一种微功耗遥测终端设备、系统及使用方法与流程

本发明属于物联网数据采集，具体涉及一种微功耗遥测终端设备、系统及使用方法。

背景技术：

1、智慧物联网是基于传统物联网、云计算、大数据和人工智能的新一代物联网技术。

2、随着智慧物联网的发展，越来越多的信息传感设备需要接入物联网系统，传统的采集方式由各传感器独立接入网络，此种方式在小型物联网系统中是可行的，由传感器单独采集数据，单独传输数据，单独进行数据处理。但针对智慧物联网的大型物联网系统往往需要采集大量数据，传统的传感器由模块化的信息传感设备代替，各信息传感设备相互独立，物联网管理平台需要大量链路进行数据通信和处理，再者各信息传感器设备需要独立供电，现有的信息传感设备因为需要不断进行数据采集以及数据上传，耗电量大。在智慧物联网的大型物联网系统中涉及众多的信息传感设备，因此整体耗电量是不容忽视的。另外，各信息传感设备需要独立上传数据，由于采集数据不同，上传的协议不同，导致物联网管理平台需要集成众多接口，开发难度大。

3、此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种微功耗遥测终端设备、系统及使用方法，是非常有必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述现有大型物联网系统需要采集大量信息传感设备，各信息传感设备需要独立供电，因为需要不断进行数据采集以及数据上传，耗电量大的缺陷，本发明提供一种微功耗遥测终端设备、系统及使用方法，以解决上述技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种微功耗遥测终端设备，包括壳体框架，壳体框架正面设置有显示屏，壳体框架左右两侧分别设置有安装挂耳，壳体框架上下两侧设置有天线接口及对外接口；

3、壳体框架内部设置有主控mcu和电压转换模块，主控mcu连接有上行通信模块、下行采集模块及配置模块；

4、上行通信模块与天线接口或对外接口连接；

5、下行采集模块与天线接口或对外接口连接；

6、电压转换模块包括电压变换单元和使能驱动单元，电压变换单元连接有外部电源，并与使能驱动单元连接，使能驱动单元还与主控mcu、上行通信模块、下行采集模块、配置模块及显示屏均连接。

7、进一步地，天线接口设置在壳体框架上侧，对外接口设置在壳体框架下侧。

8、进一步地，主控mcu连接有蓄电池。

9、进一步地，电压变换单元包括滤波子单元、第一电压变换子单元、第二电压变换子单元、第三电压变换子单元以及第四电压变换子单元；

10、第一电压变换子单元与滤波子单元及第二电压变换子单元连接；

11、第三电压变换子单元与滤波子单元及第四电压变换子单元连接；

12、滤波子单元还与外部电源连接。

13、进一步地，滤波子单元包括保险丝f2、二极管d12、电感l6、电容c87、瞬态抑制二极管d13及电容c90；

14、保险丝f2一端与外部电源连接，保险丝f2另一端与二极管d12正极连接，二极管d12负极与电感l6连接，电感l6另一端与电容c87、瞬态抑制二极管d13连接，电感l6另一端还连接有滤波电源端子；

15、电容c87另一端接地，瞬态抑制二极管d13另一端接地，并与电容c90连接，电容c90另一端连接壳体框架。

16、进一步地，第一电压变换子单元包括第一电压转换芯片u12、电阻r104、电阻r110、电阻r108、电阻r114、电容c71、电容c75、电容c77、电容c78以及电感l5；

17、第一电压转换芯片u12输入端与滤波电源端子、电容c77正极、电阻r104连接，电容c77负极接地，电阻r104另一端与第一电压转换芯片u12使能端连接，第一电压转换芯片u12的稳压管脚与电容c80连接，电容c80另一端接地；

18、第一电压转换芯片u12的自举管脚与电容c71连接，电容c71另一端与第一电压转换芯片u12的开关管脚及电感l5连接，电感l5另一端连接有第一电压输出端子，还与电阻r108、电容c75、电阻r110以及电容c77正极连接；

