CN104950747B - 一种野外遥测终端无线管理与控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种野外遥测终端低功耗无线管理与控制装置及方法，其中装置包括供电单元、遥测终端、协议转换器、手持设备和若干台传感器，在遥测终端内设有433Mhz模块，433Mhz模块采取间歇式休眠与唤醒机制，扫描周围无线协议转换器，自动识别并建立安全链接，在无数据传输时自动进入休眠工作模式，从而可以降低野外遥测终端的功耗；手持式设备通过浏览器和内嵌在协议转换器里的webserver进行交互，并由协议转换器进行Http协议和433MHz模块通讯协议的翻译转换。本发明不仅弥补了野外恶劣环境下使用有线通讯方式对遥测终端进行管理与控制的不便，并且解决了采用无线方案进行遥测终端管理与控制时功耗偏大的问题。

Description

一种野外遥测终端无线管理与控制的方法

技术领域

本发明涉及一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，属于水利水电监测技术领域。

背景技术

随着野外遥测终端在水情、水利、环保气象、输电线路监测等领域的大量推广应用，对上述设备仪器的现场管理与控制的重要性日益显现。目前遥测终端的现场管理与控制方式主要有以下两种：

一种是有线通信模式，如图1所示，包括RS232接口和LAN接口两种接口形式。当接口为RS232时，通过USB转串口线与PC机连接，通过安装在PC机上的现场管理与控制软件对遥测终端进行交互；当接口为LAN时，通过网线与PC机连接，通过PC机上的浏览器对遥测终端进行交互。

第二种是无线通信模式，即在遥测终端内集成WiFi模块，同时在遥测终端内架设web server服务器，手机、平板和笔记本电脑等具备无线WiFi模块的手持设备通过内置浏览器进行现场管理与控制工作(如图2)。这种无线通信模式支持多平台操作，具备跨平台操作功能，无论手机、平板电脑或者笔记本电脑，只要内部具备浏览器即可进行无线管理与控制工作。

现有的有线通信模式，一方面由于现场管理与控制工作采用RS232或LAN，用户和工程人员在进行现场安装调试、检修维护时，必须配备笔记本电脑，携带不便。第二方面，这种访问模式对系统平台过度依赖，无法提供跨平台操作。第三方面，水情、水利、环保气象、输电线路监测与报送系统，由于地处偏远，环境恶劣，例如，水情气象监测安装在法拉利桶内，而水利和环保监测安装在暗井或地下水通道，输电线路状态监测安装在输电杆塔上面，安装位置距离地面有一定距离，工程实施需攀爬杆塔或进入下水道，给工程现场的实施带来困难。基于以上三点原因，现有的有线通信模式已无法满足用户应用需求，有些厂家针对上述领域开发了基于WiFi的无线管理与控制方式。

现有的无线通信模式，WiFi的优势在于数据传输速率高，支持“永远在线”功能。对于某些应用或场合而言，这些功能可能是有用的。但是，由于WiFi模块自身的功耗较大，这些功能同时带来的是功耗的增加以及可靠性及性能的降低。为了确保遥测终端随时随地的无线管理与控制，现有基于WiFi的无线通信模式中WiFi处于“一直在线”状态，从而照成了较高的功耗消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，遥测终端内的433Mhz模块采取间歇式休眠与唤醒机制，有效降低自身功耗；协议转换器内部集成可充式锂电池，整体体积较小，携带便捷，用户只要在使用时打开控制开关，自动与遥测终端建立安全无线链路，而协议转换器内部的WiFi模块同样采取间歇式休眠与唤醒机制，在确保可靠性的同时降低了集成功耗。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，包括以下步骤：

