CN112165352A - 一种卫星物联网终端及其数据交互方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星物联网终端及其数据交互方法，涉及卫星物联网技术领域；卫星物联网终端包括卫星通信收发模块、卫星天线、接收驱动电路、发射驱动电路、主控制器MCU以及传感器；所述的传感器连接在主控制器MCU上；卫星通信收发模块与主控制器MCU电性连接，接收驱动电路和发射驱动电路均电性连接在卫星通信收发模块上；卫星通信收发模块、接收驱动电路以及发射驱动电路上均设置有电源控制端口，且电源控制端口均电性连接至主控制器MCU上；卫星天线分别连接在接收驱动电路和发射驱动电路上，该卫星天线由接收天线和发射天线组成；本发明的有益效果是：能够使卫星物联网终端能够在极低功耗的工作模式下，建立与卫星信道之间的稳定数据通信。

Description

一种卫星物联网终端及其数据交互方法
技术领域
本发明涉及卫星物联网技术领域，更具体的说，本发明涉及一种卫星物联网终端及其数据交互方法。
背景技术
卫星物联网终端，作为物联网终端的一个新的分类，既具有传统物联网终端的应用特征，也因采用特殊的卫星通信链路而具有一些独有的特点。具体表现在带宽有限、传输时延大、高误码率、功耗大，而这些是传统物联网终端采用蜂窝通信、LPWAN组网通信等各种通信网络所不需要考虑的。
让设备在满足业务需求的情况下，如何能够充分结合卫星通信信道特性，使得数据传输稳定可靠。如何设计设备的工作逻辑，降低功耗。这些问题决定了卫星物联网终端是否满足实际应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种卫星物联网终端及其数据交互方法，能够使卫星物联网终端能够在极低功耗的工作模式下，建立与卫星信道之间的稳定数据通信。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种卫星物联网终端的数据交互方法，其改进之处在于，该方法包括以下的步骤：
S1、发射准备：主控制器MCU唤醒后，使能发射驱动电路，启动卫星通信收发模块的发射天线的电源，使卫星通信收发模块的发射天线进入发射准备状态；
S2、数据的采集：在发射天线进入发射准备状态时，主控制器MCU开启传感器的电源，采集传感器的数据，当传感器的数据采集完成后，立即关闭传感器供电电源；
S3、数据的发送：当卫星通信收发模块的发射天线进入发射状态后，主控制器MCU将传感器的数据发送至卫星通信收发模块，卫星通信收发模块立即将数据通过发射天线转发传输至远端地面网络，并通过远端地面网络传输至云端服务器；
S4、接收等待状态的进入：根据数据类型，卫星物联网终端判定是否需要进入等待接收远端数据状态；
当数据类型为需要云端服务器回复确认或应答的数据时，卫星物联网终端进入接收等待状态；
当数据类型为不需要云端服务器回复确认或应答的数据时，卫星物联网终端则无需进入接收等待状态；
S5、接收准备状态的进入：当判断需要进入接收等待状态时，主控制器MCU控制使能接收驱动电路，打开卫星通信模块的接收天线的电源，进入接收准备状态；当接收完成后，主控制器MCU处理接收的数据，并根据接收的数据类型判定是否继续开启卫星通信模块的接收天线的电源；
S6、针对反馈信息的处理：当卫星物联网终端接收到数据需要进行反馈时，主控制器MCU保持发射天线的电源开启，并将反馈信息回传给远端地面网络；当反馈信息发送完成或者当卫星物联网终端接收到数据不需要进行反馈时，主控制器MCU关闭发射天线和接收天线的电源。
进一步的，所述的步骤S6之后还包括以下的步骤：
S7、当卫星物联网终端发送的数据需要远端地面网络确认回复，但在设定的时间t1内没有收到远端地面网络的回复信息时，卫星物联网终端重复发送数据一次，再进入等待状态；
当卫星物联网终端重复发送数据六次，仍没有接收到远端地面网络的回复信息时，认为通信超时，卫星物联网终端存储传感器的数据，并等待下一个发送周期再次发送数据。
进一步的，所述的步骤S1中，在主控制器MCU唤醒前，卫星物联网终端处于休眠状态；
所述主控制器MCU内部设置的RTC计时器处于打开状态并计时，当RTC计时器定时时间到后，产生定时中断，唤醒主控制器MCU。
进一步的，所述的步骤S1中，主控制器MCU通过IO控制引脚，使能发射驱动电路。
进一步的，所述的步骤S3中，卫星天线进入发射状态的判断标准包括：卫星天线的通电时间大于设定值t＝30s，或者主控制器MCU收到卫星天线反馈已准备好的状态信号。