19、电阻r110另一端与第一电压转换芯片u12的输出管脚连接，电容c75另一端与电阻r108另一端及电阻r114以及第一电压转换芯片u12的反馈管脚连接，电阻r114另一端与电容c78负极连接，并接地。

20、进一步地，第二电压变换子单元包括第二电压转换芯片u26、电容c114以及电容c115；

21、第二电压转换芯片u26的输入端与第一电压输出端子、电容c114连接，电容c114的另一端接地；

22、第二电压转换芯片u26的第一输出端与第二输出端连接，并与电容c115连接，还连接有第二电压输出端子，电容c115另一端接地。

23、进一步地，第三电压变换子单元包括第三电压转换芯片u21、电阻r146、电阻r148、电阻r147、电阻r153、电容c101、电容c104、电容c105、电容c106以及电感l17；

24、第三电压转换芯片u21输入端与滤波电源端子及电阻r146连接，电阻r146另一端与第三电压转换芯片u21使能端连接，第三电压转换芯片u21的稳压管脚与电容c106连接，电容c106另一端接地；

25、第三电压转换芯片u21的自举管脚与电容c101连接，电容c101另一端与第三电压转换芯片u21的开关管脚及电感l7连接，电感l7另一端连接有第三电压输出端子，还与电阻r147、电容c104、电阻r148以及电容c105正极连接；

26、电阻r148另一端与第三电压转换芯片u21的输出管脚连接，电容c104另一端与电阻r147另一端及电阻r153以及第三电压转换芯片u21的反馈管脚连接，电阻r153另一端与电容c105负极连接，并接地。

27、进一步地，第四电压变换子单元包括第四电压转换芯片u28、开关芯片u29、电阻r187、电阻r47、电阻r76、电阻r193、电阻r194、电阻r195、电阻r196、电容c11、c123、二极管d23、三极管q31、mos管q34、电感l8以及保险丝f14；

28、第四电压转换芯片u28的使能管脚与电阻r187连接，电阻r187另一端与mos管q34源极、第四电压转换芯片u28的输入管脚、电容c11以及电感l8连接，电容c11另一端接地；

29、mos管q34的漏极与第三电压输出端子以及电阻r47连接，mos管q34的栅极与电阻r76连接，电阻r76另一端与电阻r47另一端、三极管q31的集电极连接，三极管q31的发射极接地，三极管q31的基极与主控mcu连接；

30、电感l8另一端与第四电压转换芯片u28的外接电感管脚、二极管d23正极连接，二极管d23负极与电阻r193、电容c123以及保险丝f14连接，保险丝另一端连接有第四电压输出端子，电容c123另一端接地；

31、电阻r193另一端与电阻r195、电阻r194以及第四电压转换芯片u28的反馈管脚连接，电阻r194另一端接地，电阻r195另一端与开关芯片u29连接；

32、开关芯片u29的常开端悬空，开关芯片u29的常闭端与电阻r195另一端连接，开关芯片u29的公共端接地，开关芯片u29的受控端与主控mcu连接。

33、进一步地，上行通信模块包括上行以太网单元、wifi单元以及4g单元；

34、使能驱动单元包括上行以太网驱动子单元、wifi驱动子单元以及4g驱动子单元；

35、上行以太网单元与上行以太网驱动子单元连接，wifi单元与wifi驱动子单元连接，4g单元与4g驱动子单元连接；

36、上行以太网单元还与对外接口连接，wifi单元以及4g单元与天线接口连接。

37、进一步地，对外接口包括网口、电源输入口、对外电源输出口、串口、usb接口、模拟量输入接口、开关量输入接口以及开关量输出接口；

38、上行以太网单元与网口连接；

39、天线接口包括wifi天线接口、lora天线接口、蓝牙天线接口、4g天线接口和gps天线接口；

40、wifi天线接口与wifi单元连接，4g天线接口及gps天线接口均与4g单元连接。

41、进一步地，上行以太网单元驱动子单元与第一电压变换子单元及主控mcu连接，wifi单元驱动子单元与第三电压变换子单元及主控mcu连接，4g单元驱动子单元与第三电压变换子单元及主控mcu连接。

