一种水利复合监测设备的低功耗管理方法技术

本发明专利技术涉及一种水利复合监测设备的低功耗管理方法，包括以下步骤：采集复合传感器数据；根据采集到的复合传感器数据计算危险因子；将计算的危险因子与门限值进行比较，决定是否需要频繁上报传感器数据，如果不需要频繁上报，设备进入深睡眠状态，由远程设备空中唤醒；如果需要频繁上报，设备进入浅睡眠状态，由设备的RTC唤醒。本发明专利技术可以有效降低复合监测设备的功耗，极大提升设备在野外的生存能力，有效降低设备维护成本。

【技术实现步骤摘要】
一种水利复合监测设备的低功耗管理方法
本专利技术涉及水利复合监测
，特别是涉及一种水利复合监测设备的低功耗管理方法。
技术介绍
水利复合监测设备通过在地质灾害频繁发生的地区随机布设多种传感器类型，实时监测降雨量、土壤温湿度、河流流速、河流水位、河流含沙量等数据指标，通过无线模块将数据传输到监测预警平台，为防灾减灾提供实时信息服务。在实际应用中，地质灾害易发地区往往位置偏远，人烟稀少且维护困难。因此，野外布设的复合监测设备需要满足低功耗、免维护、生存能力强等特点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种水利复合监测设备的低功耗管理方法，能有效提升水利复合监测设备的野外生存时间和管理水平，显著降低设备维护成本。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种水利复合监测设备的低功耗管理方法，包括以下步骤：(1)采集复合传感器数据；(2)根据采集到的复合传感器数据计算危险因子；(3)将计算的危险因子与门限值进行比较，决定是否需要频繁上报传感器数据，如果不需要频繁上报，设备进入深睡眠状态，由远程设备空中唤醒；如果需要频繁上报，设备进入浅睡眠状态，由设备的RTC唤醒。所述步骤(1)中采集的复合传感器数据包括降雨量、土壤温湿度、河流流速、河流水位和河流含沙量。所述步骤(2)具体包括以下子步骤：(21)根据每种传感器的当前采样值计算当前时刻的统计均值；(22)利用多种传感器的当前采样值、统计均值、权重系数和前一时刻的危险因子值计算当前危险因子值，计算方式为：其中，k为当前采样时刻，wn为第n种传感器的权重值，且Λn(k)表示k时刻第n种传感器的采样值，E(Λn)表示第n种传感器的统计均值，ρ(k)为k时刻计算得到的危险因子值。所述步骤(3)中设备进入深睡眠状态，由远程设备空中唤醒时的唤醒过程为：首先远程设备通过无线网络发送一组面向特定设备的唤醒码，将目标设备中处于休眠状态的无线模块唤醒；无线模块被唤醒后，通过中断的方式唤醒处于深度休眠状态的微控制单元；微控制单元被唤醒后，根据需要提前开启各种传感器的电源；读取传感器的数据并将其保存；关闭所有传感器的供电电源；微控制单元决定是否立刻将采集的数据上报，如需要上报则将数据发送到无线模块，由无线模块进行上报；当上报动作执行完且无线模块处于空闲状态时，微控制单元和无线模块均进入休眠状态，等待下次唤醒。所述步骤(3)中设备进入浅睡眠状态，由设备的RTC唤醒时的唤醒过程为：处于部分休眠状态的微控制单元将周期性被自身的RTC时钟唤醒；微控制单元被唤醒后，根据需要提前开启各种传感器的电源；读取传感器的数据并将其保存；关闭所有传感器的供电电源；激活无线模块，微控制单元将数据发送到无线模块，由无线模块进行上报；当上报动作执行完且无线模块处于空闲状态时，关闭无线模块，微控制单元进入部分休眠状态，等待下次唤醒。所述根据需要提前开启各种传感器的电源时，提前的时间为每种传感器的上电稳定时间。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术利用多传感器的复合态势预判来动态调整数据采集频率和无线上报频率，可以有效降低复合监测设备的功耗，极大提升设备在野外的生存能力，有效降低设备维护成本。附图说明图1是本专利技术实施方式的流程图；图2是本专利技术实施方式中危险因子计算和更新流程图；图3是本专利技术实施方式中深睡眠状态唤醒流程图；图4是本专利技术实施方式中浅睡眠状态唤醒流程图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种水利复合监测设备的低功耗管理方法，该方法通过计算危险因子来调节传感器采集和无线上报频率，允许设备进入不同的睡眠状态来降低功耗。本实施方式采用的复合监测设备设备包括低功耗MCU、多种类传感器(雨量传感器、土壤湿度传感器、流速传感器、水位传感器、含沙量传感器)、无线收发模块、电源和接口模块，如图1所示，包括以下步骤：1)开机上电后，首先顺序对MCU芯片、多种类复合传感器、无线收发模块进行初始化；2)设备在初始化完成后开始接入无线网络，通过无线应用服务确认是否接入成功；3)入网后对设备进行RTC同步；4)根据不同传感器的稳定时间，提前开启并采集复合传感器数据；5)根据采集到的符合传感器数据计算当前危险因子值并更新；6)将计算得到的危险因子值和门限值进行比较，决定是否需要频繁上报传感器数据；7)如果不需要频繁上报，设备进入深睡眠状态，由远程设备空中唤醒；8)如果需要频繁上报，设备进入浅睡眠状态，由本机设备RTC唤醒。本实施方式中危险因子计算及更新过程如图2所示，包括以下步骤：1)获取当前复合传感器数据，包括降雨量、土壤温湿度、河流流速、河流水位、河流含沙量等参数；2)根据每种传感器的当前采样值计算当前时刻的统计均值，如公式(2)所示；3)利用多种传感器的当前采样值、统计均值、权重系数和前一时刻的危险因子值计算当前危险因子值，如公式(1)所示；4)用当前危险因子值和服务器下发的动态门限值进行比较；5)根据比较结果设备选择进入深睡眠状态或浅睡眠状态。其中，所述的危险因子计算公式为：E(Λn(k))＝(1-μ)E(Λn(k-1))+μΛn(k)≈E(Λn)(2)其中，k为当前采样时刻，{wn,n＝1,…,5}分别对应降雨量、土壤湿度、河流流速、水位、含沙量的权重值，且Λn(k)表示k时刻第n种传感器的采样值，E(Λn)表示第n种传感器的统计均值，ρ(k)为k时刻计算得到的危险因子值，μ为均值收敛系数，μ＜＜1。本实施方式中的深睡眠状态是指当设备不需要频繁上报数据的时候，让无线模块和主控MCU芯片都处于深度休眠状态，关闭所有传感器电源和外设功能，使设备功耗降到uA级，同时可以被外部唤醒，唤醒的具体操作流程如图3所示：1)当需要处于深睡眠状态的设备采集和发送传感器数据时，首先通过无线网络发送一组面向特定设备的唤醒码，可以将目标设备中处于休眠状态的无线模块唤醒；2)无线模块被唤醒后，通过中断IO唤醒处于深度休眠状态的MCU；3)MCU被唤醒后，根据需要提前开启1～5种传感器的电源，提前时间即每种传感器的上电稳定时间；4)读取传感器数据并将其保存，便于离线获取；5)关闭所有传感器的供电电源；6)MCU决定是否立刻将采集数据上报，如需要则将数据通过串口发送到无线模块；7)当上报动作执行完且无线模块处于空闲状态时，MCU和无线模块均进入休眠状态，等待下次唤醒。本实施方式中的浅睡眠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水利复合监测设备的低功耗管理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)采集复合传感器数据；/n(2)根据采集到的复合传感器数据计算危险因子；/n(3)将计算的危险因子与门限值进行比较，决定是否需要频繁上报传感器数据，如果不需要频繁上报，设备进入深睡眠状态，由远程设备空中唤醒；如果需要频繁上报，设备进入浅睡眠状态，由设备的RTC唤醒。/n