1)构建野外遥测终端低功耗无线管理与控制装置，包括供电单元、遥测终端、协议转换器、手持设备和若干台传感器；所述供电单元与遥测终端连接，实现对遥测终的持续供电；所述遥测终端与若干台传感器连接，遥测终端定时给传感器供电，进行传感器数据的采集；所述传感器用于现场水雨情、环保安全工况、输电状态信息量的测量；所述遥测终端内设有433Mhz模块，433Mhz模块采取间歇式休眠与唤醒机制，在433Mhz模块设置刷新时间间隔来开启433Mhz无线信号扫描，向协议转换器发送433Mhz无线信号，并设置433Mhz无线信号扫描持续时间；所述协议转换器设置电源开关，当电源开启时，协议转换器能收到433Mhz无线信号；协议转换器内设有WiFi模块，WiFi模块采取间歇式休眠与唤醒机制，在WiFi模块设置刷新时间间隔来开启WiFi信号扫描并设置WiFi信号扫描持续时间；所述WiFi模块采取AP工作模式，协议转换器对外提供1路433Mhz信号无线接口，1路WiFi信号无线接口、1路RS232接口和1路电源接口，所述433Mhz信号无线接口用于实现协议转换器与遥测终端之间的通讯，所述WiFi信号无线接口用于实现协议转换器与手持设备之间的通讯，所述RS232接口用于实现协议转换器与RS232串行数据之间的通讯；所述手持设备向协议转换器发送链接请求，根据WiFi协议与WiFi模块建立链接；所述协议转换器中架设webserver服务器，手持设备通过内部浏览器访问协议转换器内的webserver服务器，对遥测终端进行基于BS架构的跨平台的无线管理与控制；

2)设置遥测终端的433Mhz模块的刷新时间间隔和433Mhz无线信号扫描持续时间，使433Mhz模块处于间歇式休眠与唤醒机制，遥测终端定时给传感器供电，进行传感器数据的采集；

3)遥测终端处于休眠状态，遥测终端在达到433Mhz模块的刷新时间间隔后，自动开启433Mhz无线信号扫描，发出433Mhz无线信号，向协议转换器发送链接请求；

4)协议转换器收到上述信号，并发出回复信号至遥测终端，则遥测终端和协议转换器根据各自内部的协议自动建立安全链接，一旦链接建立，协议转换器上的标识灯常亮，遥测终端进入工作模式，然后转入步骤5)；如果遥测终端没有收到协议转换器的回复信号，则433Mhz模块持续发出433Mhz无线信号直至433Mhz无线信号扫描持续时间结束，433Mhz模块进入间歇式休眠状态，然后转入步骤3)；

5)设置协议转换器的WiFi模块的刷新时间间隔和WiFi信号扫描持续时间，使WiFi模块处于间歇式休眠与唤醒机制，WiFi模块在达到刷新时间间隔后，自动开启WiFi信号扫描，等待手持设备发送链接请求；

6)如果在WiFi信号扫描持续时间以内，WiFi模块收到手持设备的链接请求，则手持设备和WiFi模块根据WiFi协议手动建立链接，一旦链接建立，协议转换器上相应的标识灯常亮，手持设备通过内部浏览器访问协议转换器中架设的webserver服务器，对遥测终端进行无线管理与控制，然后转入步骤7)；如果WiFi模块没有收到手持设备的链接请求，则WiFi模块持续发出WiFi信号直至WiFi信号扫描持续时间结束，WiFi模块进入间歇式休眠状态，然后转入步骤5)；

7)手持设备的无线管理与控制工作结束后，手动关闭手持设备的无线链接，在WiFi信号扫描持续时间内，协议转换器收不到手持设备的链接请求，WiFi模块重新进入间歇式休眠状态；手动关闭协议转换器的电源开关，遥测终端在433Mhz无线信号扫描持续时间内接收不到协议转换器发送的回复信号，遥测终端自动关闭和协议转换器之间的433Mhz无线信号链接，重新进入休眠状态。

