CN113014309B - 一种低功耗天基物联网数据采集终端及采集方法 - Google Patents

一种低功耗天基物联网数据采集终端及采集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低功耗天基物联网数据采集终端，包括主控单元(1)、信号处理单元(2)、射频收发机(3)、第一存储器(4)、第二存储器(5)、定位模块(6)、传感器(7)、第一时钟(8)、第二时钟(9)、第一串口(10)，第二串口(11)、信号指示灯(12)、卫星物联网天线(13)、定位天线(14)、供电模块(15)；本发明通过定位模块获取终端位置，支撑主控单元计算的卫星入境时间，从而实现对终端运行状态的合理控制，实现低功耗管理；通过外设串口，采用统一的数据格式进行传输，支持不同类型和多数量的数据接入，适应不同场景的应用。

Description

一种低功耗天基物联网数据采集终端及采集方法
技术领域
本发明涉及一种地基物联网技术，尤其涉及一种低功耗天基物联网数据采集终端及采集方法。
背景技术
卫星物联网首先是作为地基物联网的重要补充。卫星为地面物联网系统难以覆盖的区域提供稳定的接入服务，从而满足偏远地区、航空、航海等应用场景的物联网生态系统建设。此外，在地面通信系统基础设施遭到破坏时，由卫星提供临时性的通信服务，从而维系地基物联网系统的持续性运行卫星物联网作为卫星互联网的拓展与延伸，在新一代信息技术与商业市场的同步推进下应运而生。
目前卫星物联网更多的是基于GNSS+北斗短报文通信，很难实现多用户、高速率功能，不能满足日益增多的信息传输需求。 CN208723897U《一种卫星数据采集装置》设计了一种多用户卫星物联网装置，但在成本以及功耗设计上存在不足，终端布局成本较高。发明专利《一种基于卫星物联网的车载卫星多模终端》提出了一种基于车载的卫星物联网终端产品，设计基于车载应用，产品形态单一，无法实现多应用场景的灵活应用。
发明内容
本发明的目的是通过定位模块获取终端位置，支撑主控单元计算的卫星入境时间，从而实现对终端运行状态的合理控制，实现低功耗管理。
本发明的技术方案是提供了一种低功耗天基物联网数据采集终端，包括主控单元、信号处理单元、射频收发机、第一存储器、第二存储器、定位模块、传感器、第一时钟、第二时钟、第一串口，第二串口、信号指示灯、卫星物联网天线、定位天线、供电模块，其特征在于：
主控单元接收外部传感器或第一串口过来的数据，对数据进行处理组帧编码后发送给信号处理单元；同时主控单元接收信号处理单元过来的数据流，对数据进行解析以及处理；主控单元接收第二串口过来的配置参数、配置程序数据，并将与主控单元相关配置参数或程序数据保存在第一存储器；与信号处理单元相关配置参数或程序数据转发给信号处理单元后，由信号处理单元保存在第二存储器；
信号处理单元用于对射频收发机过来的中频接收信号进行解调，解调后送与主控单元；信号处理单元对主控单元过来的数据进行组帧编码等处理后，发送至射频收发机；
射频收发机接收信号处理单元发送的编码数据信号进行调制，放大，通过物联网天线进行无线发送；射频收发机接收来自物联网卫星下发的信号，进行滤波、放大、采样后送入信号处理单元；
第一存储器用于存储主控单元配置参数和程序、外部传感器发送过来的数据和日志数据；
第二存储器用于存储用于信号处理单元的配置参数和程序数据；
定位模块用于自定位天线过来的GNSS定位信号，通过与主控单元之间的数据线送入主控单元；
传感器用于实时检测终端相关状态，在终端唤醒时，将温度状态送入主控单元；
第一时钟用于为主控单元提供参考时钟；
第二时钟用于为信号处理单元和射频收发机提供参考时钟；
第一串口用于接收外部传感器的数据，送入主控单元；
第二串口用于接收终端配置参数和程序数据，并送入主控单元；
