CN110758460A - 一种智能防溜器具箱及其检测工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能防溜器具箱，其特征是它包括防溜器具箱箱体、主监控模块、多个独立子模块、温度模块、供电控制模块及相应硬件结构，主监控模块通过485总线与各独立子模块连接。该智能防溜器具箱适用于各种站场环境，尤其适用于大型铁路站场。智能防溜器具箱采用主从模块设计，采用多个独立子模块不仅有利于降低采用单个模块完成系统工作负担，而且各模块各司其职分工完成各自对应子任务，分散系统整体失效的风险，提高了智能防溜器具箱监控系统的可靠性与安全性，保证了对防溜器具箱的可靠监控；而通过主监控模块各独立子模块的协调监控工作，也实现了系统对防溜器具的集中管理。
Description
技术领域
本发明涉及铁路安全领域，尤其适用于对站场防溜器具的有效收纳和实时管理，同时监测防溜器具箱及内部防溜器具的状态，具体地说是一种防溜器具箱及其检测工作方法。
背景技术
随着铁路运输的飞速发展，铁路线路日益增加、覆盖区域不断扩大，智能铁鞋和紧固器的应用也日趋广泛，智能铁鞋和紧固器已成为保护铁路站场内人员与车辆安全的重要设备。
然而，智能铁鞋和紧固器在使用过程过程中存在随意放置的问题，极大地降低了智能铁鞋和紧固器的部署效率，增大了防溜器具的管理成本和管理难度。传统防溜器具箱虽然能够解决防溜器具的防止问题，但是其功能单一、无法监控内部防溜器具状态及其出入箱信息、不能对防溜器具箱进行远程监控，不便于对防溜器具的大规模集中管理，在大型站场会大大增加防溜器具的管理难度，增加不必要的人力成本。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：
本发明首先公开了一种智能防溜器具箱，它包括防溜器具箱箱体、主监控模块、多个独立子模块、温度模块、供电控制模块及相应硬件结构，主监控模块通过485总线与各独立子模块连接，
-所述主监控模块用于协调各独立子模块的启动与数据传输并显示智能防溜器具箱的工作状态，同时将其工作状态上报给服务器。它包括中央处理器、网卡模块、LoRa通讯模块、ZigBee模块、4G模块以及GPIO拓展模块等硬件；
-所述多个独立子模块包括智能铁鞋监测模块、紧固器监测模块以及箱盖控制模块；
-所述智能铁鞋监测模块包括CPU模块1以及RFID模块1，用于采集智能铁鞋信息并发送给主监控模块以确定智能铁鞋的设备状态；
-所述紧固器监测模块包括CPU模块2和RFID模块2，用于采集紧固器的状态信息并传输给主监控模块；
-所述箱盖控制模块包括CPU模块3、RFID模块3和接近开关，RFID模块3用于读出防溜器具的出入箱信息，识别不同的防溜器具类型(铁鞋或紧固器)并上传给主监控模块；
-相应硬件结构包括与智能铁鞋监测模块对应的智能铁鞋位，与紧固器监测模块对应的紧固器，与箱盖控制模块对应的智能锁、接近开关、箱盖；各硬件结构受对应的独立子模块监测控制；
-所述温度模块包括加热器及温度传感器，用于控制智能防溜器具箱箱内温度，使箱内温度满足箱内硬件最佳工作温度要求，其相关控制端口与主监控模块的对应引脚连接；
-所述供电控制模块包括电池供电模块、太阳能供电模块、交流供电模块及供电控制模块，供电控制模块根据不同工作条件自动切换供电、充电方式，供电控制模块的通信端口连接到主监控模块上，并将供电控制模块工作状态发送给主监控模块。
本发明还公开了一种智能防溜器具箱的检测工作方法，主监控模块用于管理各独立子模块的工作模式及协调其相互之间的运行过程，对加热器实施控制，记录防溜器具的出入箱信息，并汇总所有硬件模块的状态数据，状态数据一方面通过显示屏及相关指示灯本地显示，另一方面通过无线通讯模块上传给服务器，主监控模块的控制流程如下：
1)、主监控模块检测外部中断信号或RTC(Real-Time Clock/实时时钟)唤醒中断请求是否有效；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测外部中断信号或RTC唤醒中断请求；
2)、唤醒主监控模块，并查询预先存入主监控模块的日出日落时间表，获取当天的日出和日落数据给供电控制模块；
3)、主监控模块判断外部中断信号是否是低温报警信号；若是，则执行步骤10)；若否则执行步骤4)；
4)、主监控模块判断中断信号是否是系统缺电报警信号；若是，则执行步骤11)；若否则执行步骤5)；
5)、通过箱盖控制模块判断智能防溜器具箱箱盖是否处于打开状态；若否，则执行步骤12)；若是则执行步骤6)；
