CN214201787U

CN214201787U - 多信道多要素北斗遥测一体机及信息采集系统

Info

Publication number: CN214201787U
Application number: CN202022288760.0U
Authority: CN
Inventors: 李书英
Original assignee: Kun Tai Yun Tong Technology Beijing Co ltd
Current assignee: Kun Tai Yun Tong Technology Beijing Co ltd
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2030-10-14

Abstract

本实用新型公开了一种多信道多要素北斗遥测一体机及信息采集系统，一体机包括：壳体，壳体内设有主控单元、串行数据接口模块、存储单元、定位芯片、数据网络信道通信模块、北斗RDSS信道通信模块、以太网信道接口模块、wifi模块、GNSS板卡接口模块和供电模块；串行数据接口模块用于与多个传感器连接；定位芯片用于接收北斗三号全球卫星导航系统的授时信息和高精度定位信息；GNSS板卡接口模块用于与外部GNSS高精度定位板卡连接组成GNSS基站；控制单元用于：通过北斗RDSS卫星信道、运营商网络、本地网络向远程监控平台传送传感器数据。实现了多传感器数据多要素多信道的传输方式，实现了大数据量的高效传输，提升通信质量。

Description

多信道多要素北斗遥测一体机及信息采集系统

技术领域

本实用新型涉及物联网技术领域，更具体地，涉及一种多信道多要素北斗遥测一体机及信息采集系统。

背景技术

目前，在面向大数据量传输的监测应用中，现有的无线传感器网络监测系统通常使用的单射频架构传感器节点、单信道网络协议，不能很好解决大数据量传输时遇到的网络吞吐量受限、实时传输难等瓶颈问题，并且在无线传感器网络中，各数据采集节点在其发送、接收与处理数据的过程中很容易受其他因素的干扰，情况严重的时候甚至会使整个无线传感器网络在数据传输及处理过程中出现错误，进而影响了整体通信的准确性和可靠性。同时，监测网络的采集同步、监测数据的高效中转传输、降低采集节点受外界干扰等也是需要研究解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种多信道多要素北斗遥测一体机及信息采集系统。实现对多种不同传感器的数据采集，数据采集节点能够通过不同的信道传输数据，减轻了各采集节点之间对其他节点的干扰，提升通信质量，能够保证无线传感器网络的准确性和可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种多信道多要素北斗遥测一体机，包括：壳体，所述壳体内设有主控单元、串行数据接口模块、存储单元、定位芯片、数据网络信道通信模块、北斗RDSS信道通信模块、以太网信道接口模块、wifi模块、GNSS板卡接口模块和供电模块；

所述存储单元、所述传感器接口模块、所述定位芯片、所述数据网络信道通信模块、所述北斗RDSS信道通信模块、所述以太网信道接口模块、所述wifi模块、所述GNSS板卡接口模块、所述供电模块分别与所述主控单元电连接；

所述串行数据接口模块用于与多个传感器连接，以获取基于串口协议传送的传感器数据；

所述定位芯片用于接收北斗三号全球卫星导航系统的授时信息和高精度定位信息；

所述GNSS板卡接口模块用于与外部GNSS高精度定位板卡连接组成GNSS基站；

所述控制单元用于：基于所述北斗RDSS信道通信模块通过北斗RDSS卫星信道向远程监控平台传送传感器数据，和/或，基于所述数据网络信道通信模块通过运营商网络向远程监控平台传送传感器数据，和/或，基于所述以太网信道接口模块或所述wifi模块通过本地网络向远程监控平台传送传感器数据。

