块进行数据和控制动作的交互，来实现外部传感器按需供电及传感器工作正常后通知执行采数；另一方面通过ARM Cortex M3 CPU子模块与电源控制模块进行数据和控制动作的交互，实现通信供电子模块按需给外部远程数据通信设备供电以及内部接口电源按需给整机除CPU以外器件供电；收发控制子模块一方面实现获取数据采集模块采集到的外部传感器数据，并将该数据转交给数据处理子模块进行后续处理；另一方面将数据处理子模块制作完成的发送数据包按照时序管理子模块的控制，通过外部远程数据通信设备向远程中心站发送；任务管理子模块用于排列内部定时器触发的定时数据采集、发送任务和外部传感器中断触发的中断数据采集、发送任务的执行顺序；数据采集、处理、发送完成后，主控制模块自动进入低功耗睡眠模式以降低自身功耗。3.根据权利要求1所述的基于ARM架构的水文水资源遥测终端机，其特征在于:所述电源控制模块中，CPU子模块采用MSP430，用于实现电源控制模块与主控制模块之间的数据交互和供电开关的控制；整机供电子模块负责产生设备工作所需的各类工作电源；通信供电子模块负责产生外部远程数据通信设备的工作电源，该工作电源经其供电开关由主控制模块控制在执行打包数据远程上报发送期间给外部远程数据通信设备供电，远程数据上报完成后该电源停止供电以降低整体功耗；内部接口电源经其供电开关由主控制模块控制在主控制模块工作期间为整机除CPU以外器件供电，设备睡眠期间该电源停止供电以实现设备的低功耗；数据采集、处理、发送完成后，电源控制模块自动进入低功耗睡眠模式以降低自身功耗。4.根据权利要求1所述的基于ARM架构的水文水资源遥测终端机，其特征在于:所述数据采集模块中， CPU子模块采用MSP430，用于实现数据采集模块与主控制模块之间的数据交互；传感器供电子模块负责产生给外部传感器供电的电源，该电源在数据采集模块采集外部传感器数据期间给传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙荣久，李祥勇，姚文才，宫云涛，
申请(专利权)人：南京金水尚阳软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：