CN104217572A - 一种基于北斗短报文功能的测量监控系统及其方法 - Google Patents

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一种基于北斗短报文功能的测量监控系统及其方法，系统包括前端数据发送和后端数据接收。前端数据发送部分由传感器、信号调理终端、信息发送终端组成；后端数据接收部分包括信息接收终端、手持接收终端。其通过CAN总线或Zigbee将前端传感器采集到的被测环境温湿度，统一发送到第一信息发送终端，再由第一信息发送终端通过北斗短报文的方式发送到后方手持接收终端、第二信息接收终端以及指挥终端，最后由运行于后端的处理软件对前端传感器数据进行数据处理，供工作人员查看。一种基于北斗短报文功能的测量监控系统避免了工作人员长时间处于恶劣的作业现场，在后端就可了解前端所有被测参数状态，极大的提高了工作效率和智能化监测水平。

Description

一种基于北斗短报文功能的测量监控系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种基于北斗短报文功能的测量监控系统及其方法，属于航天测控中北斗短报文监控技术领域。 
背景技术
在运载火箭系统的使用维护中，存在大量的数据测量与监控工作。数据测量与监控的远程通信即前端现场设备与后端监控中心之间的通信，包括有线和无线两种方式。有线传输存在设备展开和撤收工作复杂，耗费大量人力和物力的缺陷；无线传输常用GSM或3G的方式，但是依赖于基站系统的支持，受到地域的限制，并且无法满足信息传递时保密的要求。 
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出一种基于北斗短报文功能的测量监控系统和方法，本发明可以在任何地点任何时间，通过便携终端屏幕对前端采集到的参数进行实时监控。本发明具有较好的保密性，以及多发多收和超差报警等功能。此外，本发明可以在试验场和发射场以外对火箭进行监测，后方设计人员和相关制造工厂可以更便捷的获得前端的测量参数并提供技术支持。 
本发明的技术解决方案：一种基于北斗短报文功能的测量监控系统，包括环境传感器采集设备、外系统传感器、采集调理设备、第一信息收发终端、第二信息收发终端、北斗信号转发器、手持接收终端、指挥终端、显示模块； 
环境传感器采集设备，从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据，将温度数据和湿度数据由模拟量变换成数字量，产生第一组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据 发送到第一信息收发终端； 
外系统传感器，从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据，经过温度敏感电阻变换，输出4～20mA电流信号送至采集调理设备，采集调理设备将送来的4～20mA电流信号进行电流—电压变换、模数转换后产生第二组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端； 
第一信息收发终端，将环境传感器采集设备送来的第一组数字形式的环境温度和湿度数据以北斗4.0协议(即北斗用户设备数据接口协议(V4.0))格式，生成北斗短报文数据，通过无线方式转发到手持接收终端、第二信息收发终端和北斗信号转发器，同时第一信息收发终端给采集调理设备和外系统传感器进行供电； 
手持接收终端，将第一信息收发终端送来的北斗短报文数据还原成数字形式的温度和湿度数据，再依据预先设置的温度、湿度阈值对还原成数字形式的温度和湿度数据判断，当温度数据或湿度数据超出预先设置的温度、湿度阈值，手持接收终端进行声音报警，同时手持接收终端将数字形式的温度和湿度数据以曲线形式显示； 
第二信息收发终端，将第一信息收发终端送来的北斗短报文数据通过以北斗4.0协议还原成数字形式的温度和湿度数据，发送给显示模块进行温度和湿度数据显示； 
北斗信号转发器将第一信息收发终端发送的北斗短报文信号转发到手持接收终端和第二信息收发终端； 
指挥终端：指挥终端能够监测第一信息收发终端和手持接收终端之间、第一信息收发终端和第二信息收发终端之间互相发送的北斗短报文数据内容以及第一信息收发终端的位置信息。 
所述的外系统传感器的节点数为多路。 
一种基于北斗短报文功能的测量监控方法，步骤如下： 
(1)环境传感器采集设备从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据， 