信号指示灯用于显示终端的状态，包括卫星入境状态、供电状态或终端发射状态；
卫星物联网天线用于接收天基物联网系统的信号或地面物联网信号；
定位天线用于接收GNSS信号，将信号送入定位模块进行定位；
供电模块负责给终端供电。
进一步地，主控单元具有本地遥测功能，如果有状态更新或者有遥测轮询指令通过第二串口发来，那么采集终端各个模块的状态，通过第二串口传输出去。
进一步地，主控单元具有日志功能，将采集终端状态以日志形式写入第一存储器，方便使用者和开发者对终端工作过程进行翻查和排故；在终端调试和测试时，日志可以通过第二串口发送出去，供开发者测试者参考。
进一步地，传感器包括：温度传感器和陀螺仪。
本发明还提供了一种低功耗天基物联网数据采集终端的采集方法，其特征在于：包括具体步骤：
步骤1、终端开机，判断终端是否可以接收卫星下发的广播信号；
步骤2、打开定位模块，主控单元根据预设的轨道参数预测卫星的过境时间；
步骤3、如果卫星当前时间已入境，则主控单元开启信号处理单元和射频收发机，进入步骤，如果未入境，进入步骤4；
步骤4、主控单元将信号处理单元以及射频收发机进行断电，同时，主控单元依据轨道预报结果设置RTC参数后，进入深度睡眠模式，实现终端低功耗管理；
步骤5、当外设数据接口有数据输入时，终端从睡眠模式唤醒；同时打开定位模块，进行终端位置定位，获取当前终端的位置信息以及时间信息，然后根据预置卫星轨道参数或者终端接收的卫星轨道信息进行卫星入境时间计算。如果外设数据接口没有数据输入时，进入步骤6；
步骤6、RTC依据轨道预报设置的唤醒时间到，则主控单元从深度睡眠进入唤醒状态，此时卫星已经入境，主控单元开启信号处理单元和射频收发机；
步骤7、主控单元与信号处理单元进行通信，将组帧的数据信息发送至信号处理单元，信号处理单元对数据信息进行编码，再通过射频收发机以及卫星物联网天线进行发射；同时，接收卫星下发的广播信号，对广播信号进行放大、解调，获取卫星轨道信息内容；
步骤8、当判断卫星已经出境后，回到步骤4。
本发明的有益效果：
1.通过定位模块获取终端位置，支撑主控单元计算的卫星入境时间，从而实现对终端运行状态的合理控制，实现低功耗管理。
2.通过外设串口，采用统一的数据格式进行传输，支持不同类型和多数量的数据接入，适应不同场景的应用。
3.通过配置接口，实现对终端参数的配置、终端程序升级等。
附图说明
图1是一种低功耗天基物联网数据采集终端的结构框图；
图2是一种低功耗天基物联网数据采集终端的采集方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图1-2对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，该实施例提供了一种低功耗天基物联网数据采集终端，包括主控单元1、信号处理单元2、射频收发机3、第一存储器4、第二存储器5、定位模块6、传感器7、第一时钟8、第二时钟9、第一串口10，第二串口11、信号指示灯12、卫星物联网天线13、定位天线14、供电模块15。
主控单元1接收外部传感器或其他外设从第一串口过来的数据，对数据进行处理组帧编码后发送给信号处理单元2；
主控单元1接收信号处理单元2过来的数据流，对数据流进行解析以及处理；
当没有物联网卫星广播接收功能(广播中包含了物联网卫星的轨道参数)或卫星信号接入失败时，采用预置的卫星轨道参数进行卫星轨道预报；若物联网天线13接收到卫星轨道参数信息时，则存储当前卫星轨道信息到第一存储器4，准确预报轨道入境时间，卫星入境时唤醒终端，卫星出境时终端进入睡眠状态，对终端的业务流程进行控制，实现低功耗管理；
主控单元1接收第二串口11过来的配置参数、配置程序数据等，将与主控单元1相关配置参数或程序数据保存在第一存储器4，与信号处理单元2相关配置参数或程序数据转发给信号处理单元2后，由信号处理单元2保存在第二存储器5，数据用于更新于主控单元自身或者终端的其他单元的参数和程序。