6)、主监控模块向各独立子模块发出唤醒中断信号，从而唤醒各独立子模块；
7)、主监控模块获取各独立子模块的相关状态数据，包括紧固器监测模块采集紧固器的状态信息，智能铁鞋监测模块采集智能铁鞋信息；
8)、根据获得的独立子模块数据更新显示屏及相关的状态指示灯；
9)、主监控模块通过通讯模块周期上传智能防溜器具箱的信息，并返回步骤5)；
10)、打开智能防溜器具箱内置的加热器，将其内部加热到设定温度(默认为10℃)，执行步骤12)；
11)、主监控模块向服务器发送系统缺电报警信号，并在正常运行N小时后切换为低功耗模式：降低主监控模块的数据发送功率和速率、延长主监控模块的定时唤醒时间间隔及智能防溜器具箱的状态查询时间间隔，发出命令降低各独立子模块的状态数据刷新频率；当低功耗模式期间接收到有源电源接通信号，则系统切换为正常工作模式，并向服务器发出电源已接通信号，执行步骤12)；
12)、更新智能防溜器具箱的相关状态指示灯；
13)、主监控模块获取各独立子模块的相关状态数据，发送智能防溜器具箱锁闭信号给智能锁(确保防溜器具箱可靠锁闭)；
14)、主监控模块向各独立子模块发出休眠中断信号；
15)、判断主监控模块是否接收到RTC休眠信号；若否，则返回步骤9)；若是则进行步骤16)；
16)、主监控模块休眠，并返回步骤1)。
具体的，所述箱盖控制模块用于控制智能防溜器具箱的上锁和解锁，同时响应主监控模块的监控指令，实现对智能防溜器具箱开/关箱状态的远程监控，其运行流程如下：
1)、箱盖控制模块检测是否收到主监控模块发出的唤醒中断信号；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测接收唤醒中断信号；
2)、唤醒箱盖控制模块；
3)、判断箱盖控制模块是否接收到打开箱盖信号；若否，则执行步骤5)；是则进行步骤4)；
4)、箱盖控制模块打开智能防溜器具箱箱盖锁，并跳转到步骤8)；
5)、判断箱盖控制模块是否接收到关闭箱盖信号；若否，则执行步骤7)；是则进行步骤6)；
6)、箱盖控制模块关闭智能防溜器具箱箱盖锁，并跳转到步骤8)；
7)、判断箱盖控制模块是否接收到主监控模块发出的休眠中断信号；若是，则执行步骤9)；否则进行步骤8)；
8)、将箱盖控制模块的工作状态发送给主监控模块，并返回步骤3)；
9)、箱盖控制模块的CPU模块3休眠。
具体的，所述智能铁鞋监测模块用于采集智能铁鞋的电量信息，提供每一个智能铁鞋的识别编号供主监控模块识别，并响应主监控模块的监测指令，其具体运行流程如下：
1)、智能铁鞋监测模块检测是否收到主监控模块发出的唤醒中断信号；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测接收唤醒中断信号；
2)、唤醒智能铁鞋监测模块；
3)、智能铁鞋监测模块获取智能铁鞋的编号、剩余电量数据信息；
4)、智能铁鞋监测模块响应主监控模块的监测指令，将获取的智能铁鞋数据信息发送给主监控模块；
5)、判断智能铁鞋监测模块是否接收主监控模块发出的休眠中断信号；若否，则返回步骤3)；是则进行步骤6)；
6)、智能铁鞋监测模块的CPU模块1休眠。
具体的，所述紧固器监测模块用于获取紧固器的状态信息，并对主监控模块的监测请求信号做出响应，其具体运行流程如下：
1)、紧固器监测模块检测是否收到主监控模块发出的唤醒中断信号；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测接收唤醒中断信号；
2)、唤醒紧固器监测模块；
3)、紧固器监测模块获取紧固器的编号信息；
4)、响应主监控模块的监测指令，并将获取的紧固器信息发送给主监控模块；
5)、判断紧固器监测模块是否接收到主监控模块发出的休眠中断信号；若否，则返回步骤3)；是则进行步骤6)；
6)、紧固器监测模块的CPU模块2休眠。
具体的，供电控制模块切换供电方式的条件和工作流程如下：
1)、根据接收的主监控模块的日出和日落时间数据对原有数据进行修正(默认值：日出：7:00，日落：18:00)；
2)、基于投运前调试测量的智能防溜器具箱硬件系统每小时的平均功耗W0，计算系统正常工作N小时所需电量W＝N×W0(默认N＝12)；
3)、通过当前时刻与日出时刻、日落时间对比判断当前时刻是否是白天；若否，则执行步骤6)；是则进行步骤4)；
4)、判断太阳能充电功率是否大于电池充电功率阈值(默认为10W)；若是，则执行步骤9)；若否则执行步骤5)；