(2)将步骤(1)采集的温度数据和湿度数据由模拟量变换成数字量，产生第一组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端； 
(3)外系统传感器从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据，经过温度敏感电阻变换，输出4～20mA电流信号送至采集调理设备， 
(4)采集调理设备将步骤(3)的4～20mA电流信号进行电流—电压变换、模数转换后产生第二组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端； 
(5)第一信息收发终端将环境传感器采集设备将步骤(2)和步骤(4)的数字形式的环境温度和湿度数据以北斗4.0协议格式，生成北斗短报文数据，通过无线方式转发到手持接收终端、第二信息收发终端和北斗信号转发器，同时第一信息收发终端给采集调理设备和外系统传感器进行供电； 
(6)在有北斗信号情况下，手持接收终端将步骤(5)第一信息收发终端送来的北斗短报文数据还原成数字形式的温度和湿度数据，再依据预先设置的温度、湿度阈值对还原成数字形式的温度和湿度数据判断，当温度数据或湿度数据超出预先设置的温度、湿度阈值，手持接收终端进行声音报警，同时手持接收终端将数字形式的温度和湿度数据以曲线形式显示； 
(7)在有北斗信号情况下，第二信息收发终端将步骤(5)第一信息收发终端送来的北斗短报文数据通过以北斗4.0协议还原成数字形式的温度和 湿度数据，发送给显示模块进行温度和湿度数据显示； 
(8)在没有北斗信号情况下，使用北斗信号转发器将步骤(5)第一信息收发终端发送的北斗短报文信号转发到手持接收终端和第二信息收发终端，第一信息收发终端和第二信息收发终端以北斗4.0协议还原成数字形式的温度和湿度数据； 
(9)指挥终端将步骤(5)中第一信息收发终端和手持接收终端之间、第一信息收发终端和第二信息收发终端之间互相发送的北斗短报文数据内容进行实时监控及显示。 
本发明与现有技术相比具有如下优点： 
(1)本发明前端采用有线+无线方式，即CAN总线与Zigbee技术结合，解决了传感器信号可靠传输的问题，保证了信号有效传输。 
(2)本发明前后端采用北斗短报文方式进行通信，解决了保密性、远距离通信等问题，使得工作人员与被测对象不受距离限制，并且信息安全得到了有效保证。 
(3)本发明中运行于后端手持接收终端、指挥终端里的软件具备数据智能处理的能力，可通过以往数据判断当前参数的合理性，避免了人工判读数据带来的主观性。 
(4)本发明中后端有多种监测方式，适用于移动监测、定点监测等各类使用中会遇到的工况，解决了以往监测手段单一的问题。 
(5)本发明中前端数据在通过北斗短报文发送之前，会进行数据压缩、编码处理，此方式提高了短报文单次数据传输量，提高了通信效率。 
附图说明
图1为本发明的系统框图； 
图2为本发明方法流程图。 
具体实施方式
本发明的基本思路为：将北斗短报文通信技术与多传感器数据融合、数据分析提取、设备健康监管、复杂环境下低功耗高可靠设计、嵌入式移动信息应用技术等技术有机结合。首先通过前端将传感器数据进行采集，然后进行压缩编码后通过北斗短报文的方式发送到后端。最后，通过运行与后端的指挥终端设备上的数据处理软件，对前端数据进行分析提取，实现远距离、长时间、无人监控，提高航天领域中智能化监测水平。 
而且北斗短报文通信方式与其他无线传输方式相比具有以下优势： 
(a)传输距离无限制。北斗卫星短报文(即北斗短报文)通信采用无线方式传输数据，距离上不受线缆限制，可跨省或跨地区传送，节省铺设成本及时间； 
(b)支持地域范围广。北斗卫星短报文通信不受基站建设情况约束，信号可有效覆盖亚太地区所有区域； 
(c)信道稳定且可靠。北斗卫星导航系统工作在L/S波段，与其他民用信道相比，不存在通信网用户拥挤和同频干扰问题，并且阴雨天信号无衰减； 
(d)使用保障高安全。北斗卫星短报文通信可以使工作人员远程监控设备参数，避免工作人员长期在恶劣的、高危险的操作环境中停留； 
(e)通信内容高保密。北斗卫星导航系统采用高强度加密设计，具有良好的数据安全性和保密性。 
下面结合附图对本发明进行详细说明。 
如图1所示，一种基于北斗短报文功能的测量监控系统，包括环境传感器采集设备、外系统传感器、采集调理设备、第一信息收发终端、第二信息收发终端、北斗信号转发器、手持接收终端、指挥终端、显示模块； 
环境传感器采集设备，从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据，将温度数据和湿度数据由模拟量变换成数字量，产生第一组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线无线传感器网络Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端； 