主控单元1具有本地遥测功能：如果有状态更新或者有遥测轮询指令通过第二串口11发来，那么采集终端各个模块的状态，通过第二串口11传输出去。
主控单元1具有日志功能：将采集终端状态以日志形式写入第一存储器4，方便使用者和开发者对终端工作过程进行翻查和排故；在终端调试和测试时，日志可以通过第二串口11发送出去，供开发者测试者参考。
信号处理单元2用于对射频收发机3过来的中频接收信号进行解调，解调后送与主控单元；信号处理单元2对主控单元1过来的数据进行组帧编码等处理后，发送至射频收发机；信号处理单元2与主控单元1进行其他数据交互，包括控制指令接收、自身遥测状态回传等。
射频收发机3接收信号处理单元2发送的编码数据信号进行调制，放大，通过物联网天线11进行无线发送。射频收发机3接收来自物联网卫星下发的信号，进行滤波、放大、采样后送入信号处理单元2。
第一存储器4用于存储主控单元1配置参数和程序、外部传感器发送过来的数据、日志数据等。
第二存储器5用于存储用于信号处理单元2的配置参数和程序数据。
定位模块6用于来自定位天线过来的GNSS定位信号，通过与主控单元1之间的数据线(本方案采用串口)送入主控单元。
传感器7用于终端内部传感器主要包括：温度传感器、陀螺仪等，实时检测终端相关状态，在终端唤醒时，将温度等状态送入主控单元。
第一时钟8用于为主控单元提供参考时钟。
第二时钟9用于为信号处理单元和射频收发机提供参考时钟。
第一串口10用于接收外部传感器或其他外设的数据，送入主控单元。
第二串口11用于接收终端配置参数、程序数据等使用，送入主控单元。
信号指示灯12由数个led等构成，灯的颜色亮度由来自主控单元 1的状态信号决定，显示终端的状态，包括卫星入境状态、供电状态、终端发射状态等。
卫星物联网天线13用于接收天基物联网系统的其他部分(卫星、站、其他协议终端)的信号，或其他地面物联网信号。
定位天线14用于接收GNSS信号，将信号送入定位模块进行定位。
供电模块15负责给终端供电。
卫星物联网天线13和定位天线14可以不包含在终端中，在终端的结构上留有射频连接器接口，用户可以自己购买合适的卫星物联网天线13和定位天线14安装上。
如图2所示，该实施例还提供了一种低功耗天基物联网数据采集终端的采集方法。数据采集方法的步骤如下：
步骤1、终端开机，此时可判断终端是否可以接收卫星下发的广播信号。
步骤2、打开定位模块6，主控单元1根据预设的轨道参数预测卫星的过境时间。
步骤3、如果卫星当前时间已入境，则主控单元1开启信号处理单元2和射频收发机3，进入步骤7，如果未入境，进入步骤4。
步骤4、主控单元1将信号处理单元2以及射频收发机3进行断电，同时，主控单元1依据轨道预报结果设置RTC(real time control) 参数后，进入深度睡眠模式，实现终端低功耗管理。
步骤5、当外设数据接口有数据(传感器数据)输入时，终端从睡眠模式唤醒。同时打开定位模块6，进行终端位置定位，获取当前终端的位置信息以及时间信息，然后根据预置卫星轨道参数或者终端接收的卫星轨道信息进行卫星入境时间计算。如果外设数据接口没有数据输入时，进入步骤6。
步骤6、RTC依据轨道预报设置的唤醒时间到，则主控单元1从深度睡眠进入唤醒状态，此时卫星已经入境，主控单元1开启信号处理单元2和射频收发机3。
步骤7、主控单元1与信号处理单元2进行通信，将组帧的数据信息发送至信号处理单元2，信号处理单元2对数据信息进行编码，再通过射频收发机3以及卫星物联网天线13进行发射。同时，接收卫星下发的广播信号和其他信号，对信号进行放大、解调，获取卫星轨道信息和其他信息内容。
步骤8、当判断卫星已经出境后，回到步骤4.