5)、判断太阳能充电功率是否满足系统硬件正常工作的功耗需求(默认为5W)；若是，则执行10)；若否则执行步骤6)；
6)、判断电池电量是否低于低电量阈值Wg＝N×W0+15％Wc,其中，Wc为默认电池标称容量；
若否，则执行步骤12)；若是则进行步骤7)；
7)、判断交流供电线路供电是否正常；若是，则执行步骤13)；若否则进行步骤8)；
8)、向主监控模块发出系统缺电报警中断信号；
9)、判断电池电量是否高于设定的电量饱和阈值(默认为电池标称容量的95％)；若否，则执行步骤11)；若是则进行步骤10)；
10)、智能防溜器具箱内所有模块采用太阳能供电模块供电，不对电池进行充电，并向主监控模块发出有源电源接通信号；
11)、智能防溜器具箱内所有模块采用太阳能供电模块并对电池充电，同时向主监控模块发出有源电源接通信号；
12)、智能防溜器具箱内所有模块采用电池供电模块供电；
13)、智能防溜器具箱内所有模块采用交流电供电模块并对电池充电，同时向主监控模块发出有源电源接通信号；
14)、判断电池电量是否高于电量饱和阈值；若否，则执行步骤16)；若是则进行步骤15)；
15)、减小交流电充电功率，对电池进行涓流充电；
16)、对电池进行快速充电。
具体的，步骤5)中，箱盖控制模块基于两个接近开关传感器和一个智能锁上锁状态传感器综合判断智能防溜器具箱箱盖是否处于打开状态，具体综合判断过程如下：
(1)检测接近开关1的接近信号DL1或接近开关2的接近信号DL2为低电低平时，赋值对应变量DG1＝0或DG2＝0；
检测接近开关1的接近信号DL1或接近开关2的接近信号DL2为高电低平时，赋值对应变量DG1＝1或DG2＝1；
检测智能锁的上锁状态信号DL为低电低平时，赋值对应变量DL＝0；
检测智能锁的上锁状态信号DL为高电低平时，赋值对应变量DL＝1；
(2)计算：
MG1(A)＝0.8-0.7DG1
式中，MG1(A)为基于接近开关1计算得到的箱盖打开可信度；
计算：
MG1(B)＝0.7DG1+0.1
式中，MG1(B)为基于接近开关1计算得到的箱盖闭合可信度；
计算：
MG2(A)＝0.8-0.7DG2
式中，MG2(A)为基于接近开关2计算得到的箱盖打开可信度；
计算：
MG2(B)＝0.7DG2+0.1
式中，MG2(B)为基于接近开关2计算得到的箱盖闭合可信度；
计算：
ML(A)＝0.7-0.5DL
式中，ML(A)为基于智能锁上锁状态计算得到的箱盖打开可信度；
计算：
ML(B)＝0.5DL+0.2
式中，ML(B)为基于智能锁上锁状态计算得到的箱盖闭合可信度；
记三个传感器各自因受干扰导致判断箱盖状态为未知的可信度
MG1(C)＝MG2(C)＝ML(C)＝0.1；
(3)基于2个接近开关和智能锁上锁状态信息计算箱盖打开可信度M(A)、箱盖闭合可信度M(B)
其中:
(4)比较M(A)与M(B)，若M(A)≥M(B)，则综合判断箱盖处于打开状态；若M(A)＜M(B)，则综合判断箱盖处于闭合状态。
有益效果：
本发明采用以上技术手段，与现有技术相比所具有的有益效果为：
1、本发明的一种智能防溜器具箱及其检测工作方法，适用于各种站场环境，尤其适用于大型铁路站场。
2、本发明的一种智能防溜器具箱采用主从模块设计，采用多个独立子模块不仅有利于降低采用单个模块完成系统工作负担，而且各模块各司其职分工完成各自对应子任务，分散系统整体失效的风险，提高了智能防溜器具箱监控系统的可靠性与安全性，保证了对防溜器具箱的可靠监控；而通过主监控模块各独立子模块的协调监控工作，也实现了系统对防溜器具的集中管理。
3、智能防溜器具箱内置温度模块，能够保证防溜器具箱内的电子器件在极端环境温度下能够保持合适的工作温度，有利于延长防溜器具的使用寿命。
4、同时智能防溜器具箱采用智能锁，能够对防溜器具箱箱盖进行远程锁定与解锁，方便现场工作人员对智能防溜器具箱的使用和管理。智能防溜器具箱独立设置的供电模块能够保证防溜器具箱在不同环境下都有持续稳定的电源供应。
5、本发明的一种智能防溜器具箱能够根据箱盖控制模块上的接近开关和智能锁综合判断防溜器具箱箱盖的工作状态，有利于提高箱盖状态判断的准确性和可信度，降低在部分传感器故障条件下箱盖状态误判的概率。
6、箱盖控制模块通过获取防溜器具的出入箱信息，识别不同的防溜器具类型并上传给主监控模块，有利于对防溜器具的集中有效管理。
7、供电模块采用电池、太阳能、交流电三种供电方式，系统优先使用太阳能供电，当太阳能供电不足时使用电池供电，若电池电量耗尽，则使用交流供电作为应急电源，有利于节约资源减少不必要的能源消耗并确保智能防溜器具箱能够持续稳定的工作。
