一种超低功耗无线静力水准仪测高差方法与流程

1.本技术涉及静力水准仪测高差技术领域，具体公开了一种超低功耗无线静力水准仪测高差方法。


背景技术：

2.静力水准仪是测量高差及其变化的精密仪器；主要用于管廊、大坝、核电站、高层建筑、基坑、隧道、桥梁、地铁等垂直位移和倾斜的监测；静力水准仪一般安装在被测物体等高的测墩上或被测物体墙壁等高线上，通常通过485或者模拟量接口连接到采集器，实现数据监测；现有静力水准仪工作过程中检测外接分立模块功耗较高，设备待机寿命短。
3.发明人有鉴于此，提供了一种超低功耗无线静力水准仪测高差方法，以便解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种超低功耗无线静力水准仪测高差方法，以解决现有静力水准仪工作过程中检测外接分立模块功耗较高，设备待机寿命短的问题。
5.为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种超低功耗无线静力水准仪测高差方法，第一步，mcu上电后初始化各外设，使能压力传感器，然后读取压力传感器数据，滤波，得到稳定数据；第二步，数据滤波的方式为连续采集10次取平均值；第三步，打开lora射频功能，开始csma侦听，判断当前频道是否有干扰数据，如有干扰数据，随机随眠1-10s，唤醒后重复侦听过程，直到频道空闲，立即发送数据；第四步，csma侦听的方法为随机设置好频率和扩频因子，开启cad模式，当有相同的频率和扩频因子的信号到来时，就会产生caddetect中断和caddone，并且caddetect和caddone会同时产生，通过caddetect识别当前信道是否有数据正在传输；第五步，发送完数据后mcu关闭lora射频功能，进入深度睡眠模式，此时系统进入最低功耗；第六步，系统看门狗定时器通过电阻设置定时时间，定时到后发出脉冲唤醒mcu；mcu唤醒后重复采集过程。
6.采用以上技术方案，其优点在于：mcu将压力传感器测得的数据进行数据滤波，去除在对实物扫描数字化的过程中，引入错误点、冗余点以及扫描环境所带来的测量噪声等；进入深度睡眠模式后功耗较低，且通过看门狗定时器定时唤醒mcu重复采集过程；优化的低功耗算法降低系统功耗，无线静力水准仪整体功耗低，待机时间长；解决了现有静力水准仪工作过程中检测外接分立模块功耗较高，设备待机寿命短的问题。
7.进一步，mcu引出i2c接口，用于连接低功耗压力传感器；引出ipx天线接口用于外接天线。
8.采用以上技术方案，其优点在于：压力传感器通过i2c接口将测量数据传输到mcu内，mcu通过外接天线将采集数据发送到检测人员手中。
9.进一步，mcu和lora射频芯片使用sip封装为控制芯片。
10.采用以上技术方案，其优点在于：由于mcu和lora射频芯片sip封装到一起，电源设
计简单，支持2.5-3.6v电压输入，且相比于外接分立模块功耗更低。
11.进一步，采用3.6v一次性锂电池为mcu以及看门狗定时器供电。
12.采用以上技术方案，其优点在于：锂电池成本低，使用广泛，在无线静力水准仪安装拆卸便捷。
13.进一步，压力传感器使用低功耗硅基压力传感器。
14.采用以上技术方案，其优点在于：硅基压力传感器功耗低，量程大，使用范围广，成本低。
15.进一步，控制芯片、系统看门狗定时器板载在pcb板上。
16.采用以上技术方案，其优点在于：pcb板提供控制芯片、系统看门狗的电连接通道与安装固定位置。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1示出了本技术实施例提出的一种超低功耗无线静力水准仪系统的结构示意图；
19.图2示出了图1中a-a面剖视图；
20.图3示出了图1中b-b面剖视图；
21.图4示出了图1的系统结构示意图；
22.图5示出了本技术实施例提出的一种超低功耗无线静力水准仪测高差方法的系统工作流程图。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
24.下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
25.说明书附图中的附图标记包括：围壳1、底板2、顶板3、底座4、电池5、内容罐6、硅基传感器7、支撑架8、控制板9、天线10、水管接头11、气管接头12、密封板13；通孔101、检测孔601、螺纹孔602、螺纹孔603。
26.一种超低功耗无线静力水准仪系统，实施例如图1～5如下所示，
27.本发明的具体实施过程：
28.如图1、图4所示：包括壳体、内容罐6、控制板9、天线10以及硅基压力传感器；壳体、内容罐6使用不锈钢304制造，天线10选择可弯折胶棒天线10；
