专利名称：基于物联网应用的航标遥控遥测终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及遥控遥测技术领域，尤其是一种基于物联网应用的航标遥控遥测终端。
背景技术：
目前，现今社会的发展，物联网时代的来临，遥测遥控变得越来越具有意义，而遥测遥控中有一个非常重要的性质，就是实时性，终端上传数据需要有相当高的时间准确性。 一旦上传时间不准确，可能会让远程遥测的工作人员或者主控机，做出错误的判断，而因此做出的决定，下发的控制指令，更会造成更严重的后果。以前的常用方式在终端CPU中增加专用RTC模块，如果终端有GPS模块的话，通过GPS进行校正时间。现有技术的缺点为了保证上传时间的准确性，在每块终端布点的时候，都必须进行校时，工序复杂，可操作性不高，而且一样存在很多造成错误的可能。通过GPS校正时间，缺乏很好的可靠性，比如如果终端工作环境GPS信号不好的情况下，可能造成长时间的 GPS不能定位，更不能获取有效时间数据，并且现有GPS网络信号也存在很多制约，如前段时间美国维护GPS系统，就会造成大面积的GPS无法定位。
发明内容本实用新型要解决的技术问题在于提供一种可与太阳能供电设备、新型智能LED 航标灯、数传专网、服务器软件共同组成航标遥控遥测系统的基于物联网应用的航标遥控遥测终端，该终端负责监控航标的实时状态并将信息通过数传专网发送到管理中心。本实用新型的技术方案是一种基于物联网应用的航标遥控遥测终端，包括中央处理单元，所述中央处理单元分别与GPS定位模块和通信模块相连，所述GPS定位模块和通信模块分别内置有实时时钟芯片。即带有实时时钟(RTC)功能。所述中央处理单元为MSP430单片机。所述通信模块为GSM通信模块或者GPRS通信模块。所述基于物联网应用的航标遥控遥测终端还包括模拟数字转换采集模块，基于物联网应用的航标遥控遥测终端的中央处理单元通过模拟数字转换采集模块与航标灯器、太阳能板和蓄电池连接。模拟数字转换采集模块用于采集航标灯器的功工作电压、电流，太阳能板充电电压、电流以及蓄电池的电压、电流。本实用新型的有益效果是本实用新型的航标遥测遥控终端(RTU，Remote Terminal Units)就像航标管理的 “千里眼”，通过它，航道管理人员可以足不出户地在电脑前掌握航标的实时状态。由于本实用新型的航标遥测遥控终端的RTC模块的特性，当断电后RTC模块会恢复初始时间，因此完全的机制是首先开机后判断RTC模块的时钟，如果RTC模块的时钟已经恢复初始了，则给服务器发送校时指令，收到指令回复后，将得到的时间保存为系统时钟，并存入RTC模块备用。如果未收到服务器回复，则发送短信到终端本身的sim卡号，收到自己所发短信后，将其中时间提取出来，作为系统时钟并存入RTC模块。如果终端选配了 GPS模块，则当GPS模块成功定时时，立刻校正系统时钟并存入RTC。以此保证终端系统时钟的可靠性。以往，航标发生被打、移位或灯光异常等情况，只有通过航道站航次检查或过往船舶的报告才能知道，时效性较差。采用本实用新型的航标遥测遥控终端后，当灯光异常、航标移位或被撞击、蓄电池电量不足时终端将立刻向管理中心报警。这样，管理人员只要查询一下报警信息就知道是什么类型的报警并及时安排现场维护工作。航道站在现场维护时实行每个航次检查(含夜航查灯)统一更换蓄电池，劳动强度大而且没有针对性。采用本实用新型的航标遥测遥控终端后，航道站可以根据每座航标的状况针对性地安排检查更换周期，减少换电次数，降低航道维护成本。本实用新型的基于物联网应用的航标遥控遥测终端可以保证上传时间的准确性， 在每块终端布点的时候，无须进行校时，简化工序，可操作性提高，不用依赖于传统的GPS 校正时间，具有很好的可靠性，即使在终端工作环境GPS信号不好的情况下，也能获取有效时间数据，不会受到GPS网络信号的制约。
图1是本实用新型的系统原理框图。图2是本实用新型的数据采集原理框图。图3是本实用新型的运行机制流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述如图1、图2，一种基于物联网应用的航标遥控遥测终端，包括中央处理单元，中央处理单元分别与GPS定位模块和通信模块相连，所述GPS定位模块和通信模块分别内置有实时时钟芯片。即带有实时时钟(RTC)功能。中央处理单元为MSP430单片机。通信模块为GSM通信模块或者GPRS通信模块。基于物联网应用的航标遥控遥测终端还包括模拟数字转换采集模块，基于物联网应用的航标遥控遥测终端的中央处理单元通过模拟数字转换采集模块与航标灯器、太阳能板和蓄电池连接。