【技术特征摘要】
1.一种水利复合监测设备的低功耗管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集复合传感器数据；
(2)根据采集到的复合传感器数据计算危险因子；
(3)将计算的危险因子与门限值进行比较，决定是否需要频繁上报传感器数据，如果不需要频繁上报，设备进入深睡眠状态，由远程设备空中唤醒；如果需要频繁上报，设备进入浅睡眠状态，由设备的RTC唤醒。


2.根据权利要求1所述的水利复合监测设备的低功耗管理方法，其特征在于，所述步骤(1)中采集的复合传感器数据包括降雨量、土壤温湿度、河流流速、河流水位和河流含沙量。


3.根据权利要求1所述的水利复合监测设备的低功耗管理方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下子步骤：
(21)根据每种传感器的当前采样值计算当前时刻的统计均值；
(22)利用多种传感器的当前采样值、统计均值、权重系数和前一时刻的危险因子值计算当前危险因子值，计算方式为：其中，k为当前采样时刻，wn为第n种传感器的权重值，且Λn(k)表示k时刻第n种传感器的采样值，E(Λn)表示第n种传感器的统计均值，ρ(k)为k时刻计算得到的危险因子值。


4.根据权利要求1所述的水利复合监测设备的低功耗管理方法，其特征在于，所述步骤(3)中设备进入深睡眠状态，由远程设备空中唤醒时的唤醒过程为：
首先远程设...

【专利技术属性】
技术研发人员：施玉松，祝雪莲，董林垚，许文涛，丁文峰，李宝清，张平仓，袁晓兵，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：上海;31