CN108036713A - 一种gnss变形监测电源管理方法及其*** - Google Patents

一种gnss变形监测电源管理方法及其*** Download PDF

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龚春龙
熊寻安
王明洲
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Abstract

本发明公开了一种GNSS变形监测电源管理方法及其***，其中，该方法包括：在控制中心内预先设定持续时间、功率及观测时段；监测到太阳能蓄电池的剩余电量，并将剩余电量传输至所述控制中心；根据剩余电量、持续时间、功率及观测时段，生成关机指令和开机指令后，并传输至单片机；当接收到关机指令时，单片机向GNSS接收机发送关机指令，并控制太阳能蓄电池断路开关断开电源电路；当接收到开机指令后，通过该断路开关接通电源电路，GNSS接收机在加载电源后自动开机；通过控制中心修正持续时间后，重复步骤B至步骤D。本发明实现了GNSS变形监测设备的在线电源管理，在降低电池容量的同时实现更长待机时间，从而应对长时间阴雨天气，有效降低监测成本。

Description

一种GNSS变形监测电源管理方法及其***
技术领域
本发明涉及GNSS技术领域，具体涉及一种GNSS变形监测电源管理方法及其***。
背景技术
GNSS的全称是全球导航卫星***（Global Navigation Satellite System），它是泛指所有的卫星导航***，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航***。
GNSS变形监测时，需要GNSS接收机持续不断地跟踪和记录GNSS卫星信号，然后通过数据后处理提取变形。在监测期间，接收机需保持开机状态，并不断消耗电源，一般耗电功率不小于5W。因此，为确保接收机的正常运行，需要在监测***中建设配套的供电网络，但施工较为麻烦。太阳能供电是一个较为灵活的供电方式，但是在持续阴雨情况下难以提供稳定的电源保障。对于大坝、建筑物的监测而言，降雨特别是暴雨期间的安全监测更为重要，甚至是不可缺少的。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供了一种GNSS变形监测电源管理方法及其***，本发明旨在解决在阴雨天气下太阳能不能为GNSS接收机提供稳定的电源而导致不能进行GNSS变形监测的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种GNSS变形监测电源管理方法，其中，包括如下步骤：
A、在控制中心内预先设定GNSS接收机需要应对无太阳能发电的持续时间T1、GNSS接收机的功率P及全天24小时的观测时段m；
B、所述控制中心定时生成剩余电量控制指令，所述剩余电量控制指令通过无线通信单元传送至单片机，所述单片机通过电量监控单元监测到用于GNSS接收机供电的太阳能蓄电池的剩余电量N，并将所述剩余电量N由单片机通过无线通信单元传输至所述控制中心；
C、所述控制中心通过电源管理服务器根据剩余电量N、持续时间T1、功率P及观测时段m，生成用于控制GNSS接收机关机、开机的关机指令和开机指令，所述关机指令和开机指令皆通过无线通信单元传输至单片机；
D、当单片机接收到所述关机指令时，所述单片机通过RS485通信单元向GNSS接收机发送关机指令，同时控制太阳能蓄电池断路开关断开太阳能蓄电池与GNSS接收机之间的电源电路；当单片机接收到所述开机指令后，所述单片机通过太阳能蓄电池断路开关接通太阳能蓄电池与GNSS接收机之间的电源电路，所述GNSS接收机在加载电源后自动开机；
E、通过所述控制中心修正持续时间T1后，重复步骤B至步骤D。
优选地，所述的GNSS变形监测电源管理方法，其中，所述观测时段m根据天气情况进行划分。
优选地，所述的GNSS变形监测电源管理方法，其中，所述控制中心通过时钟控制单元定时生成剩余电量控制指令。
优选地，所述的GNSS变形监测电源管理方法，其中，所述步骤E中通过天气情况来修正持续时间T1。
优选地，所述的GNSS变形监测电源管理方法，其中，所述控制中心向时钟控制单元发送修正持续时间T1的指令。
一种GNSS变形监测电源管理***，其中，所述GNSS变形监测电源管理***包括：
控制中心，所述控制中心连接有电源管理模块；
所述电源管理模块包括单片机，所述单片机分别电连接有电量监控单元、无线通信单元、RS485通信单元及太阳能蓄电池断路开关；
所述电量监控单元电连接于太阳能蓄电池，所述RS485通信单元及太阳能蓄电池断路开关皆电连接于GNSS接收机。
优选地，所述的GNSS变形监测电源管理***，其中，所述控制中心设置有电源管理服务器，所述电源管理服务器通过网络传输数据，在线读取电源管理模块的监控数据，完成电源管理计算，生成电源管理指令并向电源管理模块下达指令。
优选地，所述的GNSS变形监测电源管理***，其中，所述控制中心设置有时钟控制单元，通过所述时钟控制单元设定GNSS接收机的关机时间和开机时间。