外系统传感器，从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据，经过温度敏感电阻变换，输出4～20mA电流信号送至采集调理设备，采集调理设备将送来的4～20mA电流信号进行电流—电压变换、模数转换后产生第二组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线无线传感器网络Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端；所述的外系统传感器的节点数为多路。 
第一信息收发终端，将环境传感器采集设备送来的第一组数字形式的环境温度和湿度数据以北斗4.0协议格式，生成北斗短报文数据，通过无线方式转发到手持接收终端、第二信息收发终端和北斗信号转发器，同时第一信息收发终端给采集调理设备和外系统传感器进行供电； 
手持接收终端，将第一信息收发终端送来的北斗短报文数据还原成数字形式的温度和湿度数据，再依据预先设置的温度、湿度阈值对还原成数字形式的温度和湿度数据判断，当温度数据或湿度数据超出预先设置的温度、湿度阈值，手持接收终端进行声音报警，同时手持接收终端将数字形式的温度和湿度数据以曲线形式显示； 
第二信息收发终端，将第一信息收发终端送来的北斗短报文数据通过以北斗4.0协议还原成数字形式的温度和湿度数据，发送给显示模块进行温度和湿度数据显示； 
北斗信号转发器将第一信息收发终端发送的北斗短报文信号转发到手持接收终端和第二信息收发终端； 
指挥终端：指挥终端能够监测第一信息收发终端和手持接收终端之间、第一信息收发终端和第二信息收发终端之间互相发送的北斗短报文数据内容以及第一信息收发终端的位置信息。 
如图2所示，一种基于北斗短报文功能的测量监控方法，步骤如下： 
(1)环境传感器采集设备从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据； 
(2)将步骤(1)采集的温度数据和湿度数据由模拟量变换成数字量，产生第一组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端； 
(3)外系统传感器从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据，经过温度敏感电阻变换，输出4～20mA电流信号送至采集调理设备； 
(4)采集调理设备将步骤(3)的4～20mA电流信号进行电流—电压变换、模数转换后产生第二组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端； 
(5)第一信息收发终端将环境传感器采集设备将步骤(2)和步骤(4)的数字形式的环境温度和湿度数据以北斗4.0协议格式，生成北斗短报文数据，通过无线方式转发到手持接收终端、第二信息收发终端和北斗信号转发器，同时第一信息收发终端给采集调理设备和外系统传感器进行供电； 
(6)在有北斗信号情况下，手持接收终端将步骤(5)第一信息收发终端送来的北斗短报文数据还原成数字形式的温度和湿度数据，再依据预先设置的温度、湿度阈值对还原成数字形式的温度和湿度数据判断，当温度数据或湿度数据超出预先设置的温度、湿度阈值，手持接收终端进行声音报警，同时手持接收终端将数字形式的温度和湿度数据以曲线形式显示； 
(7)在有北斗信号情况下，第二信息收发终端将步骤(5)第一信息收发终端送来的北斗短报文数据通过以北斗4.0协议还原成数字形式的温度和湿度数据，发送给显示模块进行温度和湿度数据显示； 
(8)在没有北斗信号情况下，使用北斗信号转发器将步骤(5)第一信息收发终端发送的北斗短报文信号转发到手持接收终端和第二信息收发终端，第一信息收发终端和第二信息收发终端以北斗4.0协议还原成数字形式的温度和湿度数据； 
(9)指挥终端将步骤(5)中第一信息收发终端和手持接收终端之间、第一信息收发终端和第二信息收发终端之间互相发送的北斗短报文数据内 容进行实时监控及显示。 
本发明使得工作人员可以在任何地点任何时间，通过便携终端屏幕对前端采集到的参数进行实时监控。该设备具有较好的保密性，以及多发多收和超差报警等功能。此外，该设备可以在试验场和发射场以外对火箭进行监测，后方设计人员和相关制造工厂可以更便捷的获得前端的测量参数并提供技术支持。 
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。 

