CN109474899A - 一种基于北斗云物联网的自动化监测rtu及组网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于北斗云物联网的自动化监测RTU及组网系统，包括主控单元、电源管理模块、通讯模块和传感器接口；电源管理模块为其它模块提供电源；通讯模块至少包括2G/3G/4G通讯模块和北斗短报文通讯模块两种可与互联网进行通讯的模块；传感器接口用于连接传感器，传感器将采集到的信息通过传感器接口传输到主控单元上，进行分类储存和预处理，主控单元通过通讯模块将采集到的数据上传服务器，并控制电源管理模块和通讯模块。通过设置多种通讯方式，智能RTU自组网功能和自适应功能保证在任何情况下监测数据都能成功采集并及时上传；多个传感器共用一个RTU终端进行数据采集与传输，安装和后期运维工作压力减小，同时减少了因工作量带来的工期风险。
Description
技术领域
本发明涉及地质灾害自动化监测技术领域，更具体地说，涉及一种基于北斗云物联网的自动化监测RTU及组网系统。
背景技术
物联网系统应用于地质灾害监测领域，可解决传统地质灾害监测方法的数据收集不及时、信息覆盖面不足等缺点。由雨量计、深部位移计、裂缝计等各种传感器组成监测系统的感知层，利用由数传网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成的传输网络层上传至应用网络层，最终在终端设备中对用户进行展示，实现物联网在地质灾害监测领域的智能应用。
传统的物联网在地质灾害监测过程中，每一个传感器设备对应一个采集单元，当采集单元出现故障或传输信号不良时，此传感器设备的数据就无法上传。
监测现场的数据采集和传输，是地质灾害监测的重要环节，因此，传统的物联网地质灾害监测存在数据缺失和数据上传不及时的风险。
另外，每一个传感器设备配备一个采集单元，使监测设备的安装和运维成本增加，也增加了工期风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于北斗云物联网的自动化监测RTU及组网系统，多个RTU之间互联互通，可实现无线自组网。通信上采用LORA基于北斗云物联网的自动化监测RTU及组网系统、移动通讯、卫星短报文等多种数据传输方式，保证在任何情况下监测数据都能成功采集并及时上传。同时，多种类型的多个传感器可共用一个RTU终端进行数据采集与传输。
本发明的技术解决方案是：本发明提供一种基于北斗云物联网的自动化监测RTU，包括主控单元、电源管理模块、通讯模块和传感器接口；
所述主控单元用于收集和预处理外部传感器采集的数据，并控制所述电源管理模块和通讯模块；
所述电源管理模块为其它模块提供电源；
所述通讯模块至少包括2G/3G/4G通讯模块和北斗短报文通讯模块两种可与互联网进行通讯的模块，所述2G/3G/4G通讯模块用于将所述主控单元收集和处理完毕的数据上传服务器，所述北斗短报文通讯模块用于所述2G/3G/4G通讯模块无法使用时将所述主控单元收集和处理完毕的数据上传服务器；
所述传感器接口用于连接外部传感器，外部传感器将采集到的信息通过所述传感器接口传输到所述主控单元上，进行分类储存和预处理，所述主控单元通过所述通讯模块将外部传感器采集到的数据上传服务器。
进一步的，所述传感器接口设有RS485或RS232串口模块，并预设多个IO扩展接口。
进一步的，所述RTU终端可连接的外部传感器包括温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、水位传感器、压力传感器、震动传感器、位移传感器和倾斜传感器其中的一种或多种。
本发明还进一步的提供一种基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统，其包括多个如上述任意一项所述的RTU终端，所述通讯模块还包括LORA通信模块，所述LORA通信模块用于各个RTU终端之间的近程无线通讯，多个所述RTU终端之间通过LORA通信模块形成无线自组网。
进一步的，整个无线自组网内至少设置两个以上的可连接后台服务器的RTU上网节点。
进一步的，当RTU自身通讯模块由于故障不能上网时，能主动寻找其它可上网节点，并按照一定路由算法，寻找最优路径。
进一步的，所述上网节点会定时向其它节点进行广播，使彼此间能够识别可正常通讯联网的节点。
进一步的，当原故障节点需要通过其它节点进行通讯传播时，面对多个可供选择节点组成的路径，可以自主选择最优节点路径进行传播，实现自动路径优化。
进一步的，所述上网节点之间可以实现多跳通信传输。
实施本发明的基于北斗云物联网的自动化监测RTU及组网系统，具有以下有益效果：通过设置多种通讯方式，标准智能RTU自组网功能和自适应功能保证在任何情况下监测数据都能成功采集并及时上传；多个传感器共用同一个RTU终端进行数据采集与传输，安装和后期运维工作压力减小，同时减少了因工作量带来的工期风险。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明基于北斗云物联网的自动化监测RTU的结构原理示意图；