8、本发明的一种智能防溜器具箱及其检测工作方法能够实现对防溜器具箱的远程监控并监测其内部防溜器具状态，有利于对防溜器具的大规模有效管理，大大降低了对防溜器具的管理难度和管理成本，从而提高了防溜器具的部署效率。
附图说明
图1是本发明中主监控模块的工作流程图。
图2是本发明中箱盖控制模块的工作流程图。
图3是本发明中智能铁鞋监控模块的工作流程图。
图4是本发明中紧固器监控模块的工作流程图。
图5是本发明中供电控制模块的工作流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图针对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
一种智能防溜器具箱，包括防溜器具箱箱体、主监控模块、多个独立子模块、智能锁、温度模块及供电模块。主监控模块通过485总线与各独立子模块连接。
主监控模块用于协调各模块的启动与数据传输并显示智能防溜器具箱的工作状态，同时将其工作状态上报给服务器。它包括中央处理器、网卡模块、LoRa通讯模块、ZigBee模块、4G模块以及GPIO拓展模块等硬件。
多个独立子模块包括智能铁鞋监测模块、紧固器监测模块以及箱盖控制模块。
温度模块包括加热器及温度传感器，用于控制智能防溜器具箱箱内温度，使箱内温度满足箱内硬件最佳工作温度要求，其相关控制端口与主监控模块的对应引脚连接。
智能铁鞋监测模块包括CPU模块1以及RFID模块1，用于采集智能铁鞋信息并发送给主监控模块以确定智能铁鞋的设备状态。
紧固器监测模块包括CPU模块2和RFID模块2，用于采集紧固器的状态信息并传输给主监控模块。
箱盖控制模块包括CPU模块3、RFID模块3和接近开关，RFID模块3用于读出防溜器具的出入箱信息，识别不同的防溜器具类型(铁鞋或紧固器)并上传给主监控模块。
供电模块包括电池供电模块、太阳能供电模块、交流供电模块及供电控制模块，供电控制模块根据不同工作条件自动切换供电、充电方式，供电控制模块的通信端口连接到主监控模块上，并将供电模块工作状态发送给主监控模块。
主监控模块用于协调各独立子模块之间的运行，记录防溜器具的出入箱信息，并汇总所有硬件模块的状态数据通过无线通讯模块上传给服务器。如图1所示，主监控模块的控制流程如下：
1)、主监控模块检测外部中断信号或RTC(Real-Time Clock/实时时钟)唤醒中断请求是否有效；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测外部中断信号或RTC唤醒中断请求；
2)、唤醒主监控模块，并查询预先存入主监控模块的日出日落时间表，获取当天的日出和日落数据给供电控制模块；
3)、主监控模块判断外部中断信号是否是低温报警信号；若是，则执行步骤10)；若否则执行步骤4)；
4)、主监控模块判断中断信号是否是系统缺电报警信号；若是，则执行步骤11)；若否则执行步骤5)；
5)、通过箱盖控制模块判断智能防溜器具箱箱盖是否处于打开状态；若否，则执行步骤12)；若是则执行步骤6)；
6)、主监控模块向各独立子模块发出唤醒中断信号，从而唤醒各独立子模块；
7)、主监控模块获取各独立子模块的相关状态数据，包括紧固器监测模块采集紧固器的状态信息，智能铁鞋监测模块采集智能铁鞋信息；
8)、根据获得的独立子模块数据更新显示屏及相关的状态指示灯；
9)、主监控模块通过通讯模块周期上传智能防溜器具箱的信息，并返回步骤5)；
10)、打开智能防溜器具箱内置的加热器，将其内部加热到设定温度(默认为10℃)，执行步骤12)；
11)、主监控模块向服务器发送系统缺电报警信号，并在正常运行N小时后切换为低功耗模式：降低主监控模块的数据发送功率和速率、延长主监控模块的定时唤醒时间间隔及智能防溜器具箱的状态查询时间间隔，发出命令降低各独立子模块的状态数据刷新频率；当低功耗模式期间接收到有源电源接通信号，则系统切换为正常工作模式，并向服务器发出电源已接通信号，执行步骤12)；
12)、更新智能防溜器具箱的相关状态指示灯；
13)、主监控模块获取各独立子模块的相关状态数据，发送智能防溜器具箱锁闭信号给智能锁(确保防溜器具箱可靠锁闭)；
14)、主监控模块向各独立子模块发出休眠中断信号；
15)、判断主监控模块是否接收到RTC休眠信号；若否，则返回步骤9)；若是则进行步骤16)；
16)、主监控模块休眠，并返回步骤1)。
步骤5)中,箱盖控制模块基于两个接近开关传感器和一个智能锁上锁状态传感器综合判断智能防溜器具箱箱盖是否处于打开状态，具体综合判断过程如下：