可选地，所述MCU芯片对所述外部GNSS高精度定位板卡输出的观测量信息的采集频率大于等于1Hz，向所述远端监控平台的传输时延小于等于60s；

所述MCU芯片能够同时对至少16个所述传感器进行数据采集，且对所述传感器的采集频率小于等于1次/分钟，向所述远端监控平台的传输时延小于等于5分钟。

可选地，所述串行数据接口模块包括多个RS-485接口和至少两个RS-232接口。

可选地，还包括多个RS-485集线器，每个所述RS-485集线器与所述一个所述RS-485接口连接；所述RS-485集线器具有多个RS-485接口。

可选地，所述以太网信道接口模块包括至少一个RJ-45接口。

可选地，所述数据网络信道通信模块包括全网通4G模块和全网通5G模块。

可选地，还包括设置于所述壳体外部的卫星定位天线、数据信号收发天线和北斗RDSS收发天线，所述卫星定位天线与所述定位芯片连接，所述数据信号收发天线与所述数据网络信道通信模块连接，所述北斗RDSS收发天线与所述北斗RDSS信道通信模块连接。

可选地，还包括LED显示屏接口模块，所述LED显示屏接口模块与所述主控单元电连接，用于连接外部LED显示屏。

本实用新型还提出一种信息采集系统，包括远程监控平台以及至少一个以上所述的多信道多要素北斗遥测一体机。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的多信道多要素北斗遥测一体机通过集成数据网络信道通信模块、北斗RDSS信道通信模块、以太网信道接口模块和wifi模块，传感器数据可以通过北斗RDSS卫星信道、运营商4G、5G网络、本地以太网网络、本地无线wifi网络向远程监控平台传送传感器数据，实现了多传感器数据多要素信息采集、多信道的传输方式，实现了大数据量的高效传输，大大降低了节点受外界干扰的概率，有效地提升通信质量，保证无线传感器网络的准确性和可靠性；通过定位芯片接收北斗三号全球卫星导航系统的授时信息和高精度定位信息，实现多信道时间同步和数据采集的同步；通过GNSS板卡接口模块，能够与外部GNSS高精度定位板卡连接，实现GNSS基站功能，可以满足高精度定位。

2、本实用新型的信息采集系统基于多信道多要素北斗遥测一体机，能够实现使各节点在其发送、接收与处理数据的过程中减少受其他因素的干扰，有效降低整个无线传感器网络在数据传输及处理过程中出现错误的概率，使无线传感器网络内部各采集节点能够通过不同的信道传输数据，减轻了各节点之间对其他节点的干扰、有效地提升通信质量，能够保证无线传感器网络的准确性和可靠性；信息采集系统可同时采集不同要素的数据资料，譬如：温度、湿度、气压、风向、风速、降水量、能见度等，同时基于北斗三号全球卫星导航系统的定位、短报文、授时三大功能，能够适用于多种需要传输大量数据的监测应用，并具有良好的数据采集同步效果。

本实用新型的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本实用新型示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种多信道多要素北斗遥测一体机示意图。

附图标记说明：

1-主控单元，2-存储单元，3-定位芯片，4-数据网络信道通信模块，5-北斗RDSS信道通信模块，6-以太网信道接口模块，7-GNSS板卡接口模块，8-供电模块，9-LED显示屏接口模块，10-wifi模块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如图1所示，一种多信道多要素北斗遥测一体机，包括：

壳体，壳体内设有主控单元1、串行数据接口模块、存储单元2、定位芯片3、数据网络信道通信模块4、北斗RDSS信道通信模块5、以太网信道接口模块6、wifi模块10、GNSS板卡接口模块7和供电模块8；存储单元2、传感器接口模块、定位芯片3、数据网络信道通信模块4、北斗RDSS信道通信模块5、以太网信道接口模块6、wifi模块10、GNSS板卡接口模块7、供电模块8分别与主控单元1电连接；

串行数据接口模块用于与多个传感器连接，以获取基于串口协议传送的传感器数据；

定位芯片3用于接收北斗三号全球卫星导航系统的授时信息和高精度定位信息；

GNSS板卡接口模块7用于与外部GNSS高精度定位板卡连接组成GNSS基站；

控制单元用于：基于北斗RDSS信道通信模块5通过北斗RDSS卫星信道向远程监控平台传送传感器数据，和/或，基于数据网络信道通信模块4通过运营商网络向远程监控平台传送传感器数据，和/或，基于以太网信道接口模块6或wifi模块通过本地网络向远程监控平台传送传感器数据。