42、进一步地，4g单元还包括4g处理芯片和sim插槽；

43、4g处理芯片与主控mcu、4g驱动子单元、4g天线接口及gps天线接口均连接；

44、sim卡插槽与sim卡插槽设置在壳体框架外部。

45、进一步地，下行采集模块包括下行串口通信单元、下行以太网单元以及lora单元；

46、下行串口通信单元包括485通信子单元和232通信子单元；

47、使能驱动单元还包括下行以太网驱动子单元、485驱动子单元、232驱动子单元、lora驱动子单元；

48、串口包括485接口和232接口；

49、下行以太网单元与下行太网驱动子单元及网口连接，485通信子单元与485驱动子单元及485接口连接，232通信子单元与232驱动子单元及232接口连接，lora单元与lora驱动子单元及lora天线接口连接；

50、485驱动子单元连接有串口开关，串口开关与主控mcu及232驱动子单元均连接。

51、进一步地，485驱动子单元与第一电压变换子单元及主控mcu连接，232驱动子单元与第一电压变换子单元及主控mcu连接，下行以太网单元驱动子单元与第一电压变换子单元及主控mcu连接，串口开关与第二电压变换子单元及主控mcu连接，lora驱动子单元与第一电压变换子单元及主控mcu连接。

52、进一步地，配置模块包括配置串口单元和蓝牙单元；

53、配置串口单元包括配置485串口子单元；

54、使能驱动单元还包括485驱动子单元；

55、串口包括485接口；

56、配置485串口子单元与485驱动子单元及485接口连接；

57、485驱动子单元连接有串口开关，串口开关与主控mcu连接。

58、进一步地，485驱动子单元与第一电压变换子单元及主控mcu连接，串口开关与第二电压变换子单元及主控mcu连接，蓝牙单元与第二电压变换子单元连接。

59、进一步地，电源输入口与电压转换模块连接；

60、对外电源输出口数量为两个，一个对外电源输出口与第一电压变换子单元连接，另一个对外电源输出口与第四电压变换子单元连接；

61、使能驱动单元包括usb驱动子单元和模拟数字输入输出驱动子单元；

62、usb接口与usb驱动子单元及主控mcu连接；

63、模拟量输入接口、开关量输入接口以及开关量输出接口与模拟数字输入输出驱动子单元及主控mcu均连接。

64、进一步地，usb驱动子单元与第一电压变换子单元连接；

65、模拟数字输入输出驱动子单元与第一电压变换子单元连接。

66、进一步地，显示屏采用点阵lcd屏或触摸彩屏；

67、使能驱动单元还包括显示驱动子单元，显示驱动子单元与显示屏、主控mcu及第二电压变换子单元均连接。

68、进一步地，主控mcu还连接有按键及工作指示灯；

69、按键及工作指示灯均设置在壳体框架外侧；

70、工作指示灯包括状态指示灯、串口指示灯、蓝牙指示灯、wifi指示灯以及4g指示灯。

71、第二方面，本发明提供一种微功耗遥测系统，包括遥测终端设备、远程管理平台以及配置终端设备；

72、遥测终端设备采用上述第一方面的微功耗遥测终端设备；

73、遥测终端设备通过上行通信模块与远程管理平台连接，通过配置模块连接配置终端设备；

74、遥测终端设备通过下行采集模块采集传感器数据。

75、第三方面，本发明提供一种微功耗遥测终端设备使用方法，包括如下步骤：

76、s1.遥测终端设备通过配置模块接收配置终端设备的配置数据，完成工作模式配置；

77、s2.遥测终端设备按照配置的工作模式，选择下行采集模块按照设定采集周期对传感器数据进行采集；

78、s3.遥测终端设备按照配置的工作模式，选择上行通信模块按照设定上传周期向远程管理平台上报采集的传感器数据；

79、s4.遥测终端设备在显示屏显示实时采集传感器数据、设定采集周期以及设定上传周期。

80、进一步地，步骤s1具体步骤如下：

81、s11.遥测终端设备的主控mcu判断连接的配置模块为配置485串口子单元还是蓝牙单元；

