一种低功耗环保在线监测通讯模块及通讯方法与流程

一种低功耗环保在线监测通讯模块及通讯方法
【技术领域】
1.本技术涉及环保设备监测技术领域，尤其涉及用于低功耗环保在线监测通讯模块及通讯方法。


背景技术：

2.随着我国经济的发展与环保意识的加强，大气环境、水环境、土壤环境等各个领域对环境监测的需求逐渐提高，在环保领域的在线监测中，通讯模块是整个监测系统的大脑，其负责周期控制、数据采集、数据处理、数据存储、数据发送等功能，其性能、稳定性、成本对环保在线监测系统的搭建、运行、维护有着重要的影响。
3.现有的环保在线监测通讯设备主要以监测站房、中小型监测站点的使用需求进行设计，由于环保监测设备的监测环境一般较差，容易出现网络信号的不良现象，导致监测数据传输稳定性差。


技术实现要素：

4.为了确保环保监测数据的传输效果，本技术提供了一种低功耗环保在线监测通讯模块及通讯方法。
5.本技术由以下技术方案实现的：
6.一种低功耗环保在线监测通讯模块，包括基板、主控芯片、外围电路、监测传感器、传感器接口、内存卡槽、网络模组、蓝牙模组、lora模组，所述主控芯片、外围电路、监测传感器、传感器接口、内存卡槽、网络模组、蓝牙模组及lora模组均设于所述基板上，所述主控芯片通过外围电路与所述监测传感器、所述传感器接口、所述内存卡槽、所述网络模组、所述蓝牙模组及所述lora模组电连接。
7.如上所述的一种低功耗环保在线监测通讯模块，所述监测传感器包括振动传感器和温湿度传感器。
8.如上所述的一种低功耗环保在线监测通讯模块，所述传感器接口包括rs485传感器接口、开关量传感器接口和模拟量传感器接口，所述基板上还设有与所述rs485传感器接口电连接的rs485传感器供电指示灯、与模拟量传感器接口电连接的模拟量传感器供电接口和模拟量传感器供电指示灯。
9.如上所述的一种低功耗环保在线监测通讯模块，所述基板设有相背设置的第一侧面和第二侧面，所述蓝牙模组、lora模组、振动传感器设置在基板第一侧面中部首层，所述网络模组设置在基板第一侧面中部第二层；所述主控芯片设置在基板第二侧面中部，所述外围电路设置在基板第二侧面首层四周。
10.如上所述的一种低功耗环保在线监测通讯模块，所述基板上还设有与所述主控芯片电连接的预留扩展接口、功能按钮、功能按钮转接口、功能指示灯、固件升级接口、太阳能充电接口、供电模式切换跳针、电源接口、电源电压监测接口、电源开关按钮、电源开关转接口及调试接口；所述rs485传感器接口、rs485传感器供电指示灯、预留扩展接口设置在基板
第一侧面首层左侧边缘；所述功能按钮、功能按钮转接口、功能指示灯、内存卡槽设置在基板第一侧面首层下侧边缘；所述固件升级接口、太阳能充电接口、供电模式切换跳针、电源接口、电源电压监测接口、电源开关按钮、电源开关转接口设置在基板第一侧面首层右侧边缘；所述开关量传感器接口、模拟量传感器接口、模拟量传感器供电接口、模拟量传感器供电指示灯、温湿度传感器、调试接口设置在基板第一侧面首层上侧边缘。
11.一种应用如上所述的低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法，包括如下步骤：
12.s1：模块通电开机后检测内存卡槽中是否插入sd卡，若无sd卡，则在预设时间后自动重启；若检测到sd卡，则检测sd卡的配置文件状态，若无配置文件，则根据默认值生产新的配置文件，若配置文件中所有的字段正常，则直接读取配置信息，若配置文件中部分字段异常，则自动将异常字段更新至默认值后生成新的配置文件；
13.s2：模块读取配置文件中工作模式配置信息，若读取到为配置中继主机模式，则执行lora模组通电，若读取到为配置独立主机模式，则执行网络模组通电，若读取到为配置中继从机模式，则执行网络模组、lora模组通电；
14.s3：模块根据配置文件中传感器配置信息对监测传感器及与传感器接口相连的传感器进行状态检测；
15.s4：模块根据对应的工作模式配置信息进行网络模组或lora模组初始化；
16.s5：若模块属于中继主机模式，则直接向服务器上报模块所有配置参数，若模块属于独立主机模式、中继从机模式且开启定位模式，则模块采集定位信息，若采集定位信息成功，则向服务器上报模块定位信息与模块所有配置参数，否则，直接上报模块所有配置参数；
17.s6：模块按配置参数进行持续的数据采集与发送。
18.如上所述的一种低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法，所述步骤s3中，具体包括如下步骤：
19.s31：读取监测传感器及与传感器接口相连的传感器端口配置信息，若所有传感器端口未启用，则直接结束传感器检测，若传感器端口启用，则将对应的传感器端口通电进行传感器预供电；
20.s32：采集监测传感器及与传感器接口相连的传感器数据，若数据有效，则上报传感器检测成功信息，若数据无效，则重复采集，重复采集次数达到至少两次仍不成功，则上报传感器检测失败信息。