具体地，通过集成数据网络信道通信模块4、北斗RDSS信道通信模块5、以太网信道接口模块6和wifi模块，传感器数据可以通过北斗RDSS卫星信道、运营商4G、5G网络、本地以太网网络、本地无线wifi网络向远程监控平台传送传感器数据，实现了多传感器数据的多种要素信息的采集、多种信道的传输方式，实现了大数据量的高效传输，大大降低了节点受外界干扰的概率，有效地提升通信质量，保证无线传感器网络的准确性和可靠性；通过定位芯片3接收北斗三号全球卫星导航系统的授时信息和高精度定位信息，实现多信道时间同步和数据采集的同步；通过GNSS板卡接口模块7，能够与外部GNSS高精度定位板卡连接，实现GNSS基站功能，可以满足高精度定位。同时，基于wifi模块还能够实现对终端的本地无接触操作。

进一步地，基于数据网络信道通信模块4、北斗RDSS信道通信模块5和以太网信道接口模块6，使终端同时具备运营商网络通信功能、北斗RDSS短报文通信功能和本地网络通信功能的多信道传输模式。可以根据网络数据实时吞吐量，选择单信道、多信道等多种不同的方式传送传感器数据，能够灵活调整数据的传送模式，有效解决现有单信道数据传输的干扰以及大数据量传输网络吞吐受限的问题，满足大数据量实时高效传输的应用需求。基于GNSS板卡接口模块7与外部GNSS高精度定位板卡连接实现GNSS基站功能，能够基于北斗三号全球卫星导航系统提供的差分定位技术监测毫米级别位置移动，基于此高精度的监测精度可以用于滑坡、沉降、等变形监测领域，实现全天候24小时的实时位移监测。

本实施例中，主控单元1包括采用ARM架构的MCU芯片；

MCU芯片对外部GNSS高精度定位板卡输出的观测量信息的采集频率大于等于1Hz，向远端监控平台的传输时延小于等于60s；

MCU芯片能够同时对至少16个传感器进行数据采集，且对传感器的采集频率小于等于1次/分钟，向远端监控平台的传输时延小于等于5分钟。

具体地，可以将主控单元1(MCU芯片)、串行数据接口模块、存储单元2、定位芯片3、数据网络信道通信模块4、北斗RDSS信道通信模块5、以太网信道接口模块6、wifi模块10、GNSS板卡接口模块7集成在电路板上，通过电路设计实现串行数据接口模块、存储单元2、定位芯片3、数据网络信道通信模块4、北斗RDSS信道通信模块5、以太网信道接口模块6、wifi模块10、GNSS板卡接口模块7与MCU芯片的电连接，并在主控单元1内集成基于ARM架构的软件控制系统，能够满足单终端对外部传感器的采集能力不小于16个，本地数据的存储能力不小于10万条；对外部传感器的采集频度不超过1次/分钟，传输时延不大于5分钟，对外部高精度GNSS板卡输出的观测量信息的采集频度为不小于1Hz，传输时延不大于60s等数据采集和传输性能。本实施例中，存储单元2为闪存芯片或者SD卡，本实施例的存储单元2满足本地数据存储能力不小于10万条；定位芯片3可以选择现有的UBLOX、ADI、MTK等高精度定位芯片3，供电模块8选择蓄电池。

本实施例中，串行数据接口模块包括多个RS-485接口和至少两个RS-232接口。还包括多个RS-485集线器，每个RS-485集线器与一个RS-485接口连接；RS-485集线器具有多个RS-485接口。

具体地，通过设置多个RS-485接口，能够使终端具备不小于两路的RS485接口(主)输出，并可通过RS485集线器扩展满足与多个传感器连接，并访问多个传感器信息；通过集成多个RS-232接口，终端具备不小于一路RS232接口通信能力。通过多个串口的设置，能够满足单终端能够同时与多个传感器连接并访问传感器数据。本实施例优选能够同时连接至少16个传感器。