以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实例对本发明进行了详细说明，对于本领域的普通技术人员而言，应当理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对本发明的技术方案进行变化、修改、替换和变型均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种低功耗天基物联网数据采集终端，包括主控单元（1）、信号处理单元（2）、射频收发机（3）、第一存储器（4）、第二存储器（5）、定位模块（6）、传感器（7）、第一时钟（8）、第二时钟（9）、第一串口（10），第二串口（11）、信号指示灯（12）、卫星物联网天线（13）、定位天线（14）、供电模块（15），其特征在于：
主控单元（1）接收外部传感器或第一串口（10）过来的数据，对数据进行处理组帧编码后发送给信号处理单元（2）；同时主控单元（1）接收信号处理单元（2）过来的数据流，对数据进行解析以及处理；主控单元（1）接收第二串口（11）过来的配置参数、配置程序数据，并将与主控单元（1）相关配置参数或程序数据保存在第一存储器（4）；与信号处理单元（2）相关配置参数或程序数据转发给信号处理单元（2）后，由信号处理单元（2）保存在第二存储器（5）；
信号处理单元（2）用于对射频收发机（3）过来的中频接收信号进行解调，解调后送与主控单元（1）；信号处理单元（2）对主控单元（1）过来的数据进行组帧编码处理后，发送至射频收发机（3）；
射频收发机（3）接收信号处理单元（2）发送的编码数据信号进行调制，放大，通过卫星物联网天线（13）进行无线发送；射频收发机（3）接收来自物联网卫星下发的信号，进行滤波、放大、采样后送入信号处理单元（2）；
第一存储器（4）用于存储主控单元（1）配置参数和程序、外部传感器发送过来的数据和日志数据；
第二存储器（5）用于存储用于信号处理单元（2）的配置参数和程序数据；
定位模块（6）用于自定位天线过来的GNSS定位信号，通过与主控单元（1）之间的数据线送入主控单元（1）；
传感器（7）用于实时检测终端相关状态，在终端唤醒时，将温度状态送入主控单元；
第一时钟（8）用于为主控单元提供参考时钟；
第二时钟（9）用于为信号处理单元和射频收发机提供参考时钟；
第一串口（10）用于接收外部传感器的数据，送入主控单元（1）；
第二串口（11）用于接收终端配置参数和程序数据，并送入主控单元（1）；
信号指示灯（12）用于显示终端的状态，包括卫星入境状态、供电状态或终端发射状态；
卫星物联网天线（13）用于接收天基物联网系统的信号或地面物联网信号；
定位天线（14）用于接收GNSS信号，将信号送入定位模块进行定位；
供电模块（15）负责给终端供电；
主控单元（1）具有本地遥测功能，如果有状态更新或者有遥测轮询指令通过第二串口（11）发来，那么采集终端各个模块的状态，通过第二串口（11）传输出去；
主控单元（1）具有日志功能，将采集终端状态以日志形式写入第一存储器（4），方便使用者和开发者对终端工作过程进行翻查和排故；在终端调试和测试时，日志可以通过第二串口（11）发送出去，供开发者测试者参考；
通过以下方法进行采集：
步骤1、终端开机，判断终端是否可以接收卫星下发的广播信号；
步骤2、打开定位模块（6），主控单元（1）根据预设的轨道参数预测卫星的过境时间；
步骤3、如果卫星当前时间已入境，则主控单元（1）开启信号处理单元（2）和射频收发机（3），进入步骤（7），如果未入境，进入步骤4；
步骤4、主控单元（1）将信号处理单元（2）以及射频收发机（3）进行断电，同时，主控单元（1）依据轨道预报结果设置RTC参数后，进入深度睡眠模式，实现终端低功耗管理；
步骤5、当外设数据接口有数据输入时，终端从睡眠模式唤醒；同时打开定位模块（6），进行终端位置定位，获取当前终端的位置信息以及时间信息，然后根据预置卫星轨道参数或者终端接收的卫星轨道信息进行卫星入境时间计算；如果外设数据接口没有数据输入时，进入步骤6；
步骤6、RTC依据轨道预报设置的唤醒时间到，则主控单元（1）从深度睡眠进入唤醒状态，此时卫星已经入境，主控单元（1）开启信号处理单元（2）和射频收发机（3）；
步骤7、主控单元（1）与信号处理单元（2）进行通信，将组帧的数据信息发送至信号处理单元（2），信号处理单元（2）对数据信息进行编码，再通过射频收发机（3）以及卫星物联网天线（13）进行发射；同时，接收卫星下发的广播信号，对广播信号进行放大、解调，获取卫星轨道信息内容；
步骤8、当判断卫星已经出境后，回到步骤4。
2.根据权利要求1所述的低功耗天基物联网数据采集终端，其特征在于：传感器包括：温度传感器和陀螺仪。
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