前述的手持设备包括手机、平板电脑、笔记本电脑。

前述的供电单元由太阳能电池板和蓄电池组成。

前述的433Mhz模块的刷新时间间隔设置为60秒，433Mhz无线信号扫描持续时间设置为200ms。

前述的WiFi模块的刷新时间间隔设置为1500ms，WiFi信号扫描持续时间设置为10ms。

前述的协议转换器还设置标识灯，标识灯用以表示433Mhz和WiFi信号的状态。

前述的协议转换器还提供用户安全认证机制，允许修改默认用户名和口令。

前述的协议转换器还提供安全模式，采用WPA2加密防护，过滤误操作和恶意访问。

本发明实现了无线管理与控制和低功耗设计的相互结合，解决了携带不便、系统依赖和工程现场客观环境带来的操作不便等问题，同时满足用户无线管理与控制和低功耗两方面的应用需求。本发明装置可采取内置可充锂电池，结构简单，功能完备，实现了便携式使用，用户只要在使用时打开协议转换器的电源开关，自动与遥测终端建立安全无线链路，随时可以进行遥测终端的无线管理与控制，降低工程实施人员和用户维护和使用的困难。本发明采取433Mhz和WiFi无线信号间歇式休眠和启动方式，实现了低功耗工作机制，弥补了野外恶劣环境下使用有线通讯方式对遥测终端进行管理与控制的不便。

附图说明

图1为有线通信模式下遥测终端的现场管理与控制框图；

图2为无线通信模式下遥测终端的现场管理与控制框图；

图3为本发明的野外遥测终端低功耗无线管理与控制装置框图；

图4为本发明的遥测终端内433Mhz模块通讯链路流程图；

图5为本发明的协议转换器内WiFi模块通讯链路流程图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图3所示，本发明的野外遥测终端低功耗无线管理与控制装置由供电单元1、遥测终端2、协议转换器3、手持设备和若干传感器组成。手持设备包括手机4、平板电脑5、笔记本电脑6。其中供电单元1与遥测终端2连接，供电单元1一般由太阳能电池板和蓄电池组成，实现对遥测终端2的持续供电。遥测终端2与若干台传感器连接，传感器平时处于掉电状态，遥测终端2定时给传感器7-12供电，进行传感器数据的采集，采集完成后，传感器7-12重新进入掉电状态。传感器7-12用于现场水雨情、环保安全工况、输电状态等信息量的测量。遥测终端2对采集的数据进行处理以及对供电单元1进行管理。

遥测终端2内设有433Mhz模块，433Mhz模块采取间歇式休眠与唤醒机制，在433Mhz模块设置刷新时间间隔来开启433Mhz无线信号扫描，本发明设置该刷新时间间隔为60秒，433Mhz模块间隔60秒从休眠状态下启动，持续时间200ms，发出一个433Mhz无线信号，当周围存在协议转换器并处于电源开启状态时，协议转换器收到该信号，并发出回复信号，从而自动建立无线链接。工作完成时，关闭协议转换器电源，在规定时间间隔内遥测终端收不到回复信号，433Mhz模块重新进入间歇式休眠状态，从而实现了遥测终端和协议转换器之间的低功耗工作机制。

协议转换器3内设有WiFi模块，WiFi模块采取间歇式休眠与唤醒机制，定时开启WiFi信号的扫描，本发明中设置WiFi模块间隔1500ms从休眠状态下启动，持续时间为10ms，使WiFi模块处于监听状态。当周围有手持设备发出链接请求信号时，WiFi模块发出回复信号并建立无线链接。工作完成时，手持设备手动关闭无线链接，在规定时间间隔内协议转换器收不到无线信号，WiFi模块重新进入间歇式休眠状态，从而实现了手持设备和协议转换器之间的低功耗工作机制。

WiFi模块采取AP工作模式，协议转换器3对外提供1路433Mhz信号无线接口，1路WiFi信号无线接口、1路RS232接口和1路电源接口，433Mhz信号无线接口用于实现协议转换器与遥测终端之间的通讯，可以方便的通过遥测终端接入各种传统的传感器，WiFi信号无线接口用于实现协议转换器与手持设备之间的通讯，RS232接口用于实现协议转换器与RS232串行数据之间的通讯。

协议转换器3中架设webserver服务器，手机4、平板电脑5和笔记本电脑6作为手持设备，通过内部浏览器访问协议转换器内的webserver服务器，提供基于BS架构的跨平台的无线管理与控制功能。协议转换器3内部架设webserver服务器，所有具有内部具备浏览器的无线手持设备均可接入。