进一步的，所述的步骤S5中，主控制器MCU对接收的数据进行解析，并根据数据包格式提取信息。
进一步的，所述的步骤S5中，根据数据类型进行判定的方法与步骤S4中的判定方法相同。
进一步的，所述主控制器MCU的具体型号为STM32L51RB。
进一步的，所述的步骤S2中，传感器采集的数据包括但不限于温湿度、PM2.5、SOS报警、电池电量、压力、液位、流量以及水位。
另一方面，本发明还提供了一种卫星物联网终端，其改进之处在于，包括卫星通信收发模块、卫星天线、接收驱动电路、发射驱动电路、主控制器MCU以及传感器；
所述的传感器连接在主控制器MCU上，通过主控制器MCU开启传感器的电源，采集传感器的数据；所述的卫星通信收发模块与主控制器MCU电性连接，接收驱动电路和发射驱动电路均电性连接在卫星通信收发模块上；
所述的卫星通信收发模块、接收驱动电路以及发射驱动电路上均设置有电源控制端口，且电源控制端口均电性连接至主控制器MCU上，通过主控制器MCU实现电源的通断控制；
所述的卫星天线分别连接在接收驱动电路和发射驱动电路上，该卫星天线由接收天线和发射天线组成。
在上述的结构中，所述的卫星通信收发模块与主控制器MCU上设置有数据通信接口，用于实现双向数据的传输。
在上述的结构中，所述的主控制器MCU上还设置有发射状态反馈接口和接收状态反馈接口，卫星通信收发模块连接在主控制器MCU的发射状态反馈接口和接收状态反馈接口。
本发明的有益效果是：本发明的一种卫星物联网终端的数据交互方法，充分考虑到卫星通信信道的传输特性限制、物联网终端应用场景特性限制，设计的一套数据交互工作流程，能够让终端在极低功耗的工作模式下，建立与卫星信道之间的稳定数据通信。
附图说明
图1为本发明的一种卫星物联网终端的结构示意图。
图2为本发明的一种卫星物联网终端的数据交互方法的流程示意图。
图3、图4为本发明的一种卫星物联网终端的主控制器MCU的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1所示，本发明揭示了一种卫星物联网终端，具体的，该卫星物联网终端包括卫星通信收发模块10、卫星天线20、接收驱动电路30、发射驱动电路40、主控制器MCU50以及传感器60；所述的传感器60连接在主控制器MCU50上，通过主控制器MCU50开启传感器60的电源，采集传感器60的数据，如图1所示，主控制器MCU50与传感器60上设置有传感器60采集接口8，传感器60采集的数据通过传感器60采集接口8传递至主控制器MCU，传感器60上还具有使能传感器60电源接口7，主控制器MCU50通过使能传感器60电源接口7，控制传感器60电源的通断；所述的卫星通信收发模块10与主控制器MCU50电性连接，接收驱动电路30和发射驱动电路40均电性连接在卫星通信收发模块10上，本实施例中，如图1所示，卫星通信收发模块10与主控制器MCU50之间设置有发射状态反馈接口2、接收状态反馈接口3以及数据通信接口4，其中，卫星通信收发模块10连接在主控制器MCU50的发射状态反馈接口2和接收状态反馈接口3上，用于向主控制器MCU50中发送反射状态反馈信息和接收状态反馈信息；另外，数据通信接口4用于实现卫星通信收发模块10与主控制器MCU50之间双向数据传输。
另外，所述的卫星通信收发模块10、接收驱动电路30以及发射驱动电路40上均设置有电源控制端口，且电源控制端口均电性连接至主控制器MCU50上，通过主控制器MCU50实现电源的通断控制；其中，卫星通信收发模块10的电源控制端口为使能通信模块电源接口1，主控制器MCU50通过使能通信模块电源接口1，控制卫星通信收发模块10的通断电。所述的卫星天线20分别连接在接收驱动电路30和发射驱动电路40上，该卫星天线20由接收天线201和发射天线202组成，接收天线201用于实现远程地面网络数据的接收，发射天线202则用于向远程地面网络发送数据。
参照图2所示，本发明还提供了一种卫星物联网终端的数据交互方法，在本实施例中，该方法包括以下的步骤：
S1、发射准备：主控制器MCU50唤醒后，主控制器MCU50通过IO控制引脚，使能发射驱动电路40，启动卫星通信收发模块10的发射天线202的电源，使卫星通信收发模块10的发射天线202进入发射准备状态；
本实施例中，在主控制器MCU50唤醒前，卫星物联网终端处理休眠状态；所述主控制器MCU50内部设置的RTC计时器处于打开状态并计时，当RTC计时器定时时间到后，产生定时中断，唤醒主控制器MCU50；
