CN113079483A - 一种无线雨量传感器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线雨量传感器系统，业务接口分别与NB模块、定时模块、配置模块、串口管理模块、传感器模块和数据格式模块通信连接，用于配置设备参数、接收传感器信息上报、接收设备配置信息和下发配置信息。所述NB模块用于管理网络的激活、网络侧数据的收发；所述定时模块用于管理上报定时器、AT命令定时器的定时流程；所述配置模块用于管理本地参数配置和远程参数配置；所述串口管理模块用于485串口的管理；所述传感器模块用于传感器采样命令的编码和解码；本发明在没有预警的时候只周期性上报采样数据，在出现预警的时候会即刻上报数据，这种设计减少了后台的数据处理量，提高数据处理效率，实现低功耗管理。

Description

一种无线雨量传感器系统
技术领域
本发明涉及计算机科学技术领域，具体为一种无线雨量传感器系统。
背景技术
随着物联网技术的兴起，雨量传感器在气象、地质、智慧城市、智慧农业等方面的应用越来越广泛，当前常见的雨量采集系统一般由雨量传感器、DTU、电源组成，预警由后台管理系统实现；但缺少对反馈数据的管理，造成无用数据过多和设备的持续工作导致的能量消耗，为此，我们提出一种无线雨量传感器系统。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种无线雨量传感器系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无线雨量传感器系统，包括：业务接口、NB模块、定时模块、配置模块、串口管理模块、传感器模块和数据格式模块；
所述业务接口分别与NB模块、定时模块、配置模块、串口管理模块、传感器模块和数据格式模块通信连接，用于配置设备参数、接收传感器信息上报、接收设备配置信息和下发配置信息；
所述NB模块用于管理网络的激活、网络侧数据的收发；
所述定时模块用于管理上报定时器、AT命令定时器的定时流程；
所述配置模块用于管理本地参数配置和远程参数配置；
所述串口管理模块用于485串口的管理；
所述传感器模块用于传感器采样命令的编码和解码；
所述数据格式模块包括命令格式模块、采样数据格式模块和消息格式模块。
优选的，所述所述NB模块包括PDP激活流程模块、发送数据流程模块、发送配置流程模块和接收配置流程模块。
优选的，所述PDP激活流程模块用于激活网络，获取到IP地址，为网络侧通信做准备；所述发送数据流程模块用于发送传感器采样数据到后台系统；所述发送配置流程模块用于将传感器的本地配置、如软件版本、阈值、上报周期参数上报至后端服务器，方便服务器了解传感器的运行环境；所述接收配置流程模块用于配置各个参数，然后再触发本地参数更新。
优选的，所述定时模块包括采样定时器和上报定时器。
优选的，所述采样定时器用于为周期性采样流程定时；所述上报定时器用于为周期性上报流程定时。
优选的，所述周期性采样流程用于采样分钟雨量数据；所述周期性上报流程用于上报雨量值。
优选的，所述配置模块包括本地命令解析模块和flash存储模块。
优选的，所述本地命令解析模块用于接收蓝牙串口的二进制码流，按照空格进行字段分隔，然后获取到命令和参数；所述flash存储模块包括flash读取、flash更新、删除的操作。
优选的，所述flash存储模块涉及的Flash事件包括FDS_EVT_INIT、FDS_EVT_WRITE、FDS_EVT_DEL_RECORD、FDS_EVT_UPDATE，分别对应初始化、写成功、删除成功、更新成功。
优选的，所述串口管理模块用于与485接口、传感器模块和NB模块通信。
优选的，所述传感器模块用于照传感器采样命令的格式进行编码和解码。
优选的，所述命令格式模块包括配置命令和雨量设备采样命令；所述采样数据格式模块定义了雨量设备采样数据格式；所述消息格式模块包括上报采样数据消息格式、上报配置消息格式和下发配置消息格式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于NRF52832芯片设计，采用C语言编码实现实现功耗管理、网络管理、定时数据采集、数据上报、蓝牙参数配置、远程无线参数配置等功能。本发明设计了一种无线雨量传感器系统，在没有预警的时候只周期性上报采样数据，在出现预警的时候会即刻上报数据，这种设计减少了后台的数据处理量，提高数据处理效率，实现低功耗管理。