29.壳体包括矩形围壳1以及顶板3；顶板3右侧底端设置有供电机构，供电机构包括电池5、底座4以及密封板13；底座4使用黑色工程塑料制造，密封板13使用不锈钢304制造；顶
板3右侧开设有阶梯孔，底座4固定连接在阶梯孔下方顶板3底端，电池5固定在底座4上，密封板13固定连接在阶梯孔内；电池5设置在顶板3上，方便更换；密封板13将电池5密封在底座4内，防止水分进入到底座4内，阶梯孔提供密封板13的安装位置。
30.顶板3固定连接在围壳1顶端，围壳1底部固定连接有底板2；内容罐6底部圆周突出内容罐6底部端面，并垂直向外延伸，内容罐6通过向外延伸部位固定连接在底板2左侧；硅基压力传感器具有一定的体积宽度，内容罐6底部圆周突出内容罐6底部端面，提升内容罐6内底面高度，与硅基传感器7相互配合；向外延伸的内容罐6底部圆周提供与底板2的固定点。
31.控制板9固定连接在底板2右侧，围壳1右侧下部开设有螺纹连接孔，天线10固定连接在螺纹连接孔内；内容罐6右侧底部开设有检测孔601，硅基压力传感器固定连接在检测孔601内；内容罐6前后两侧上下间隔设置有螺纹孔602与螺纹孔603；螺纹孔602内固定连接有气管接头12，螺纹孔603内固定连接有水管接头11，气管接头12与水管接头11穿过围壳1；气管接头12与水管接头11使用不锈钢304制造；天线10、硅基压力传感器、供电机构与控制板9电连接。
32.如图4所示：控制板9为pcb板，pcb板上设置有lora
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sip芯片；sip封装的芯片包含了一个cotexm0内核mcu和lora sx1262射频芯片，相比于外接分立模块功耗更低；
33.mcu引出i2c接口，用于连接低功耗压力传感器；引出ipx天线10接口用于外接天线10；另外板载了一颗系统看门狗定时器。
34.低功耗压力传感器采用硅基压力传感器，内置压阻调理电路、温度传感器和24位adc，引出电源线、i2c接口、使能接口，当使能引脚处于低电压时传感器进入掉电模式，电流只有10na，正常工作模式下电流为2ma。
35.由于mcu和lora射频芯片xip封装到一起，电源设计也更为简单，支持2.5-3.6v电压输入；本系统采用3.6v一次性锂电池5供电。
36.如图5所示：无线静力水准仪工作时：第一步，mcu上电后初始化各外设，使能压力传感器，然后读取压力传感器数据，滤波，得到稳定数据；第二步，数据滤波的方式为连续采集10次取平均值；第三步，打开lora射频功能，开始csma侦听，判断当前频道是否有干扰数据，如有干扰数据，随机随眠1-10s，唤醒后重复侦听过程，直到频道空闲，立即发送数据；第四步，csma侦听的方法为随机设置好频率和扩频因子，开启cad模式，当有相同的频率和扩频因子的信号到来时，就会产生caddetect中断和caddone，并且caddetect和caddone会同时产生，通过caddetect识别当前信道是否有数据正在传输；第五步，发送完数据后mcu关闭lora射频功能，进入深度睡眠模式，此时系统进入最低功耗；第六步，系统看门狗定时器通过电阻设置定时时间，定时到后发出脉冲唤醒mcu；mcu唤醒后重复采集过程。
37.采用以上技术方案，其优点在于：供电机构设置在顶板3右侧底端，供电机构在围壳1内为控制板9供电，无需设置外部电缆；解决了管线较多，布线困难，施工效率低的问题；控制板9自身功耗较低；接头、水管接头11接入外部气管和水管之后，水流进入到内容罐6后，控制板9使用优化的低功耗算法降低系统功耗，并控制硅基压力传感器测量水压，测得水压测量数据后，控制板9通过天线10将数据发送到检测人员手中；使用优化的低功耗算法降低系统功耗，无线静力水准仪整体功耗低，待机时间长；解决了现有静力水准仪工作过程中检测外接分立模块功耗较高，设备待机寿命短的问题。
38.如图2所示：围壳1前后与螺纹孔602、螺纹孔603对应位置设置有通孔101，气管接头12与水管接头11穿过通孔101。
39.采用以上技术方案，其优点在于：内容罐6设置在围壳1内，内容罐6需要与外部管道连通，通孔101作为气管接头12与水管接头11的连接通道。
40.如图1、图3所示：还包括u形支撑架8；支撑架8使用不锈钢304制造；支撑架8倒置固定连接在底板2上，控制板9固定连接在支撑架8顶端；硅基压力传感器设置在支撑架8底部右侧。
41.采用以上技术方案，其优点在于：支撑架8有一定的高度，控制板9固定连接在支撑架8顶端与底板2有一定距离，防止水分沾染到控制板9上。
42.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。