S2、数据的采集：在发射天线202进入发射准备状态时，主控制器MCU50开启传感器60的电源，采集传感器60的数据，当传感器60的数据采集完成后，立即关闭传感器60供电电源；
本实施例中，传感器60采集的数据包括温湿度、PM2.5、SOS报警、电池电量等，也可以包括其他类型，例如压力、液位、流量以及水位等，视不同的应用场景而不同。其中，采集温湿度的传感器的具体型号为SHT20，采集PM2.5的具体型号为PMS5003。
S3、数据的发送：当卫星通信收发模块10的发射天线202进入发射状态后，主控制器MCU50将传感器60的数据发送至卫星通信收发模块10，卫星通信收发模块10立即将数据通过发射天线202转发传输至远端地面网络，并通过远端地面网络传输至云端服务器；
进一步的，卫星天线20进入发射状态的判断标准包括：卫星天线20的通电时间大于设定值t＝30s，或者主控制器MCU50收到卫星天线20反馈已准备好的状态信号；
S4、接收等待状态的进入：根据数据类型，卫星物联网终端判定是否需要进入等待接收远端数据状态；
当数据类型为需要云端服务器回复确认或应答的数据时，卫星物联网终端进入接收等待状态；
当数据类型为不需要云端服务器回复确认或应答的数据时，卫星物联网终端则无需进入接收等待状态；
S5、接收准备状态的进入：当判断需要进入接收等待状态时，主控制器MCU50控制使能接收驱动电路30，打开卫星通信模块的接收天线201的电源，进入接收准备状态；当接收完成后，主控制器MCU50处理接收的数据，并根据接收的数据类型判定是否继续开启卫星通信模块的接收天线的电源；本实施例中，主控制器MCU对接收的数据进行解析，并根据数据包格式提取信息。
步骤S5中，云端服务器在一些情况下，会通过远端地面网络实现多条下行数据的反馈，仅通过一次数据的传输无法传完，需要分多次进行传输，则需要在数据处理时，根据数据的类型判断是否继续开启卫星通信模块的接收天线的电源；当数据为多条时，则可以继续接收，当数据仅为一条时，则可以关闭接收天线的电源；步骤S5中，根据数据类型进行判定的方法与步骤S4中的判定方法相同，本实施例中不再详细说明。
S6、针对反馈信息的处理：当卫星物联网终端接收到数据需要进行反馈时，主控制器MCU50保持发射天线202的电源开启，并将反馈信息回传给远端地面网络；当反馈信息发送完成或者当卫星物联网终端接收到数据不需要进行反馈时，主控制器MCU50关闭发射天线202和接收天线201的电源。
S7、当卫星物联网终端发送的数据需要远端地面网络确认回复，但在设定的时间t1内没有收到远端地面网络的回复信息时，卫星物联网终端重复发送数据一次，再进入等待状态；
当卫星物联网终端重复发送数据六次，仍没有接收到远端地面网络的回复信息时，认为通信超时，卫星物联网终端存储传感器60的数据，并等待下一个发送周期再次发送数据。
在上述的实施例中，如图3、图4所示，对于所述的主控制器MCU，本发明提供了一具体实施例，主控制器MCU的具体型号为STM32L51RB，图3即为STM32L51RB的具体原理图，图4即为连接于主控制器MCU上的供电电路。
基于此，本发明的一种卫星物联网终端及其数据交互方法，卫星物联网终端能够周期性地工作在休眠状态，定时唤醒后采集各类数据，并将数据通过卫星信道传输到远端地面网络，另外，还可以接收远程监控中心通过远端地面网络传输的遥控指令。这种卫星物联网终端及其数据交互方法，充分考虑到卫星通信信道的传输特性限制、物联网终端应用场景特性限制，设计的一套数据交互工作流程，能够让终端在极低功耗的工作模式下，建立与卫星信道之间的稳定数据通信。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (12)

1.一种卫星物联网终端的数据交互方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
S1、发射准备：主控制器MCU唤醒后，使能发射驱动电路，启动卫星通信收发模块的发射天线的电源，使卫星通信收发模块的发射天线进入发射准备状态；
S2、数据的采集：在发射天线进入发射准备状态时，主控制器MCU开启传感器的电源，采集传感器的数据，当传感器的数据采集完成后，立即关闭传感器供电电源；
S3、数据的发送：当卫星通信收发模块的发射天线进入发射状态后，主控制器MCU将传感器的数据发送至卫星通信收发模块，卫星通信收发模块立即将数据通过发射天线转发传输至远端地面网络，并通过远端地面网络传输至云端服务器；
S4、接收等待状态的进入：根据数据类型，卫星物联网终端判定是否需要进入等待接收远端数据状态；
当数据类型为需要云端服务器回复确认或应答的数据时，卫星物联网终端进入接收等待状态；