协议转换器3实现了Http协议和433MHz模块通讯协议的翻译转换功能，通过合理的工作机制实现了极低的功耗。

根据工程现场应用的客观要求，协议转换器3设计了电源开关和标识灯，电源开关用以控制协议转换器3的开启和关闭，标识灯用以表示433Mhz和WiFi信号的状态，如果协议转换器3与遥测终端2的433Mhz模块建立链接，则协议转换器3上相应的标识灯常亮，如果协议转换器3的WiFi模块与手持设备建立链接，则协议转换器3上相应的标识灯常亮。

协议转换器3还提供用户安全认证机制，允许修改默认用户名和口令；提供安全模式，采用“WPA2”加密防护，有效过滤误操作和恶意访问。

如图4和图5所示，本发明的野外遥测终端低功耗无线管理与控制过程如下：

1)设置遥测终端的433Mhz模块的刷新时间间隔和无线信号扫描持续时间，使433Mhz模块处于间歇式休眠与唤醒机制，遥测终端定时给传感器供电，进行传感器数据的采集；

2)遥测终端处于休眠状态，遥测终端在达到433Mhz模块的刷新时间间隔后，自动开启433Mhz无线信号扫描，发出433Mhz无线信号，向协议转换器发送链接请求；

3)如果在433Mhz无线信号扫描的持续时间内，协议转换器收到该信号，并发出回复信号至遥测终端，则遥测终端和协议转换器会根据各自内部的协议自动建立安全链接，一旦链接建立，协议转换器上的标识灯常亮，遥测终端进入工作模式，然后转入步骤4)；如果遥测终端没有收到协议转换器的回复信号，则433Mhz模块持续发出433Mhz无线信号直至433Mhz模块进入间歇式休眠状态，然后转入步骤2)；

4)设置协议转换器的WiFi模块的刷新时间间隔和WiFi信号扫描持续时间，使WiFi模块处于间歇式休眠与唤醒机制，WiFi模块在达到刷新时间间隔后，自动开启WiFi信号扫描，等待手持设备发送链接请求；

5)如果在WiFi信号扫描持续时间以内，WiFi模块收到手持设备的链接请求，则手持设备和WiFi模块根据WiFi协议手动建立链接，一旦链接建立，协议转换器上相应的标识灯常亮，手持设备通过内部浏览器访问协议转换器中架设的webserver服务器，对遥测终端进行无线管理与控制，然后转入步骤6)；如果WiFi模块没有收到手持设备的链接请求，则WiFi模块持续发出WiFi信号直至WiFi模块进入间歇式休眠状态，然后转入步骤4)；

6)手持设备的无线管理与控制工作结束后，手动关闭手持设备的无线链接，在WiFi信号扫描持续时间内，协议转换器收不到手持设备的链接请求，WiFi模块重新进入间歇式休眠状态；手动关闭协议转换器的电源开关，遥测终端在433Mhz无线信号扫描持续时间内接收不到协议转换器发送的回复信号，遥测终端自动关闭和协议转换器之间的433Mhz无线信号链接，重新进入休眠状态。

Claims (8)

1.一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建野外遥测终端低功耗无线管理与控制装置，包括供电单元、遥测终端、协议转换器、手持设备和若干台传感器；所述供电单元与遥测终端连接，实现对遥测终的持续供电；所述遥测终端与若干台传感器连接，遥测终端定时给传感器供电，进行传感器数据的采集；所述传感器用于现场水雨情、环保安全工况、输电状态信息量的测量；所述遥测终端内设有433Mhz模块，433Mhz模块采取间歇式休眠与唤醒机制，在433Mhz模块设置刷新时间间隔来开启433Mhz无线信号扫描，向协议转换器发送433Mhz无线信号，并设置433Mhz无线信号扫描持续时间；所述协议转换器设置电源开关，当电源开启时，协议转换器能收到433Mhz无线信号；协议转换器内设有WiFi模块，WiFi模块采取间歇式休眠与唤醒机制，在WiFi模块设置刷新时间间隔来开启WiFi信号扫描并设置WiFi信号扫描持续时间；所述WiFi模块采取AP工作模式，协议转换器对外提供1路433Mhz信号无线接口，1路WiFi信号无线接口、1路RS232接口和1路电源接口，所述433Mhz信号无线接口用于实现协议转换器与遥测终端之间的通讯，所述WiFi信号无线接口用于实现协议转换器与手持设备之间的通讯，所述RS232接口用于实现协议转换器与RS232串行数据之间的通讯；所述手持设备向协议转换器发送链接请求，根据WiFi协议与WiFi模块建立链接；所述协议转换器中架设webserver服务器，手持设备通过内部浏览器访问协议转换器内的webserver服务器，对遥测终端进行基于BS架构的跨平台的无线管理与控制；