本实施例中，以太网信道接口模块6包括至少一个RJ-45接口。

具体地，基于RJ-45接口能够实现基于以太网的数据传送。

本实施例中，数据网络信道通信模块4包括全网通4G模块和全网通5G模块。使终端具备全网通4G、5G的信息通信功能。

本实施例中，还包括设置于壳体外部的卫星定位天线、数据信号收发天线和北斗RDSS收发天线，卫星定位天线与定位芯片3连接，数据信号收发天线与数据网络信道通信模块4连接，北斗RDSS收发天线与北斗RDSS信道通信模块5连接。

本实施例中，还包括LED显示屏接口模块9，LED显示屏接口模块9与主控单元1电连接，用于连接外部LED显示屏。

具体地，通过LED显示屏接口模块9，能够实现与外部LED显示屏的连接，基于连接的LED显示屏可以查看连接的传感器信息，以及对终端存储的传感器数据信息进行本地查看以及导出等。

实施例2

本实用新型实施例还提出一种信息采集系统，包括远程监控平台以及实施例1的多信道多要素北斗遥测一体机。

其中，远程监控平台包括人机交互界面，人机交互界面包括：时间同步模块、远程控制模块、程序更新模块、数据展示模块、历史数据查看模块、告警模块、数据导出模块、地图显示模块和账号分级管理模块；

时间同步模块用于对多信道多要素北斗遥测一体机的不同传输信道进行时间同步；

远程控制模块采用分时传输机制控制多信道多要素北斗遥测一体机对传感器数据进行分时传送。

具体实施过程中，可根据实际监测需求设置多个遥测终端，例如不少于1000个，组成信息采集系统，通过开发设计平台软件、硬件和人机交互界面，并在人机交互界面集成时间同步模块、远程控制模块、程序更新模块、数据展示模块、历史数据查看模块、告警模块、数据导出模块、地图显示模块和账号分级管理模块等功能模块，进而使远程监控平台具备：接收本地网络传送的传感器信息数据、接收运营商4G信道传送的传感器信息数据、接收北斗RDSS卫星信道传送的传感器信息数据、对采集节点的远程控制、数据存储、与采集控制器配合实现遥测终端嵌入式程序更新、传感器信息实时图形化的查看、历史数据查看、异常告警、EXCEL、PDF数据导出、账号分级管理、地图显示等功能。在一个具体应用场景中，远程监控平台能够满足：对传感器的数据存储要求不小于1次/分钟；采集节点个数不小于1000个；数据存储时间为不小于10年。

本实用新型的信息采集系统基于多信道多要素北斗遥测一体机，能够实现使各节点在其发送、接收与处理数据的过程中减少受其他因素的干扰，有效降低整个无线传感器网络在数据传输及处理过程中出现错误的概率，使无线传感器网络内部各采集节点能够通过不同的信道传输数据，减轻了各节点之间对其他节点的干扰、有效地提升通信质量，能够保证无线传感器网络的准确性和可靠性；信息采集系统可同时采集不同要素的数据资料，譬如：温度、湿度、气压、风向、风速、降水量、能见度等，同时基于北斗三号全球卫星导航系统的定位、短报文、授时三大功能，能够适用于多种需要传输大量数据的监测应用，并具有良好的数据采集同步效果。

本实用新型的多信道多要素北斗遥测一体机及信息采集系统，可以适用于：

1、气象水文传感器信息的实时采集

气象、水文数据监测网络主要由遍布于各地的气象、水文数据采集站、传输网络及各级数据中心组成，无人值守站的采集数据可基于本实用新型的多信道多要素北斗遥测一体机通过地面移动网或北斗报文方式进行传输，北斗数据传输系统具有全天候、不受天气和环境影响、不依赖任何基础网络设施等优势，对于气象信息发布和相应的灾害救援提供了必要的数据支持，能够更好地满足客户的实际需求。