附图说明
图1为本发明一种无线雨量传感器系统的结构示意图。
图2为PDP激活流程图。
图3为发送数据流程图。
图4为发送配置流程图。
图5为接收配置流程图。
图6为周期性采样流程图。
图7为周期性上报流程图。
图8为解码流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种无线雨量传感器系统，包括：业务接口1、NB模块2、定时模块3、配置模块4、串口管理模块5、传感器模块6和数据格式模块7；
所述业务接口1分别与NB模块2、定时模块3、配置模块4、串口管理模块5、传感器模块6和数据格式模块7通信连接，用于配置设备参数、接收传感器信息上报、接收设备配置信息和下发配置信息；
所述NB模块2用于管理网络的激活、网络侧数据的收发；
所述定时模块3用于管理上报定时器、AT命令定时器的定时流程；
所述配置模块4用于管理本地参数配置和远程参数配置；
所述串口管理模块5用于485串口的管理；
所述传感器模块6用于传感器采样命令的编码和解码；
所述数据格式模块7包括命令格式模块71、采样数据格式模块72和消息格式模块73。
本发明实施例中，可以通过配置模块4对系统进行参数配置，传感器模块6将采样命令解码控制传感器进行采样或编码采样命令经过NB模块2进行数据处理再通过串口管理模块5与后台硬件通讯，整个过程可以通过配置模块4配置定时模块3来设置采样频率等。
作为一种可选的实施方式，无线雨量传感器系统具有功耗管理、网络管理、定时数据采集、数据上报、蓝牙参数配置、远程无线参数配置等功能。在没有预警的时候只周期性上报采样数据，在出现预警的时候会即刻上报数据，能够减少了后台的数据处理量，提高数据处理效率，实现低功耗管理。
所述所述NB模块2包括PDP激活流程模块21、发送数据流程模块22、发送配置流程模块23和接收配置流程模块24。
具体的，PDP激活流程模块21用于激活网络，获取到IP地址，为网络侧通信做准备。Nrf52832主控制器通过AT指令控制BC35模块。PDP激活流程模块21在系统上电时触发，在该流程中，会获取IMEI、ICCID等参数，并保持到本地，在发送数据或者发送配置到网络端时，将IMEI和ICCID编码后发送到后台，方便后台通过IMEI或者ICCID来管理设备。由于BC35模块或记忆之前的频点，因此在PDP激活的过程中，有可能利用之前的频点无法激活，此时，需要清除频点后进行再次激活。PDP激活流程模块21流程图如附图2所示。
具体的，发送数据流程模块22用于发送传感器采样数据到后台系统，该流程可由周期性采样流程或者周期性上报流程触发。在上报数据的过程中，需要获取当时的时间、信号强度、然后将时间、信号强度、IMEI、采样参数等指标按照编码格式进行编码，然后调用AT指令将数据发送至后台服务器，当发送失败时，设立了重发机制，确保数据可靠的发送至后台。发送数据流程模块22流程图如附图3所示。
具体的，发送配置流程模块23发送配置流程用于将传感器的本地配置、如软件版本、阈值、上报周期等参数上报至后端服务器，方便服务器了解传感器的运行环境。在发送配置时，需要从flash获取传感器的各项配置参数，然后按照编码格式要求进行编码，然后将编码后的字符串通过AT指令发送至服务端，在发送过程中可能出现发送失败，此时可进行重发，保证数据的可靠投递。一般配置只有在系统上电的时候上报一次，因此，后台可以根据配置接收到的次数来判断设备重启的次数，一般频繁重启都是由于网络信号质量差导致的，因此，当后台服务器发现设备频繁重启，可以很方便地确定设备问题并及时解决。发送配置流程模块23流程图如附图4所示。
具体的，接收配置流程模块24由于NB模块不是运行在永久在线模式，因此，只有在上报数据或者上报配置后，网络测检测到NB模块处于激活状态时才会下发配置。
NB模块2收到配置消息后，会缓存在本地，当发送数据或者发送配置完成后，会检测是否存在缓存的配置消息，如果存在缓存的配置消息，则进行消息的解码，得到配置的各个参数，然后再触发本地参数更新。接收配置流程模块24流程图如附图5所示。