(1)检测接近开关1的接近信号DL1或接近开关2的接近信号DL2为低电低平时，赋值对应变量DG1＝0或DG2＝0；
检测接近开关1的接近信号DL1或接近开关2的接近信号DL2为高电低平时，赋值对应变量DG1＝1或DG2＝1；
检测智能锁的上锁状态信号DL为低电低平时，赋值对应变量DL＝0；
检测智能锁的上锁状态信号DL为高电低平时，赋值对应变量DL＝1；
(2)计算：
MG1(A)＝0.8-0.7DG1
式中，MG1(A)为基于接近开关1计算得到的箱盖打开可信度；
计算：
MG1(B)＝0.7DG1+0.1
式中，MG1(B)为基于接近开关1计算得到的箱盖闭合可信度；
计算：
MG2(A)＝0.8-0.7DG2
式中，MG2(A)为基于接近开关2计算得到的箱盖打开可信度；
计算：
MG2(B)＝0.7DG2+0.1
式中，MG2(B)为基于接近开关2计算得到的箱盖闭合可信度；
计算：
ML(A)＝0.7-0.5DL
式中，ML(A)为基于智能锁上锁状态计算得到的箱盖打开可信度；
计算：
ML(B)＝0.5DL+0.2
式中，ML(B)为基于智能锁上锁状态计算得到的箱盖闭合可信度；
记三个传感器各自因受干扰导致判断箱盖状态为未知的可信度
MG1(C)＝MG2(C)＝ML(C)＝0.1；
(3)基于2个接近开关和智能锁上锁状态信息计算箱盖打开可信度M(A)、箱盖闭合可信度M(B)
其中:
17)
(4)比较M(A)与M(B)，若M(A)≥M(B)，则综合判断箱盖处于打开状态；若M(A)＜M(B)，则综合判断箱盖处于闭合状态。
实施举例1：
若传感器均正常条件下，接近开关1、接近开关2的接近信号及智能锁的上锁状态信号均为低电低平时，DG1＝0、及DG2＝0DL＝0，计算基于2个接近开关信息的箱盖状态估计MG(A)＝0.9524，MG(B)＝0.0358，MG(C)＝0.0118；而基于智能锁信息的箱盖状态估计ML(A)＝0.7，ML(B)＝0.2,ML(C)＝0.1因此综合2个接近开关和智能锁信息信息的箱盖状态估计为M(A)＝0.98，M(B)＝0.017。因为M(A)≥M(B)，所以综合判断箱盖处于打开状态。
实施举例2：
若实施例1中接近开关2出现故障，其接近信号突变为高电平，则此时DG1＝0、DG2＝1及DL＝0，计算基于2个接近开关信息的箱盖状态估计MG(A)＝0.486，MG(B)＝0.486,MG(C)＝0.028；而基于智能锁信息的箱盖状态估计ML(A)＝0.7，ML(B)＝0.2,ML(C)＝0.1；因此综合2个接近开关和智能锁信息信息的箱盖状态估计为M(A)＝0.719，M(B)＝0.2665。因为M(A)≥M(B)，所以综合判断箱盖处于打开状态。可以看出，部分传感器故障不影响箱盖状态的正确判断。
箱盖控制模块主要用于控制智能防溜器具箱的上锁和解锁，同时响应主监控模块的监控指令，实现对智能防溜器具箱开/关箱状态的远程监控。如图2所示，箱盖控制模块的运行流程如下：
1)箱盖控制模块检测是否收到主监控模块发出的唤醒中断信号；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测接收唤醒中断信号；
2)、唤醒箱盖控制模块；
3)、判断箱盖控制模块是否接收到打开箱盖信号；若否，则执行步骤5)；是则进行步骤4)；
4)、箱盖控制模块打开智能防溜器具箱箱盖锁，并跳转到步骤8)；
5)、判断箱盖控制模块是否接收到关闭箱盖信号；若否，则执行步骤7)；是则进行步骤6)；
6)、箱盖控制模块关闭智能防溜器具箱箱盖锁，并跳转到步骤8)；
7)、判断箱盖控制模块是否接收到主监控模块发出的休眠中断信号；若是，则执行步骤9)；否则进行步骤8)；
8)、将箱盖控制模块的工作状态发送给主监控模块，并返回步骤3)；
9)、箱盖控制模块的CPU模块3休眠。
智能铁鞋监测模块主要用于采集智能铁鞋的电量信息，提供每一个智能铁鞋的识别编号供主监控模块识别，并响应主监控模块的监测指令。如图3所示，智能铁鞋监测模块的具体运行流程如下：
1)智能铁鞋监测模块检测是否收到主监控模块发出的唤醒中断信号；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测接收唤醒中断信号；
2)、唤醒智能铁鞋监测模块；
3)、智能铁鞋监测模块获取智能铁鞋的编号、剩余电量数据信息；
4)、智能铁鞋监测模块响应主监控模块的监测指令，将获取的智能铁鞋数据信息发送给主监控模块；