21.如上所述的一种低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法，所述步骤s2中的lora模组初始化流程如下：
22.s21：模块检测是否需要重新配对lora模组，若模块需要重新配对，则等待中继主机/从机配对，若不需要重新配对，则等待中继主机/从机连接；
23.s22：模块检测中继主/从机状态，若检测到主/从机，则进行主/从机配对或者连接，lora连接成功，若检测不到主/从机，则lora连接失败；
24.s23：模块向服务器上报lora连接结果信息。
25.如上所述的一种低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法，所述步骤s6中，数据采集流程如下：
26.s61：若模块达到发送时间且设定的发送时间间隔大于等于预设时间的，则模块执
行网络模组通电，否则模块直接进行步骤s62；
27.s62：模块根据配置信息进行监测传感器及与传感器接口相连的传感器预供电，预供电后采集对应的传感器数据，若模块开启定位模式且触发定位采集，则模块采集定位数据，完成后模块将监测数据储存至本地，否则，模块直接将监测数据储存至本地；
28.s63：若模块达到发送时间，则模块进行网络模组初始化，然后上报监测数据，否则直接进入下一步；
29.s64：若模块发送时间间隔大于等于预设时间且采集时间间隔大于等于预设时间，则模块执行网络模组断电后进行休眠，若模块发送时间间隔大于等于预设时间且采集时间间隔小于预设时间，则模块执行网络模组断电，若模块发送时间间隔小于预设时间且采集时间间隔大于等于预设时间，则模块执行网络模组休眠后进行休眠，若模块发送时间间隔小于预设时间且采集时间间隔小于预设时间，则模块不执行任何操作。
30.如上所述的一种低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法，所述步骤s6中的数据发送流程如下：
31.s65：若模块当前网络信号值大于等于网络信号下限设置值，则获取未发送数据时间t1、最新数据时间为t2，否则直接结束发送数据；
32.s66：模块发送t1数据至服务器，若模块开启服务器应答，则模块等待服务器应答，否则直接进入s68；若模块没有收到服务器应答，则模块重建tcp/udp连接后再次发送t1数据至服务器，若重复次数达到设定值，则直接结束发送数据，若收到服务器应答，则进入下一步；
33.s67：模块将t1时间加上数据采集间隔，生成新的t1值，若新的t1值大于t2，则结束发送数据，否则返回至步骤s65。
34.与现有技术相比，本技术有如下优点：
35.1、本技术的通讯模块在进行环保数据监测时，通过搭载网络模组、蓝牙模组和lora模组，可实现在网络信号不良的场景中有不同的数据信号传输应对方案，保证环境监测数据的稳定传输。
36.2、本技术的通讯模块支持rs485数字信号、开关量信号、模拟量信号的传感器，并且可根据环保监测需求通过参数配置调用不同传感器，具有较好的泛用性。
37.3、本技术的通讯模块电路集成度高，采用低功耗芯片，具有体积小、功耗低的优点。
【附图说明】
38.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。
39.图1为本发明所述的低功耗环保在线监测通讯模块顶面视图；
40.图2为本发明所述的低功耗环保在线监测通讯模块侧视图；
41.图3为本发明所述的低功耗环保在线监测通讯模块底面视图；
42.图4为本发明低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法的工作流程图；
43.图5为本发明低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法中的传感器检测流程图；
44.图6为本发明低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法中的lora模组初始化流程
图；
45.图7为本发明低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法中的数据采集流程图；
46.图8为本发明低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法中的数据发送流程图。
【具体实施方式】
47.为了使本技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
48.当本技术实施例提及“第一”、“第二”等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。
49.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