所述定时模块3包括采样定时器31和上报定时器32。
具体的，采样定时器31设定的采样流程周期为1分钟，用于采样分钟雨量数据，根据硬件原理可知需要主芯片NRF52832与传感器进行485通信，RS485通信遵循Modbus协议，在发送指令之前，需要编码采样指令，然后通过串口将采样指令发送给传感器模块6，收到返回命令并解码成功时，保存该一分钟的采样数据，其他情况下认为采样雨量数据失败，此时，该分钟的统计雨量数据为零。周期性采样成功后，会比较分钟雨量与配置的动态阈值，动态阈值一般设置为雨量传感器的最小分辨率，当分钟雨量大于等于动态阈值时，触发上报流程，这样保证了雨量数据上报的时效性。采样定时器31的周期性采样流程图如附图6所示。
具体的，上报定时器32用来设定上报周期。周期性上报定时器超时后，通过AT指令获取当前时间，然后根据当前时间及传感器每分钟的采样值，计算该小时的雨量值，然后将小时雨量上报。上报定时器32的周期性上报流程图如附图7所示。
所述配置模块4包括本地命令解析模块41和flash存储模块42。
具体的，本地命令解析模块41接收蓝牙串口的二进制码流，按照空格进行字段分隔，然后获取到命令和参数。具体配置命令如附表1所示。
Figure BDA0002992506970000061
Figure BDA0002992506970000071
表1配置命令表
具体的，flash存储模块42控制包括flash读取、flash更新、删除等操作。NRF52832提供了对应的flash操作接口，需要注意的是必须在flash操作事件后才能认为操作完成，否则，可能会出现操作失败的情况。Flash事件包括FDS_EVT_INIT、FDS_EVT_WRITE、FDS_EVT_DEL_RECORD、FDS_EVT_UPDATE等，分别对应初始化、写成功、删除成功、更新成功。
串口管理模块5负责和485接口传感器和NB模块2通信，由于NRF52832芯片只有一个串口，因此，在设计的过程中，需要动态切换串口连接。串口在传感器采样或者数据发送时进行反初始化，然后再利用NRF52832芯片引脚的动态映射功能，将串口引脚映射到传感器采样串口或者NB模块串口，其中由于传感器采样串口是半双工模式，因此，再监测到发送数据完成后应该立即切换为接收模式，才能保证数据的正确接收。串口管理模块5的解码流程如附图8所示。
传感器模块6在进行传感器采样时，需要按照传感器采样命令的格式进行编码和解码，其格式见数据格式模块7。在串口接收到数据时，调用传感器模块的解码函数进行解码。
具体的，命令格式模块71定义了雨量设备采样命令格式。雨量设备采样命令格式如附表2所示。
Figure BDA0002992506970000081
表2雨量设备采样命令编码格式表
具体的，采样数据格式模块72定义了采样数据格式。雨量设备采样数据格式如附表3所示。
Figure BDA0002992506970000091
表3雨量设备采样数据格式表
具体的，消息格式模块73包括了上报采样数据消息格式、上报配置消息格式、下发配置消息格式。各种消息格式如附表4、附表5、附表6、附表7、附表8所示。
Figure BDA0002992506970000092
表4消息格式表
载荷类型 值 说明
设备上报数据 0x01 采样数据上报的载荷类型
查询设备配置 0x02 下发查询设备配置参数载荷类型
设备上报配置 0x03 上发配置消息的载荷类型
更新设备配置 0x04 下发配置消息的载荷类型
表5消息格式表
Figure BDA0002992506970000093
表6载荷数据格式表
Figure BDA0002992506970000101
表7参数格式表
参数名称 参数意义 说明
RF 雨量 缩写
MA 最大阈值 maxthreshold缩写
MI 最小阈值 minthreshold缩写
DY 动态阈值 dynamicthreshold缩写
SI 采样间隔 Sampleinterval缩写
RI 上报间隔 Reportinterval缩写
表8参数表
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种无线雨量传感器系统，其特征在于，包括：业务接口(1)、NB模块(2)、定时模块(3)、配置模块(4)、串口管理模块(5)、传感器模块(6)和数据格式模块(7)；