5)、判断智能铁鞋监测模块是否接收主监控模块发出的休眠中断信号；若否，则返回步骤3)；是则进行步骤6)；
6)、智能铁鞋监测模块的CPU模块1休眠。
紧固器监测模块用于获取紧固器的状态信息，并对主监控模块的监测请求信号做出响应。如图4所示，紧固器监测模块的其具体运行流程如下：
1)、紧固器监测模块检测是否收到主监控模块发出的唤醒中断信号；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测接收唤醒中断信号；
2)、唤醒紧固器监测模块；
3)、紧固器监测模块获取紧固器的编号信息；
4)、响应主监控模块的监测指令，并将获取的紧固器信息发送给主监控模块；
5)、判断紧固器监测模块是否接收到主监控模块发出的休眠中断信号；若否，则返回步骤3)；是则进行步骤6)；
6)、紧固器监测模块的CPU模块2休眠。
如图5所示，供电控制模块切换供电方式的条件和工作流程如下：
1)、根据接收的主监控模块的日出和日落时间数据对原有数据进行修正(默认值：日出：7:00，日落：18:00)；
2)、基于投运前调试测量的智能防溜器具箱硬件系统每小时的平均功耗W0，计算系统正常工作N小时所需电量W＝N×W0(默认N＝12)；
3)、通过当前时刻与日出时刻、日落时间对比判断当前时刻是否是白天；若否，则执行步骤6)；是则进行步骤4)；
4)、判断太阳能充电功率是否大于电池充电功率阈值(默认为10W)；若是，则执行步骤9)；若否则执行步骤5)；
5)、判断太阳能充电功率是否满足系统硬件正常工作的功耗需求(默认为5W)；若是，则执行10)；若否则执行步骤6)；
6)、判断电池电量是否低于低电量阈值Wg＝N×W0+15％Wc,其中，Wc为默认电池标称容量；
若否，则执行步骤12)；若是则进行步骤7)；
7)、判断交流供电线路供电是否正常；若是，则执行步骤13)；若否则进行步骤8)；
8)、向主监控模块发出系统缺电报警中断信号；
9)、判断电池电量是否高于设定的电量饱和阈值(默认为电池标称容量的95％)；若否，则执行步骤11)；若是则进行步骤10)；
10)、智能防溜器具箱内所有模块采用太阳能供电模块供电，不对电池进行充电，并向主监控模块发出有源电源接通信号；
11)、智能防溜器具箱内所有模块采用太阳能供电模块并对电池充电，同时向主监控模块发出有源电源接通信号；
12)、智能防溜器具箱内所有模块采用电池供电模块供电；
13)、智能防溜器具箱内所有模块采用交流电供电模块并对电池充电，同时向主监控模块发出有源电源接通信号；
14)、判断电池电量是否高于电量饱和阈值；若否，则执行步骤16)；若是则进行步骤15)；
15)、减小交流电充电功率，对电池进行涓流充电；
16)、对电池进行快速充电。
Claims (8)
1.一种智能防溜器具箱，其特征是它包括防溜器具箱箱体、主监控模块、多个独立子模块、温度模块、供电控制模块及相应硬件结构，主监控模块通过485总线与各独立子模块连接，
-所述主监控模块用于协调各独立子模块的启动与数据传输并显示智能防溜器具箱的工作状态，同时将其工作状态上报给服务器；
-所述多个独立子模块包括智能铁鞋监测模块、紧固器监测模块以及箱盖控制模块；
-所述智能铁鞋监测模块用于采集智能铁鞋信息并发送给主监控模块以确定智能铁鞋的设备状态；
-所述紧固器监测模块用于采集紧固器的状态信息并传输给主监控模块；
-所述箱盖控制模块用于控制智能防溜器具箱的上锁和解锁，综合判断箱盖状态并发送给主监控模块；
-相应硬件结构包括与智能铁鞋监测模块对应的智能铁鞋位，与紧固器监测模块对应的紧固器，与箱盖控制模块对应的智能锁、接近开关、箱盖；各硬件结构受对应的独立子模块监测控制；
-所述温度模块包括加热器及温度传感器，用于控制智能防溜器具箱箱内温度，使箱内温度满足箱内硬件最佳工作温度要求，其相关控制端口与主监控模块的对应引脚连接；
-所述供电控制模块包括电池供电模块、太阳能供电模块、交流供电模块及供电控制模块，供电控制模块根据不同工作条件自动切换供电、充电方式，供电控制模块的通信端口连接到主监控模块上，并将供电控制模块工作状态发送给主监控模块。
2.根据权利要求1所述的一种智能防溜器具箱，其特征是所述箱盖控制模块包含RFID模块3，RFID模块3用于读出防溜器具的出入箱信息，识别不同的防溜器具类型并上传给主监控模块。
3.一种智能防溜器具箱的检测工作方法，基于权利要求1所述防溜器具箱，其特征是主监控模块用于管理各独立子模块的工作模式及协调其相互之间的运行过程，对加热器实施控制，记录防溜器具的出入箱信息，并汇总所有硬件模块的状态数据，状态数据一方面通过显示屏及相关指示灯本地显示，另一方面通过无线通讯模块上传给服务器，主监控模块的控制流程如下：