50.实施例：如图1至图3所示，本实施例公开的一种低功耗环保在线监测通讯模块，包括基板101、主控芯片102、外围电路103、监测传感器104、传感器接口105、内存卡槽106、网络模组107、蓝牙模组108、lora模组109，所述主控芯片102、外围电路103、监测传感器104、传感器接口105、内存卡槽106、网络模组107、蓝牙模组108及lora模组109均设于所述基板101上，所述主控芯片102通过外围电路103与所述监测传感器104、所述传感器接口105、所述内存卡槽106、所述网络模组107、所述蓝牙模组108及所述lora模组109电连接。本实施例的通讯模块在进行环保数据监测时，通过搭载网络模组、蓝牙模组和lora模组，可满足多种通讯方式的使用需求，可实现在网络信号不良的场景中有不同的数据信号传输应对方案，保证环境监测数据的稳定传输。其中，网络模组107支持nb-iot、gsm、3g/4g多种通讯方式，支持tcp与udp的传输协议，并且支持北斗与gps定位方式，用于通讯模块的数据收发、通讯模块定位。蓝牙模组108用于通讯模块的蓝牙配置调试数据收发。lora模组109用于通讯模块之间的lora配对连接、数据转发，当通讯模块处于网络信号不良的环境，通过lora模组将环保监测数据转发至处于信号良好环境的模块，进而转发至服务器。
51.进一步地，为了方便监测环境的相关环境数据，所述监测传感器104包括振动传感器1041和温湿度传感器1042。
52.进一步地，所述传感器接口105包括rs485传感器接口1051、开关量传感器接口1052和模拟量传感器接口1053，所述基板101上还设有与所述rs485传感器接口1051电连接的rs485传感器供电指示灯110、与模拟量传感器接口1053电连接的模拟量传感器供电接口111和模拟量传感器供电指示灯112。本实施例的通讯模块支持rs485数字信号、开关量信号、模拟量信号的传感器，并且可根据环保监测需求通过参数配置调用不同传感器，具有较好的泛用性。
53.进一步地，为了提高通讯模块的安装紧凑性，提高集成度，所述基板101设有相背设置的第一侧面和第二侧面，所述蓝牙模组108、lora模组109、振动传感器1041设置在基板101第一侧面中部首层，所述网络模组107设置在基板101第一侧面中部第二层；所述主控芯
片102设置在基板第二侧面中部，所述外围电路103设置在基板101第二侧面首层四周，所述基板101上还设有与所述主控芯片102电连接的预留扩展接口113、功能按钮114、功能按钮转接口115、功能指示灯116、固件升级接口117、太阳能充电接口118、供电模式切换跳针119、电源接口120、电源电压监测接口121、电源开关按钮122、电源开关转接口123及调试接口124；所述rs485传感器接口1051、rs485传感器供电指示灯110、预留扩展接口113设置在基板101第一侧面首层左侧边缘；所述功能按钮114、功能按钮转接口115、功能指示灯116、内存卡槽109设置在基板第一侧面首层下侧边缘；所述固件升级接口117、太阳能充电接口118、供电模式切换跳针119、电源接口120、电源电压监测接口121、电源开关按钮122、电源开关转接口123设置在基板第一侧面首层右侧边缘；所述开关量传感器接口1052、模拟量传感器接口1053、模拟量传感器供电接口111、模拟量传感器供电指示灯112、温湿度传感器1042、调试接口124设置在基板第一侧面首层上侧边缘。
54.本实施例还公开了如图4所示的一种应用如上所述的低功耗环保在线监测通讯模块的通讯方法，包括如下步骤：
55.s1：模块通电开机后检测内存卡槽106中是否插入sd卡，若无sd卡，则在预设时间后自动重启，优选为10s后自动重启；若检测到sd卡，则检测sd卡的配置文件状态，若无配置文件，则根据默认值生产新的配置文件，若配置文件中所有的字段正常，则直接读取配置信息，若配置文件中部分字段异常，则自动将异常字段更新至默认值后生成新的配置文件；优选地，所述配置文件采用txt文本文件，配置信息以每一行使用不同字段进行设置。
56.s2：模块读取配置文件中工作模式配置信息，若读取到为配置中继主机模式，则执行lora模组109通电，若读取到为配置独立主机模式，则执行网络模组107通电，若读取到为配置中继从机模式，则执行网络模组107、lora模组109通电；优选地，所述网络模组、lora模组在电路设置有独立的电源管理电路，确保其在不使用情况下不产生功耗。优选地，通讯模块默认采用独立主机的工作模式。
57.s3：模块根据配置文件中传感器配置信息对监测传感器104及与传感器接口105相连的传感器进行状态检测。
58.s4：模块根据对应的工作模式配置信息进行网络模组107或lora模组109初始化。