图2为本发明基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统通过2G/3G/4G通讯方式传输数据的示意图；
图3为本发明基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统通过LORA通讯方式传输数据的示意图；
图4为本发明基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统通过北斗短报文通讯方式传输数据的示意图。
具体实施方式
图1示出本发明基于北斗云物联网的自动化监测RTU的一个优选实施例，其包括主控单元、电源管理模块、通讯模块和传感器接口；RTU(远程终端单元)，英文全称RemoteTerminal Unit，中文全称为远程终端控制系统，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。
主控单元用于收集和预处理外部传感器采集的数据，并控制电源管理模块和通讯模块；主控单元负责控制外围电路，对各个模块发出指令，将采集数据进行预处理，或进行其他的控制动作，作为传感器和通讯模块的传输中介和控制中心。多种类型的多个外部传感器可以共用一个RTU终端进行数据采集与传输，与通常的一个传感器设备对应一个采集单元相比，安装和后期运维工作压力减小，同时减少了因工作量带来的工期风险。
电源管理模块为其它模块提供电源，保证RTU终端正常工作，外接市电或太阳能等供电系统。
通讯模块至少包括2G/3G/4G通讯模块和北斗短报文通讯模块两种可与互联网进行通讯的模块，2G/3G/4G通讯模块用于将主控单元收集和处理完毕的数据上传服务器，北斗短报文通讯模块用于2G/3G/4G通讯模块无法使用时将主控单元收集和处理完毕的数据上传服务器。为避免出现传统的物联网地质灾害监测数据缺失和数据上传不及时的问题，本发明的RTU终端至少设置两种通讯模块，在正常情况下，使用2G/3G/4G通讯模块将传感器采集到的数据上传服务器，在监测场地移动通讯信号较弱，或2G/3G/4G通讯模块功能异常的情况下，使用北斗短报文的通讯方式将数据上传服务器，短报文是指卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递，在普通移动通讯信号不能覆盖的情况下(例如地震灾害过后通讯基站遭到破坏，2G/3G/4G通讯模块不能使用)，北斗终端就可以通过短报文进行紧急通讯，该技术被用于紧急救援、野外作业、海上作业系统等，弥补了2G/3G/4G通讯模块受限时监测数据缺失和数据上传不及时的缺陷，是2G/3G/4G通讯方式的备用通讯方式。通过设置上述两种通讯方式，可以保证RTU终端在任何情况下监测数据都能成功采集并及时上传，保障了地质灾害监测工作的顺利进行。
传感器接口用于连接外部传感器，外部传感器将采集到的信息通过传感器接口传输到主控单元上，进行分类储存和预处理，主控单元通过通讯模块将外部传感器采集到的数据上传服务器。本实施例中RTU终端可连接的外部传感器包括温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、水位传感器、压力传感器、震动传感器、位移传感器和倾斜传感器其中的一种或多种，用于测量地质灾害监测地的温度、湿度、雨量、水位、压力、震动、位移和倾斜等多种监测指标。
本实施例中传感器接口设有RS485或RS232串口模块，并预设多个IO扩展接口。为了应对各类传感器的不同传输协议，传感器接口设置有RS485、RS232等多种串口模块，并预留多个IO扩展接口，充分满足使用需求。
RTU终端工作方式：在监测现场安装的传感器1和传感器2等各类传感器设备，通过有线连接到RTU终端对应的传感器接口上。传感器所采集到的各类监测数据通过串口传输到主控单元上，进行分类储存和预处理。处理好的数据通过2G/3G/4G通讯模块上传到服务器。在监测场地移动通讯信号较弱，或2G/3G/4G通讯模块功能异常的情况下，使用北斗短报文的通讯方式将数据上传服务器。
为解决技术问题，本发明还进一步提供了一种基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统，包括多个上述的RTU终端，通讯模块还包括LORA通信模块，LORA通信模块为远距离无线电(Long Range Radio)模块，在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍，在本发明中用于为各个RTU终端进行近程无线通讯，多个RTU终端之间通过LORA通信模块形成无线自组网，通讯范围约3km，负责在各个终端间进行信号传输，使3km内各个终端设备无线自动组网，增加数据传输上报和指令下达的途径。