1)、主监控模块检测外部中断信号或RTC唤醒中断请求是否有效；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测外部中断信号或RTC唤醒中断请求；
2)、唤醒主监控模块，并查询预先存入主监控模块的日出日落时间表，获取当天的日出和日落数据给供电控制模块；
3)、主监控模块判断外部中断信号是否是低温报警信号；若是，则执行步骤10)；若否则执行步骤4)；
4)、主监控模块判断中断信号是否是系统缺电报警信号；若是，则执行步骤11)；若否则执行步骤5)；
5)、通过箱盖控制模块判断智能防溜器具箱箱盖是否处于打开状态；若否，则执行步骤12)；若是则执行步骤6)；
6)、主监控模块向各独立子模块发出唤醒中断信号，从而唤醒各独立子模块；
7)、主监控模块获取各独立子模块的相关状态数据，包括紧固器监测模块采集紧固器的状态信息，智能铁鞋监测模块采集智能铁鞋信息；
8)、根据获得的独立子模块数据更新显示屏及相关的状态指示灯；
9)、主监控模块通过通讯模块周期上传智能防溜器具箱的信息，并返回步骤5)；
10)、打开智能防溜器具箱内置的加热器，将其内部加热到设定温度，执行步骤12)；
11)、主监控模块向服务器发送系统缺电报警信号，并在正常运行N小时后切换为低功耗模式：降低主监控模块的数据发送功率和速率、延长主监控模块的定时唤醒时间间隔及智能防溜器具箱的状态查询时间间隔，发出命令降低各独立子模块的状态数据刷新频率；当低功耗模式期间接收到有源电源接通信号，则系统切换为正常工作模式，并向服务器发出电源已接通信号，执行步骤12)；
12)、更新智能防溜器具箱的相关状态指示灯；
13)、主监控模块获取各独立子模块的相关状态数据，发送智能防溜器具箱锁闭信号给智能锁；
14)、主监控模块向各独立子模块发出休眠中断信号；
15)、判断主监控模块是否接收到RTC休眠信号；若否，则返回步骤9)；若是则进行步骤16)；
16)、主监控模块休眠，并返回步骤1)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述箱盖控制模块用于控制智能防溜器具箱的上锁和解锁，同时响应主监控模块的监控指令，实现对智能防溜器具箱开/关箱状态的远程监控，其运行流程如下：
1)、箱盖控制模块检测是否收到主监控模块发出的唤醒中断信号；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测接收唤醒中断信号；
2)、唤醒箱盖控制模块；
3)、判断箱盖控制模块是否接收到打开箱盖信号；若否，则执行步骤5)；是则进行步骤4)；
4)、箱盖控制模块打开智能防溜器具箱箱盖锁，并跳转到步骤8)；
5)、判断箱盖控制模块是否接收到关闭箱盖信号；若否，则执行步骤7)；是则进行步骤6)；
6)、箱盖控制模块关闭智能防溜器具箱箱盖锁，并跳转到步骤8)；
7)、判断箱盖控制模块是否接收到主监控模块发出的休眠中断信号；若是，则执行步骤9)；否则进行步骤8)；
8)、将箱盖控制模块的工作状态发送给主监控模块，并返回步骤3)；
9)、箱盖控制模块的CPU模块3休眠。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述智能铁鞋监测模块用于采集智能铁鞋的电量信息，提供每一个智能铁鞋的识别编号供主监控模块识别，并响应主监控模块的监测指令，其具体运行流程如下：
1)、智能铁鞋监测模块检测是否收到主监控模块发出的唤醒中断信号；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测接收唤醒中断信号；
2)、唤醒智能铁鞋监测模块；
3)、智能铁鞋监测模块获取智能铁鞋的编号、剩余电量数据信息；
4)、智能铁鞋监测模块响应主监控模块的监测指令，将获取的智能铁鞋数据信息发送给主监控模块；
5)、判断智能铁鞋监测模块是否接收主监控模块发出的休眠中断信号；若否，则返回步骤3)；是则进行步骤6)；
6)、智能铁鞋监测模块的CPU模块1休眠。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述紧固器监测模块用于获取紧固器的状态信息，并对主监控模块的监测请求信号做出响应，其具体运行流程如下：
1)、紧固器监测模块检测是否收到主监控模块发出的唤醒中断信号；若是，则执行步骤2)；若否则持续检测接收唤醒中断信号；