模拟数字转换采集模块用于采集航标灯器的功工作电压、电流，太阳能板充电电压、电流以及蓄电池的电压、电流。RTC的英文全称是Real-Time Clock，即是实时时钟芯片。RTC是主板上的晶振及相关电路组成的时钟电路的生成脉冲，RTC经过变频产生一个频率较低一点的OS (系统) 时钟TSC，系统时钟每一个CPU周期加一，每次系统时钟在系统初起时通过RTC初始化。为了保证终端的RTC模块能够在非正常工作情况下(如断电)仍然不丢失时间数据，在终端增配仅仅提供给RTC模块的小型充电电池，由于RTC模块耗电量极低，所以采用的电池体积很小，可以大大增加RTC模块的可靠性。[0027]由于遥控遥测的需求，终端和服务器端肯定需要采用一条可靠的无限通信链路， 由于费用低，可靠性高，所以此类产品一般都采用现有的公用网络，如GSM网络，或CDMA网络，这两种网络除了提供数据交互的服务外，也同时提供SMA服务，而各运营商在提供SMS 服务的时候，都会在每一条信息中添加当前短信中心时间。因此在终端添加如此机制，开机时，首先对自己发送一条短信，接收到自己所发送的短信后，将短信中的时间截取出来，以此作为系统时间，保证传输时间的准确性。由于遥测遥控的需求，终端和服务器肯定需要一种通信协议来保证双方的沟通， 在此通信协议中增加一条指令作为校时指令，在有需要的时候，由终端发起，像服务器索要当前时间，来保证终端系统时钟的准确性。基于以上内容，综合运用，由于终端RTC模块的特性，当断电后RTC模块会恢复初始时间，因此完全的机制是首先开机后判断RTC模块的时钟，如果RTC模块的时钟已经恢复初始了，则给服务器发送校时指令，收到指令回复后，将得到的时间保存为系统时钟，并存入RTC模块备用。如果未收到服务器回复，则发送短信到终端本身的sim卡号，收到自己所发短信后，将其中时间提取出来，作为系统时钟并存入RTC模块。如果终端选配了 GPS模块，则当GPS模块成功定时时，立刻校正系统时钟并存入RTC。以此保证终端系统时钟的可靠性。本实用新型的GPS模块，GSM模块带有单独的RTC功能，通过单独的纽扣电池给 RTC模块供电。纽扣电池可支持RTC运行时间为1个月。本实用新型的航标遥测遥控终端在蓄电池供电(或其他外接电源)下可以运行 RTC功能。本实用新型的航标遥测遥控终端运行机制根据各RTC模块的运行机理，当设备彻底断电(所有备用电源完全用光)时， RTC模块中的时间会恢复至初始值(GPRS_RTC和GPS_RTC恢复初始值2000年1月1日 00:00:00，msp430单片机RTC模块恢复初始值1970年1月1日000000)，因此，如图3， 可以通过判断RTC模块的时间是否小于2010年这样的方式来非常简单的得出RTC时间信息是否有效。当设备初次使用或蓄电池断电时间超过1个月时，系统首先查询GPS是否可以获得有效授时(定位是否成功)，如果能够通过GPS获得授时，则更新所有RTC模块中的时间数据，如不能成功，则依次判断GPRS，GPS, MSP430各模块中RTC时间是否有效，如果有有效数据，则以此时间为准，进行正常的数据上传和工作处理。如果无效则通过GPRS模块，向本机号码发送校时短信，并等待1分钟，本机收到校时短信后，获取短信中附带的短信中心时间，并以此为准，修正所有RTC数据，然后进行正常工作处理。系统在任意状态下如果发现GPS授时成功，则立刻以此为基准修正所有RTC数据，并中断所有获取时间处理，直接进入正常工作状态。当设备初次使用或蓄电池断电时间超过1个月，单片机读取GPS是否定位成功。 并下发时钟数据，此等待过程为5-10分钟(可以人为设置)。若定位成功即更新GPS/GSM及单片机自身R TC时间并上报1次带有时间信息的采集数据给服务器。各模块RTC时间单独运行，下次上报含时钟数据时。若GPS定位成功，则以GPS时间为主上报待时间信息的采集数据。若GPS定位不成功而设备一直处于运行状态，未有断电过程则单片机会读取RTC 模块时间并进行比对。若差别小于1分钟，则以单片机时间为主上报时间信息。若差别大于1分钟，GPS有没有上线，则通过GSM模块给自己发1条短信，通过单片机获取短信内的时钟信息。并更新各RTC模块时间，通过获取GPS下发时间信息。短息获取时间信息，RTC 获取时间信息来确定上报数据时间的准确性。通过安装在终端的传感器和定位模块、通信模块、嵌入式系统共同完成航标灯器、 太阳能电池、蓄电池、遥测遥控终端(RTU)自身、光线条件等信息(参数)的采集，终端的嵌入式系统对采集的航标信息进行加工处理后存储到本实用新型的遥测遥控终端的存储器中。