当数据类型为不需要云端服务器回复确认或应答的数据时，卫星物联网终端则无需进入接收等待状态；
S5、接收准备状态的进入：当判断需要进入接收等待状态时，主控制器MCU控制使能接收驱动电路，打开卫星通信模块的接收天线的电源，进入接收准备状态；当接收完成后，主控制器MCU处理接收的数据，并根据接收的数据类型判定是否继续开启卫星通信模块的接收天线的电源；
S6、针对反馈信息的处理：当卫星物联网终端接收到数据需要进行反馈时，主控制器MCU保持发射天线的电源开启，并将反馈信息回传给远端地面网络；当反馈信息发送完成或者当卫星物联网终端接收到数据不需要进行反馈时，主控制器MCU关闭发射天线和接收天线的电源。
2.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端的数据交互方法，其特征在于，所述的步骤S6之后还包括以下的步骤：
S7、当卫星物联网终端发送的数据需要远端地面网络确认回复，但在设定的时间t1内没有收到远端地面网络的回复信息时，卫星物联网终端重复发送数据一次，再进入等待状态；
当卫星物联网终端重复发送数据六次，仍没有接收到远端地面网络的回复信息时，认为通信超时，卫星物联网终端存储传感器的数据，并等待下一个发送周期再次发送数据。
3.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端的数据交互方法，其特征在于，所述的步骤S1中，在主控制器MCU唤醒前，卫星物联网终端处理休眠状态；
所述主控制器MCU内部设置的RTC计时器处于打开状态并计时，当RTC计时器定时时间到后，产生定时中断，唤醒主控制器MCU。
4.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端的数据交互方法，其特征在于，所述的步骤S1中，主控制器MCU通过IO控制引脚，使能发射驱动电路。
5.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端的数据交互方法，其特征在于，所述的步骤S3中，卫星天线进入发射状态的判断标准包括：卫星天线的通电时间大于设定值t＝30s，或者主控制器MCU收到卫星天线反馈已准备好的状态信号。
6.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端的数据交互方法，其特征在于，所述的步骤S5中，主控制器MCU对接收的数据进行解析，并根据数据包格式提取信息。
7.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端的数据交互方法，其特征在于，所述的步骤S5中，根据数据类型进行判定的方法与步骤S4中的判定方法相同。
8.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端的数据交互方法，其特征在于，所述主控制器MCU的具体型号为STM32L51RB。
9.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端的数据交互方法，其特征在于，所述的步骤S2中，传感器采集的数据包括但不限于温湿度、PM2.5、SOS报警、电池电量、压力、液位、流量以及水位。
10.一种卫星物联网终端，其特征在于，包括卫星通信收发模块、卫星天线、接收驱动电路、发射驱动电路、主控制器MCU以及传感器；
所述的传感器连接在主控制器MCU上，通过主控制器MCU开启传感器的电源，采集传感器的数据；所述的卫星通信收发模块与主控制器MCU电性连接，接收驱动电路和发射驱动电路均电性连接在卫星通信收发模块上；
所述的卫星通信收发模块、接收驱动电路以及发射驱动电路上均设置有电源控制端口，且电源控制端口均电性连接至主控制器MCU上，通过主控制器MCU实现电源的通断控制；
所述的卫星天线分别连接在接收驱动电路和发射驱动电路上，该卫星天线由接收天线和发射天线组成。
11.根据权利要求10所述的一种卫星物联网终端，其特征在于，所述的卫星通信收发模块与主控制器MCU上设置有数据通信接口，用于实现双向数据的传输。
12.根据权利要求10所述的一种卫星物联网终端，其特征在于，所述的主控制器MCU上还设置有发射状态反馈接口和接收状态反馈接口，卫星通信收发模块连接在主控制器MCU的发射状态反馈接口和接收状态反馈接口。
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