所述业务接口(1)分别与NB模块(2)、定时模块(3)、配置模块(4)、串口管理模块(5)、传感器模块(6)和数据格式模块(7)通信连接，用于配置设备参数、接收传感器信息上报、接收设备配置信息和下发配置信息；
所述NB模块(2)用于管理网络的激活、网络侧数据的收发；
所述定时模块(3)用于管理上报定时器、AT命令定时器的定时流程；
所述配置模块(4)用于管理本地参数配置和远程参数配置；
所述串口管理模块(5)用于485串口的管理；
所述传感器模块(6)用于传感器采样命令的编码和解码；
所述数据格式模块(7)包括命令格式模块(71)、采样数据格式模块(72)和消息格式模块(73)。
2.根据权利要求1所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述所述NB模块(2)包括PDP激活流程模块(21)、发送数据流程模块(22)、发送配置流程模块(23)和接收配置流程模块(24)。
3.根据权利要求2所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述PDP激活流程模块(21)用于激活网络，获取到IP地址，为网络侧通信做准备；所述发送数据流程模块(22)用于发送传感器采样数据到后台系统；所述发送配置流程模块(23)用于将传感器的本地配置、如软件版本、阈值、上报周期参数上报至后端服务器，方便服务器了解传感器的运行环境；所述接收配置流程模块(24)用于配置各个参数，然后再触发本地参数更新。
4.根据权利要求1所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述定时模块(3)包括采样定时器(31)和上报定时器(32)。
5.根据权利要求4所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述采样定时器(31)用于为周期性采样流程定时；所述上报定时器(32)用于为周期性上报流程定时。
6.根据权利要求5所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述周期性采样流程用于采样分钟雨量数据；所述周期性上报流程用于上报雨量值。
7.根据权利要求1所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述配置模块(4)包括本地命令解析模块(41)和flash存储模块(42)。
8.根据权利要求7所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述本地命令解析模块(41)用于接收蓝牙串口的二进制码流，按照空格进行字段分隔，然后获取到命令和参数；所述flash存储模块(42)包括flash读取、flash更新、删除的操作。
9.根据权利要求7所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述flash存储模块(42)涉及的Flash事件包括FDS_EVT_INIT、FDS_EVT_WRITE、FDS_EVT_DEL_RECORD、FDS_EVT_UPDATE，分别对应初始化、写成功、删除成功、更新成功。
10.根据权利要求1所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述串口管理模块(5)用于与485接口、传感器模块(6)和NB模块(2)通信。
11.根据权利要求1所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述传感器模块(6)用于照传感器采样命令的格式进行编码和解码。
12.根据权利要求1所述的一种无线雨量传感器系统，其特征在于：所述命令格式模块(71)包括配置命令和雨量设备采样命令；所述采样数据格式模块(72)定义了雨量设备采样数据格式；所述消息格式模块(73)包括上报采样数据消息格式、上报配置消息格式和下发配置消息格式。
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