信息采集需要采集的主要信息有遥测遥控终端自身的运行状态、蓄电池电流与电压、太阳能板电流与电压、航标灯LED电流与电压、灯器的环境温度、GPS定位、灯质、光照度等{曰息。信息处理在采集过程中，数据会产生系统误差，因此经过通信上报到中间站的数据需经过处理才能应用，处理过程在嵌入式系统中实现。如GPS定位信息处理，获取各GPS 差分信号、计算遥测遥控终端的偏移量、自动进行高程调整，将经过系统匹配以后形成相对准确的定位信息。信息存储采集的航标信息在上传的同时也直接存储到RTU的存储器中。航标遥测遥控系统总体架构体系包括遥测遥控终端、航道处航标遥测遥控系统和局监控指挥中心航标遥测遥控系统。遥测遥控终端和航道处航标遥测遥控系统通过无线网络平台(如SMS、WCDMA, TDCDMA, CDMA2000、Wifi、Wimax等)实现数据通信。局处间通信通过有线公共网络或专网平台进行数据通信。本实用新型的航标遥测遥控终端数据采集原理图如图2。为有效可靠地采集来自GPS及GPRS数据，遥测遥控终端控制器需要将两者的信号天线外引连接，因此设计时要考虑它们的安装位置、安装方式、天线增益等。航标遥测系统主要功能1)基本功能GSM/GPRS双通信、程序自检功能、软件和硬件看门狗防死机功能、第三方查询功能、自动识别并清理垃圾短信的功能、数据通信加密功能以及灯质控制部分双备份、GPS数据能单独设置和定时上报等基本功能。2)采集功能遥测遥控终端自身的运行状态、蓄电池电压、太阳能板电压、航标灯LED电压、航标灯LED电流、蓄电池电流、太阳能板电流、温度、GPS信息、灯质状态、光照度等数据的采集。3)设置功能查询内容范围、功能控制、报警控制、报警参数、蓄电池(太阳能板、航标灯)的电压、电压延时时间、电流、电流延时时间、遥测遥控终端电压过低报警门限、浮标中心位置、 偏移半径、碰撞等级、通信参数设置、服务器SIM卡号、服务器IP地址、通信端口、通信主从关系、基本参数、终端编号、终端密码、定时上报时间间隔、定时采集时间间隔、遥测遥控终端时间等的设置。4)报警功能遥测遥控终端电压过低、太阳能板电压和电流、蓄电池电压和电流、航标灯电压和电流、位置异常、被盗、被撞、灯质、遥测遥控终端自身故障等的报警。[0051]5)遥控功能灯质控制、航标灯控制、远程授时、历史数据提取、GPS开关、软件升级、当前数据招测、充放电控制、复位功能等遥控功能。6)航标信息管理功能包括显示、查询、打印、数据统计与分析、决策支持分析、系统报警、管理权限设置、系统日志管理、安全与备份、地图处理等功能。上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
权利要求1.一种基于物联网应用的航标遥控遥测终端，包括中央处理单元，其特征在于所述中央处理单元分别与GPS定位模块和通信模块相连，所述GPS定位模块和通信模块分别内置有实时时钟芯片。
2.根据权利要求1所述的基于物联网应用的航标遥控遥测终端，其特征在于所述中央处理单元为MSP430单片机。
3.根据权利要求1所述的基于物联网应用的航标遥控遥测终端，其特征在于所述通信模块为GSM通信模块或者GPRS通信模块。
4.根据权利要求1所述的基于物联网应用的航标遥控遥测终端，其特征在于所述基于物联网应用的航标遥控遥测终端还包括模拟数字转换采集模块，基于物联网应用的航标遥控遥测终端的中央处理单元通过模拟数字转换采集模块与航标灯器、太阳能板和蓄电池连接。
专利摘要一种基于物联网应用的航标遥控遥测终端，包括中央处理单元，其特征在于所述中央处理单元分别与GPS定位模块和通信模块相连，所述GPS定位模块和通信模块分别内置有实时时钟芯片。所述基于物联网应用的航标遥控遥测终端还包括模拟数字转换采集模块，基于物联网应用的航标遥控遥测终端的中央处理单元通过模拟数字转换采集模块与航标灯器、太阳能板和蓄电池连接。本实用新型的基于物联网应用的航标遥控遥测终端可以保证上传时间的准确性，在每块终端布点的时候，无须进行校时，简化工序，可操作性提高，不用依赖于传统的GPS校正时间，具有很好的可靠性，即使在终端工作环境GPS信号不好的情况下，也能获取有效时间数据，不会受到GPS网络信号的制约。
文档编号H04W4/14GK202019370SQ20112003880
公开日2011年10月26日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者周向丽, 季忆, 徐峰, 施勤, 董华, 阮大兴, 顾网林 申请人:长江南京航道局