Claims (3)

1.一种基于北斗短报文功能的测量监控系统，其特征在于：包括环境传感器采集设备、外系统传感器、采集调理设备、第一信息收发终端、第二信息收发终端、北斗信号转发器、手持接收终端、指挥终端、显示模块；
环境传感器采集设备，从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据，将温度数据和湿度数据由模拟量变换成数字量，产生第一组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端；
外系统传感器，从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据，经过温度敏感电阻变换，输出4～20mA电流信号送至采集调理设备，采集调理设备将送来的4～20mA电流信号进行电流—电压变换、模数转换后产生第二组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端；
第一信息收发终端，将环境传感器采集设备送来的第一组数字形式的环境温度和湿度数据以北斗4.0协议格式，生成北斗短报文数据，通过无线方式转发到手持接收终端、第二信息收发终端和北斗信号转发器，同时第一信息收发终端给采集调理设备和外系统传感器进行供电；
手持接收终端，将第一信息收发终端送来的北斗短报文数据还原成数字形式的温度和湿度数据，再依据预先设置的温度、湿度阈值对还原成数字形式的温度和湿度数据判断，当温度数据或湿度数据超出预先设置的温度、湿度阈值，手持接收终端进行声音报警，同时手持接收终端将数字形式的温度和湿度数据以曲线形式显示；
第二信息收发终端，将第一信息收发终端送来的北斗短报文数据通过以北斗4.0协议还原成数字形式的温度和湿度数据，发送给显示模块进行温度和湿度数据显示；
北斗信号转发器将第一信息收发终端发送的北斗短报文信号转发到手持接收终端和第二信息收发终端；
指挥终端：指挥终端能够监测第一信息收发终端和手持接收终端之间、第一信息收发终端和第二信息收发终端之间互相发送的北斗短报文数据内容以及第一信息收发终端的位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文功能的测量监控系统，其特征在于：所述的外系统传感器的节点数为多路。
3.一种基于北斗短报文功能的测量监控方法，其特征在于步骤如下：
(1)环境传感器采集设备从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据；
(2)将步骤(1)采集的温度数据和湿度数据由模拟量变换成数字量，产生第一组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端；
(3)外系统传感器从被测环境中采集环境参数，包括温度数据和湿度数据，经过温度敏感电阻变换，输出4～20mA电流信号送至采集调理设备；
(4)采集调理设备将步骤(3)的4～20mA电流信号进行电流—电压变换、模数转换后产生第二组数字形式的环境温度和湿度数据，通过CAN总线和Zigbee将温度数据和湿度数据发送到第一信息收发终端；
(5)第一信息收发终端将环境传感器采集设备将步骤(2)和步骤(4)的数字形式的环境温度和湿度数据以北斗4.0协议格式，生成北斗短报文数据，通过无线方式转发到手持接收终端、第二信息收发终端和北斗信号转发器，同时第一信息收发终端给采集调理设备和外系统传感器进行供电；
(6)在有北斗信号情况下，手持接收终端将步骤(5)第一信息收发终端送来的北斗短报文数据还原成数字形式的温度和湿度数据，再依据预先设置的温度、湿度阈值对还原成数字形式的温度和湿度数据判断，当温度数据或湿度数据超出预先设置的温度、湿度阈值，手持接收终端进行声音报警，同时手持接收终端将数字形式的温度和湿度数据以曲线形式显示；
(7)在有北斗信号情况下，第二信息收发终端将步骤(5)第一信息收发终端送来的北斗短报文数据通过以北斗4.0协议还原成数字形式的温度和湿度数据，发送给显示模块进行温度和湿度数据显示；
(8)在没有北斗信号情况下，使用北斗信号转发器将步骤(5)第一信息收发终端发送的北斗短报文信号转发到手持接收终端和第二信息收发终端，第一信息收发终端和第二信息收发终端以北斗4.0协议还原成数字形式的温度和湿度数据；
(9)指挥终端将步骤(5)中第一信息收发终端和手持接收终端之间、第一信息收发终端和第二信息收发终端之间互相发送的北斗短报文数据内容进行实时监控及显示。
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