2、基于位移监测的地质灾害预警

基于本实用新型的多信道多要素北斗遥测一体机，通过GNSS板卡接口模块7与外部GNSS高精度定位板卡连接实现GNSS基站功能，能够基于北斗三号全球卫星导航系统提供的差分定位技术监测毫米级别位置移动，对可能由地表位移引起的地质灾害进行实时监测、预警和形变分析。因此，基于多信道多要素北斗遥测一体机建立地质灾害监测预警系统，可用于山坡、深基坑等地质灾害易发区域，也可用于水库大坝、桥梁、尾矿库、矿山安全、铁路、高层建筑、电力塔柱等的变形测量。

3、卫星导航接收机技术评估与教学试验

基于本实用新型的多信道多要素北斗遥测一体机可以实现宽带实时软件接收机的功能，可用于验证信号源生成数据的正确性，为用户提供卫星导航接收机的实现架构，让用户熟悉导航接收机接收处理卫星导航信号的基本原理、了解导航接收机的基本参数配置和定位解算流程等，可作为一个优秀的卫星导航接收机技术评估与教学实验平台，为高校开展北斗相关科研提供技术和设备支撑，从而推动北斗专业人才培养，并促进北斗产业的发展。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims

1.一种多信道多要素北斗遥测一体机，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内设有主控单元、串行数据接口模块、存储单元、定位芯片、数据网络信道通信模块、北斗RDSS信道通信模块、以太网信道接口模块、wifi模块、GNSS板卡接口模块和供电模块；

所述存储单元、所述串行数据接口模块、所述定位芯片、所述数据网络信道通信模块、所述北斗RDSS信道通信模块、所述以太网信道接口模块、所述wifi模块、所述GNSS板卡接口模块、所述供电模块分别与所述主控单元电连接；

所述主控单元用于：基于所述北斗RDSS信道通信模块通过北斗RDSS卫星信道向远程监控平台传送传感器数据，和/或，基于所述数据网络信道通信模块通过运营商网络向远程监控平台传送传感器数据，和/或，基于所述以太网信道接口模块或所述wifi模块通过本地网络向远程监控平台传送传感器数据。

2.根据权利要求1所述的多信道多要素北斗遥测一体机，其特征在于，所述主控单元包括采用ARM架构的MCU芯片；

所述MCU芯片对所述外部GNSS高精度定位板卡输出的观测量信息的采集频率大于等于1Hz，向所述远程监控平台的传输时延小于等于60s；

所述MCU芯片能够同时对至少16个所述传感器进行数据采集，且对所述传感器的采集频率小于等于1次/分钟，向所述远程监控平台的传输时延小于等于5分钟。

3.根据权利要求1所述的多信道多要素北斗遥测一体机，其特征在于，所述串行数据接口模块包括多个RS-485接口和至少两个RS-232接口。

4.根据权利要求3所述的多信道多要素北斗遥测一体机，其特征在于，还包括多个RS-485集线器，每个所述RS-485集线器与所述一个所述RS-485接口连接；所述RS-485集线器具有多个RS-485接口。

5.根据权利要求1所述的多信道多要素北斗遥测一体机，其特征在于，所述以太网信道接口模块包括至少一个RJ-45接口。

6.根据权利要求1所述的多信道多要素北斗遥测一体机，其特征在于，所述数据网络信道通信模块包括全网通4G模块和全网通5G模块。

7.根据权利要求1所述的多信道多要素北斗遥测一体机，其特征在于，还包括设置于所述壳体外部的卫星定位天线、数据信号收发天线和北斗RDSS收发天线，所述卫星定位天线与所述定位芯片连接，所述数据信号收发天线与所述数据网络信道通信模块连接，所述北斗RDSS收发天线与所述北斗RDSS信道通信模块连接。

8.根据权利要求1所述的多信道多要素北斗遥测一体机，其特征在于，还包括LED显示屏接口模块，所述LED显示屏接口模块与所述主控单元电连接，用于连接外部LED显示屏。

9.一种信息采集系统，其特征在于，包括远程监控平台以及至少一个如权利要求1-8任意一项所述的多信道多要素北斗遥测一体机。