82、当为配置485串口子单元，进入步骤s12；

83、当为蓝牙单元，进入步骤s13；

84、s12.遥测终端设备的主控mcu通过使能驱动单元为配置485串口子单元供电，接收作为配置终端设备的上位机发送的配置数据，进入步骤s14；

85、s13.遥测终端设备的主控mcu通过使能驱动单元为蓝牙单元供电，接收作为配置终端设备的移动终端发送的配置数据；

86、s14.遥测终端设备的主控mcu根据配置数据解析出工作模式、工作上行通信模块、工作下行采集模块、远程管理平台地址、设定采集周期以及设定上报周期；

87、s2具体步骤如下：

88、s21.判断工作模式；

89、当工作模式为定时唤醒模式，进入步骤s22；

90、当工作模式为实时在线模式，进入步骤s23；

91、s22.判断是否达到设定唤醒周期；

92、若是，唤醒遥测终端设备的主控mcu，进入步骤s23；

93、若否，返回步骤s22；

94、s23.遥测终端设备的主控mcu通过使能驱动单元为工作下行采集模块供电；

95、s24.遥测终端设备的主控mcu控制工作下行采集模块按照设定采集周期对传感器数据进行采集；

96、s3具体步骤如下：

97、s31.判断工作模式；

98、当工作模式为定时唤醒模式，进入步骤s32；

99、当工作模式为实时在线模式，进入步骤s33；

100、s32.判断是否达到设定唤醒周期；

101、若是，唤醒遥测终端设备的主控mcu，进入步骤s33；

102、若否，返回步骤s32；

103、s33.遥测终端设备的主控mcu通过使能驱动单元为工作上行通信模块供电；

104、s34.遥测终端设备的主控mcu控制工作上行通信模块按照设定上报周期对采集的传感器数据进行上报；

105、步骤s4具体步骤如下：

106、s41.判断工作模式；

107、当工作模式为定时唤醒模式，进入步骤s42；

108、当工作模式为实时在线模式，进入步骤s43；

109、s42.判断是否达到设定唤醒周期；

110、若是，唤醒遥测终端设备的主控mcu，进入步骤s43；

111、若否，返回步骤s42；

112、s43.遥测终端设备的主控mcu通过使能驱动单元为显示屏供电；

113、s44.遥测终端设备的主控mcu通过使能驱动单元为232通信子单元供电，向显示屏推送展示数据；

114、s45.遥测终端设备的主控mcu解析展示数据，控制显示屏显示实时采集传感器数据、设定采集周期以及设定上传周期。

115、进一步地，步骤s23具体步骤如下：

116、s231.遥测终端设备的主控mcu判断是否需要向传感器供电；

117、若否，进入步骤s233；

118、若是，进入步骤s232；

119、s232.遥控终端设备的主控mcu通过对应使能驱动单元开启对应电压变换单元向传感器供电；

120、s233.遥测终端设备的主控mcu通过使能驱动单元为工作下行采集模块供电。

121、进一步地，还包括如下步骤：

122、s5.遥测终端的主控mcu在连接功能性对外接口时，通过使能驱动单元向对应对外接口供电。

123、进一步地，步骤s45中，遥测终端设备的主控mcu控制显示屏显示遥测终端设备编号、工作上行通信模块、工作下行采集模块、天线接口及对外接口工作状态。

124、本发明的有益效果在于：

125、本发明提供的微功耗遥测终端设备、系统及配置方法，通过主控mcu控制的使能驱动单元选择性为进行工作的上行通信模块及下行采集模块供电，降低耗电量，同时集成4g、lora、wifi、蓝牙、以太网通信接口便于信息传感设备向远端上报采集数据，简化了物联网管理平台的接口设计。

126、此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

127、由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。