本实施例中整个无线自组网内至少设置两个以上的可连接后台服务器的RTU上网节点，当RTU自身通讯模块由于故障不能上网时，能主动寻找其它可上网节点，并按照一定路由算法，寻找最优路径。上网节点也会定时向其它节点进行广播，使彼此间能够识别可正常通讯联网的节点。当原故障节点需要通过其它节点进行通讯传播时，面对多个可供选择节点组成的路径，可以自主选择最优节点路径进行传播，实现自动路径优化，保证RTU终端在任何情况下都不会中断通讯，监测数据都能成功采集并及时上传。
本实施例中上网节点之间可以实现多跳通信传输。每个上网节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信，经多次转发传送信息。
自组网工作方式：在3km范围内，所有RTU终端设备间可通过LORA形成无线自组网。如图2所示，正常情况下，每个RTU终端均可通过2G/3G/4G通讯方式进行数据上报；如图3所示，如果自身移动通讯故障或没有信号，3公里内通过LORA自动寻找附近有移动通讯的RTU完成数据传输与上报；如图4所示，如果整个场地没有移动通讯，LORA会自动寻找场地内北斗短报文设备，通过短报文上传成果数据。
使用本发明的基于北斗云物联网的自动化监测RTU及组网系统，通过设置多种通讯方式，标准智能RTU自组网功能和自适应功能保证在任何情况下监测数据都能成功采集并及时上传；多个传感器共用同一个RTU终端进行数据采集与传输，安装和后期运维工作压力减小，同时减少了因工作量带来的工期风险。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于北斗云物联网的自动化监测RTU，其特征在于，包括主控单元、电源管理模块、通讯模块和传感器接口；
所述主控单元用于收集和预处理外部传感器采集的数据，并控制所述电源管理模块和通讯模块；
所述电源管理模块为其它模块提供电源；
所述通讯模块至少包括2G/3G/4G通讯模块和北斗短报文通讯模块两种可与互联网进行通讯的模块，所述2G/3G/4G通讯模块用于将所述主控单元收集和处理完毕的数据上传服务器，所述北斗短报文通讯模块用于所述2G/3G/4G通讯模块无法使用时将所述主控单元收集和处理完毕的数据上传服务器；
所述传感器接口用于连接外部传感器，外部传感器将采集到的信息通过所述传感器接口传输到所述主控单元上，进行分类储存和预处理，所述主控单元通过所述通讯模块将外部传感器采集到的数据上传服务器。
2.根据权利要求1所述的基于北斗云物联网的自动化监测RTU，其特征在于，所述传感器接口设有RS485或RS232串口模块，并预设多个IO扩展接口。
3.根据权利要求1所述的基于北斗云物联网的自动化监测RTU，其特征在于，所述RTU终端可连接的外部传感器包括温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、水位传感器、压力传感器、震动传感器、位移传感器和倾斜传感器其中的一种或多种。
4.一种基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统，包括多个如权利要求1-4任意一项所述的RTU终端，其特征在于，所述通讯模块还包括LORA通信模块，所述LORA通信模块用于各个RTU终端之间的近程无线通讯，多个所述RTU终端之间通过LORA通信模块形成无线自组网。
5.根据权利要求4所述的基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统，其特征在于，整个无线自组网内至少设置两个以上的可连接后台服务器的RTU上网节点。
6.根据权利要求5所述的基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统，其特征在于，当RTU自身通讯模块由于故障不能上网时，能主动寻找其它可上网节点，并按照一定路由算法，寻找最优路径。
7.根据权利要求6所述的基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统，其特征在于，所述上网节点会定时向其它节点进行广播，使彼此间能够识别可正常通讯联网的节点。
8.根据权利要求7所述的基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统，其特征在于，当原故障节点需要通过其它节点进行通讯传播时，面对多个可供选择节点组成的路径，可以自主选择最优节点路径进行传播，实现自动路径优化。
9.根据权利要求8所述的基于北斗云物联网的自动化监测RTU组网系统，其特征在于，所述上网节点之间可以实现多跳通信传输。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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