2)、唤醒紧固器监测模块；
3)、紧固器监测模块获取紧固器的编号信息；
4)、响应主监控模块的监测指令，并将获取的紧固器信息发送给主监控模块；
5)、判断紧固器监测模块是否接收到主监控模块发出的休眠中断信号；若否，则返回步骤3)；是则进行步骤6)；
6)、紧固器监测模块的CPU模块2休眠。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征是供电控制模块切换供电方式的条件和工作流程如下：
1)、根据接收的主监控模块的日出和日落时间数据对原有数据进行修正；
2)、基于投运前调试测量的智能防溜器具箱硬件系统每小时的平均功耗W0，计算系统正常工作N小时所需电量W＝N×W0；
3)、通过当前时刻与日出时刻、日落时间对比判断当前时刻是否是白天；若否，则执行步骤6)；是则进行步骤4)；
4)、判断太阳能充电功率是否大于电池充电功率阈值；若是，则执行步骤9)；若否则执行步骤5)；
5)、判断太阳能充电功率是否满足系统硬件正常工作的功耗需求；若是，则执行10)；若否则执行步骤6)；
6)、判断电池电量是否低于低电量阈值Wg＝N×W0+15％Wc,其中，Wc为默认电池标称容量；
若否，则执行步骤12)；若是则进行步骤7)；
7)、判断交流供电线路供电是否正常；若是，则执行步骤13)；若否则进行步骤8)；
8)、向主监控模块发出系统缺电报警中断信号；
9)、判断电池电量是否高于设定的电量饱和阈值；若否，则执行步骤11)；若是则进行步骤10)；
10)、智能防溜器具箱内所有模块采用太阳能供电模块供电，不对电池进行充电，并向主监控模块发出有源电源接通信号；
11)、智能防溜器具箱内所有模块采用太阳能供电模块并对电池充电，同时向主监控模块发出有源电源接通信号；
12)、智能防溜器具箱内所有模块采用电池供电模块供电；
13)、智能防溜器具箱内所有模块采用交流电供电模块并对电池充电，同时向主监控模块发出有源电源接通信号；
14)、判断电池电量是否高于电量饱和阈值；若否，则执行步骤16)；若是则进行步骤15)；
15)、减小交流电充电功率，对电池进行涓流充电；
16)、对电池进行快速充电。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征是步骤5)中，箱盖控制模块基于两个接近开关传感器和一个智能锁上锁状态传感器综合判断智能防溜器具箱箱盖是否处于打开状态，具体综合判断过程如下：
(1)检测接近开关1的接近信号DL1或接近开关2的接近信号DL2为低电低平时，赋值对应变量DG1＝0或DG2＝0；
检测接近开关1的接近信号DL1或接近开关2的接近信号DL2为高电低平时，赋值对应变量DG1＝1或DG2＝1；
检测智能锁的上锁状态信号DL为低电低平时，赋值对应变量DL＝0；
检测智能锁的上锁状态信号DL为高电低平时，赋值对应变量DL＝1；
(2)计算：
MG1(A)＝0.8-0.7DG1
式中，MG1(A)为基于接近开关1计算得到的箱盖打开可信度；
计算：
MG1(B)＝0.7DG1+0.1
式中，MG1(B)为基于接近开关1计算得到的箱盖闭合可信度；
计算：
MG2(A)＝0.8-0.7DG2
式中，MG2(A)为基于接近开关2计算得到的箱盖打开可信度；
计算：
MG2(B)＝0.7DG2+0.1
式中，MG2(B)为基于接近开关2计算得到的箱盖闭合可信度；
计算：
ML(A)＝0.7-0.5DL
式中，ML(A)为基于智能锁上锁状态计算得到的箱盖打开可信度；
计算：
ML(B)＝0.5DL+0.2
式中，ML(B)为基于智能锁上锁状态计算得到的箱盖闭合可信度；
记三个传感器各自因受干扰导致判断箱盖状态为未知的可信度MG1(C)＝MG2(C)＝ML(C)＝0.1；
(3)基于2个接近开关和智能锁上锁状态信息计算箱盖打开可信度M(A)、箱盖闭合可信度M(B)
其中:
(4)比较M(A)与M(B)，若M(A)≥M(B)，则综合判断箱盖处于打开状态；若M(A)＜M(B)，则综合判断箱盖处于闭合状态。
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| CN201911018384.9A CN110758460B (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 一种智能防溜器具箱及其检测工作方法 |
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