2)设置遥测终端的433Mhz模块的刷新时间间隔和433Mhz无线信号扫描持续时间，使433Mhz模块处于间歇式休眠与唤醒机制，遥测终端定时给传感器供电，进行传感器数据的采集；

3)遥测终端处于休眠状态，遥测终端在达到433Mhz模块的刷新时间间隔后，自动开启433Mhz无线信号扫描，发出433Mhz无线信号，向协议转换器发送链接请求；

4)协议转换器收到上述信号，并发出回复信号至遥测终端，则遥测终端和协议转换器根据各自内部的协议自动建立安全链接，一旦链接建立，协议转换器上的标识灯常亮，遥测终端进入工作模式，然后转入步骤5)；如果遥测终端没有收到协议转换器的回复信号，则433Mhz模块持续发出433Mhz无线信号直至433Mhz无线信号扫描持续时间结束，433Mhz模块进入间歇式休眠状态，然后转入步骤3)；

5)设置协议转换器的WiFi模块的刷新时间间隔和WiFi信号扫描持续时间，使WiFi模块处于间歇式休眠与唤醒机制，WiFi模块在达到刷新时间间隔后，自动开启WiFi信号扫描，等待手持设备发送链接请求；

6)如果在WiFi信号扫描持续时间以内，WiFi模块收到手持设备的链接请求，则手持设备和WiFi模块根据WiFi协议手动建立链接，一旦链接建立，协议转换器上相应的标识灯常亮，手持设备通过内部浏览器访问协议转换器中架设的webserver服务器，对遥测终端进行无线管理与控制，然后转入步骤7)；如果WiFi模块没有收到手持设备的链接请求，则WiFi模块持续发出WiFi信号直至WiFi信号扫描持续时间结束，WiFi模块进入间歇式休眠状态，然后转入步骤5)；7)手持设备的无线管理与控制工作结束后，手动关闭手持设备的无线链接，在WiFi信号扫描持续时间内，协议转换器收不到手持设备的链接请求，WiFi模块重新进入间歇式休眠状态；手动关闭协议转换器的电源开关，遥测终端在433Mhz无线信号扫描持续时间内接收不到协议转换器发送的回复信号，遥测终端自动关闭和协议转换器之间的433Mhz无线信号链接，重新进入休眠状态。

2.根据权利要求1所述的一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，其特征在于，所述手持设备包括手机、平板电脑、笔记本电脑。

3.根据权利要求1所述的一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，其特征在于，所述供电单元由太阳能电池板和蓄电池组成。

4.根据权利要求1所述的一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，其特征在于，所述433Mhz模块的刷新时间间隔设置为60秒，433Mhz无线信号扫描持续时间设置为200ms。

5.根据权利要求1所述的一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，其特征在于，所述WiFi模块的刷新时间间隔设置为1500ms，WiFi信号扫描持续时间设置为10ms。

6.根据权利要求1所述的一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，其特征在于，所述协议转换器还设置标识灯，标识灯用以表示433Mhz和WiFi信号的状态。

7.根据权利要求1所述的一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，其特征在于，所述协议转换器还提供用户安全认证机制，允许修改默认用户名和口令。

8.根据权利要求1所述的一种野外遥测终端无线管理与控制的方法，其特征在于，所述协议转换器还提供安全模式，采用WPA2加密防护，过滤误操作和恶意访问。