[發明專利]小型化低功耗水位雨量采集裝置和工作方法

有效

• 申請號: 202011495714.6
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112637706B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 劉偉;嵇海祥;阮聰;付京城;孫龍;陳智;高軍;陽輝;劉湘偉;羅建瑞;李幸福;丁馨曾;束慶林;聶祥磊
• 申請（專利權）人: 水利部南京水利水文自動化研究所
• 主分類號: H04Q9/00
• 分類號: H04Q9/00;G08C17/02;H02J7/00;H02J7/35
• 代理公司: 北京華際知識產權代理有限公司 11676
• 代理人: 袁瑞紅

1.一種小型化低功耗水位雨量采集裝置，其特征在于，所述采集裝置包括電池組件、電壓轉換電路、升壓電路、降壓電路、第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關、第四電子開關、MCU組件、雨量計控制電路、數據存儲器、參數存儲器、水位壓力傳感器的控制電路、水位壓力傳感器的通訊電路、藍牙通訊模塊和4G通訊模塊；

所述電池組件通過電壓轉換電路與MCU組件、雨量計控制電路分別連接，電壓轉換電路用于將電池組件輸出的第一工作電壓轉換成第二工作電壓，提供給MCU組件和雨量計控制電路；

所述電池組件通過第一電子開關與藍牙通訊模塊連接，第一電子開關根據MCU組件下發的控制指令切換通斷狀態；

所述電池組件通過第二電子開關分別與數據存儲器、參數存儲器和水位壓力傳感器通訊電路連接，第二電子開關根據MCU組件下發的控制指令切換通斷狀態；所述參數存儲器用于存儲監控中心經藍牙通訊模塊發送的采集裝置相關的各項運行參數；所述數據存儲器中包括歷史數據庫、當前周期數據庫和補發送數據庫；所述歷史數據庫用于存儲已發送數據，補發送數據庫用于存儲發送失敗的數據；

所述電池組件依次通過第三電子開關、升壓電路與水位壓力傳感器的控制電路連接，第三電子開關根據MCU組件下發的控制指令切換通斷狀態，升壓電路用于將電池組件輸出的第一工作電壓轉換成第三工作電壓提供給水位壓力傳感器的控制電路；

所述電池組件依次通過第四電子開關、降壓電路與4G通訊模塊連接，第四電子開關根據MCU組件下發的控制指令切換通斷狀態，降壓電路用于將電池組件輸出的第一工作電壓轉換成第四工作電壓提供給4G通訊模塊；

所述MCU組件根據參數存儲器中存儲的各項運行參數進行參數設置，其中，MCU組件的初始狀態為休眠狀態；在參數設置完成后，所述MCU組件根據預設喚醒周期分別下發包括數據采集、數據存儲在內的控制指令集合，控制雨量計和水位壓力傳感器分別進行雨量數據和水位數據的采集，將采集結果存儲至數據存儲器的當前周期數據庫，以及在電池組件剩余電量滿足預設電量閾值時，按照預設發送周期將當前周期數據庫和補發送數據庫中的采集結果經由4G通訊模塊發送至監控中心，并根據發送結果將數據存入歷史數據庫或補發送數據庫；

其中，MCU組件和雨量計控制電路在對應控制指令完成后立即進入休眠狀態，第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關和第四電子開關在與其連接的功能組件完成對應控制指令后立刻恢復切斷狀態；所述MCU組件結合應用場景特性和電池組件類型，動態調整采集裝置的預設喚醒周期和預設發送周期；

根據應用場景對應的平均日充電量A_均選擇對應的電池組件類型：如果平均日充電量A_均小于日充電量閾值A₀，采集裝置選擇不可充電鋰電池，否則，選擇非充電鋰電池；

結合應用場景特性和電池組件類型，動態調整采集裝置的預設喚醒周期和預設發送周期：

獲取應用場景實時特性，所述應用場景實時特性包括實時水位風險等級C_t、實時雨量等級M_t和預估剩余降雨持續時長L_t；

對于非充電鋰電池，根據下述公式計算得到采集裝置的預設喚醒周期T_t¹和預設發送周期

式中，T₁是非充電鋰電池對應的正常喚醒周期，S₁是非充電鋰電池對應的正常發送周期，是水位風險等級C_t對應的喚醒周期調整因子，是水位風險等級C_t對應的發送周期調整因子，ΔA是單次發送所需耗電量，A_剩是最后一次數據發送周期顯示的剩余電量，A₁是非充電鋰電池對應的電量閾值；

對于充電鋰電池，根據下述公式計算得到采集裝置的預設喚醒周期和預設發送周期

如果C_tC₀和M_tM₀均成立，

否則，

式中，T₂是充電鋰電池對應的正常喚醒周期，S₂是充電鋰電池對應的正常發送周期，是水位風險等級C_t對應的喚醒周期調整因子，是雨量風險等級M_t對應的喚醒周期調整因子，f(C_t,M_t)是水位風險等級C_t和雨量風險等級M_t對應的發送周期調整函數，A₂是充電鋰電池對應的電量閾值，A_t是第t時刻的預估充電量，k是允許的連續補報次數限值；L₀是預設的剩余降雨時長閾值，C₀是預設的水位風險閾值，M₀是預設的雨量等級閾值。