59.s5：若模块属于中继主机模式，则直接向服务器上报模块所有配置参数，若模块属于独立主机模式、中继从机模式且开启定位模式，则模块采集定位信息，若采集定位信息成功，则向服务器上报模块定位信息与模块所有配置参数，否则，直接上报模块所有配置参数。优选地，定位模式设置内容包括定位启停、定位时间，其中定位时间是指通讯模块进行定位时尝试搜索当前位置的最大时间，更优选地，定位时间默认为15s。
60.s6：模块按配置参数进行持续的数据采集与发送。优选地，通讯模块默认采集时间间隔与发送时间间隔均为600s。
61.进一步地，如图5所示，所述步骤s3中，具体包括如下步骤：
62.s31：读取监测传感器104及与传感器接口105相连的传感器端口配置信息，若所有传感器端口未启用，则直接结束传感器检测，若传感器端口启用，则将对应的传感器端口通电进行传感器预供电，优选地，预供电的时间为5s；优选地，所述传感器供电采用3至36v直流电压供电，根据不同传感器的供电要求自动调节供电电压。
63.s32：采集监测传感器104及与传感器接口105相连的传感器数据，若数据有效，则
上报传感器检测成功信息，若数据无效，则重复采集，重复采集次数达到至少两次仍不成功，优选设置为3次，则上报传感器检测失败信息。优选地，与传感器接口105相连的传感器为采用支持modbus协议的rs485传感器。优选地，对于需要多条指令分步采集的传感器，若其中一条指令的回复数据无效，则重复采集仅从该指令开始。
64.进一步地，如图6所示，所述步骤s2中的lora模组109初始化流程如下：
65.s21：模块检测是否需要重新配对lora模组109，若模块需要重新配对，则等待中继主机/从机配对，若不需要重新配对，则等待中继主机/从机连接；优选地，中继从机作为接收中继主机的数据并转发至服务器，其最多与50台中继主机进行配对连接。
66.s22：模块检测中继主/从机状态，若检测到主/从机，则进行主/从机配对或者连接，lora连接成功，若检测不到主/从机，则lora连接失败；优选地，中继主机/从机等待连接时间为600s，若没收到对方回复，则通讯模块自动重启重新等待连接。
67.s23：模块向服务器上报lora连接结果信息。
68.进一步地，如图7所示，所述步骤s6中，数据采集流程如下：
69.s61：为了使模块发送数据功耗降低，若模块达到发送时间且设定的发送时间间隔大于等于预设时间的，优选地，该预设时间为7200s，则模块执行网络模组107通电，否则模块直接进行步骤s62；
70.s62：模块根据配置信息进行监测传感器104及与传感器接口105相连的传感器预供电，预供电后采集对应的传感器数据，若模块开启定位模式且触发定位采集，则模块采集定位数据，完成后模块将监测数据储存至本地，否则，通讯模块直接将监测数据储存至本地；优选地，传感器预供电时间默认为15s。优选地，通讯模块使用16gb储存空间的sd卡。优选地，通讯模块以txt文件将监测数据储存在sd卡中，并按每天单独一个文件，并按每月一个文件夹进行放置。
71.s63：若模块达到发送时间，则模块进行网络模组107初始化，然后上报监测数据，否则直接进入下一步；
72.s64：若模块发送时间间隔大于等于预设时间，优选为7200s，且采集时间间隔大于等于预设时间，优选为60s，则模块执行网络模组107断电后进行休眠，若模块发送时间间隔大于等于预设时间，优选为7200s，且采集时间间隔小于预设时间，优选为60s，则模块执行网络模组107断电，若模块发送时间间隔小于预设时间，优选为7200s，且采集时间间隔大于等于预设时间，优选为60s，则模块执行网络模107组休眠后进行休眠，若模块发送时间间隔小于预设时间，优选为7200s，且采集时间间隔小于预设时间，优选为60s，则模块不执行任何操作。
73.进一步地，如图8所示，所述步骤s6中的数据发送流程如下：
74.s65：若模块当前网络信号值大于等于网络信号下限设置值，则获取未发送数据时间t1、最新数据时间为t2，否则直接结束发送数据；优选地，通讯模块使用nb-iot网络模组时，最佳信号值为31，则默认信号下限的设置值为10。
75.s66：模块发送t1数据至服务器，若模块开启服务器应答，则模块等待服务器应答，否则直接进入s68；若模块没有收到服务器应答，则模块重建tcp/udp连接后再次发送t1数据至服务器，若重复次数达到设定值，则直接结束发送数据，若收到服务器应答，则进入下一步；优选地，通讯模块的服务器应答等待时间默认为5s，最大尝试发送次数默认值为3次。
76.s67：模块将t1时间加上数据采集间隔，生成新的t1值，若新的t1值大于t2，则结束发送数据，否则返回至步骤s65。
77.如上所述是结合具体内容提供的多种实施方式，并不认定本技术的具体实施只局限于这些说明。凡与本技术的方法、结构等近似、雷同，或是对于本技术构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本技术的保护范围。