优选地，所述的GNSS变形监测电源管理***，其中，所述单片机为低功耗单片机。
优选地，所述的GNSS变形监测电源管理***，其中，所述无线通信单元用于电源管理模块与控制中心之间进行数据通信，所述数据通信的方式采用LoRa或NB-IOT。
与现有技术相比，本发明所提供的GNSS变形监测电源管理方法及其***，综合采用物联网通信技术、计算机技术及传感器技术，通过分时段对GNSS接收机进行开关机控制，在满足建筑物GNSS变形监测需求的前提下，通过***判别和远程控制降低不必要的GNSS变形监测频次，从而实现利用低成本的低容量电池应对长时间阴雨天气，实现了智能化电源管理并有效降低电池成本。
附图说明
图1是本发明一种GNSS变形监测电源管理方法较佳实施例的流程图。
图2是本发明一种GNSS变形监测电源管理***较佳实施例中的***示意图。
图3是本发明一种GNSS变形监测电源管理***较佳实施例中的电源管理模块的***示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明基于大坝等变形监测应用场景，在太阳能供电的基础上，从加强GNSS接收机电源管理的角度出发，设计了一种GNSS变形监测电源管理方法及其***，从而提升GNSS变形监测应对恶劣天气的能力。
具体实施时，应用于GNSS变形监测站的太阳能供电***，由太阳能电池板、太阳能控制板、蓄电池等组成。在持续阴雨天气太阳能电池板无法发电的情况下，蓄电池容量越大，储备的电能越多， GNSS接收机的持续运行时间也就越长。但是，蓄电池容量越大，电池硬件成本越高，野外安装难度和成本也越高。
本发明从变形监测的频次上进行分析，在不同的天气条件、外部环境和建筑物运行工况条件下，建筑物的监测频率需要在一定范围内调整。对于大多数的建筑物而言，变形的趋势是持续而缓慢的，在非紧急情况下，采用低频次的监测即可满足安全管理的需要，高频次的变形监测并不必要。而在台风、暴雨等恶劣气象条件下，则需要高频次的监测。
以往的GNSS变形监测***中，GNSS接收机都是24小时持续运行的。在采用静态数据处理的方式进行GNSS变形监测时，单次监测所需的观测时长是固定的，若能够根据建筑物监测频率需要，自适应地调整监测频次，在不需高频次监测时使接收机短时间关机，则可以缩短接收机运行时长，进而降低接收机能耗。
本发明实施例提供了一种GNSS变形监测电源管理方法，如图1所示，其包括如下步骤：
S100、在控制中心内预先设定GNSS接收机需要应对无太阳能发电的持续时间T1、GNSS接收机的功率P及全天24小时的观测时段m；
S200、所述控制中心定时生成剩余电量控制指令，所述剩余电量控制指令通过无线通信单元传送至单片机，所述单片机通过电量监控单元监测到用于GNSS接收机供电的太阳能蓄电池的剩余电量N，并将所述剩余电量N由单片机通过无线通信单元传输至所述控制中心；
S300、所述控制中心通过电源管理服务器根据剩余电量N、持续时间T1、功率P及观测时段m，生成用于控制GNSS接收机关机、开机的关机指令和开机指令，所述关机指令和开机指令皆通过无线通信单元传输至单片机；
S400、当单片机接收到所述关机指令时，所述单片机通过RS485通信单元向GNSS接收机发送关机指令，同时控制太阳能蓄电池断路开关断开太阳能蓄电池与GNSS接收机之间的电源电路；当单片机接收到所述开机指令后，所述单片机通过太阳能蓄电池断路开关接通太阳能蓄电池与GNSS接收机之间的电源电路，所述GNSS接收机在加载电源后自动开机；
S500、通过所述控制中心修正持续时间T1后，重复步骤S200至步骤S400。
具体实施时，通过引入电源管理模块，所述电源管理模块可对GNSS接收机的开关机进行控制，同时也可监控蓄电池电量；设置拟持续应对的无太阳能发电时长T1，（例如3天）；根据监测需求，将全天24小时划分为m个观测时段（例如，每4小时1个观测时段，全天分为第1-6时段）；根据太阳能蓄电池剩余电量N和接收机功耗P，计算可持续运行时长T2=N/P（天）；计算每天可运行的时段数n=T2/T1*m（取整），选择指定的n个时段作为开机时段，并据在时钟控制模块中设置开关机时间：在开机时段开始时接收机开机运行，在开机时段结束时接收机关机休眠；根据天气情况，控制中心向时钟控制模块发送指令修正T1，不断的修正参数T1，从而完成对GNSS接收机的电源管理。
本发明进一步较佳实施例中，所述观测时段m根据天气情况进行划分。
本发明进一步较佳实施例中，所述控制中心通过时钟控制单元定时生成剩余电量控制指令。
本发明进一步较佳实施例中，所述步骤E中通过天气情况来修正持续时间T1。
本发明进一步较佳实施例中，所述控制中心向时钟控制单元发送修正持续时间T1的指令。
如图2及图3所示，本发明较佳实施例提供了一种GNSS变形监测电源管理***，其中，所述GNSS变形监测电源管理***包括：
控制中心，所述控制中心连接有电源管理模块；
所述电源管理模块包括单片机，所述单片机分别电连接有电量监控单元、无线通信单元、RS485通信单元及太阳能蓄电池断路开关；
所述电量监控单元电连接于太阳能蓄电池，所述RS485通信单元及太阳能蓄电池断路开关皆电连接于GNSS接收机。
一个完整的电源管理***包括控制中心、电源管理模块及配套的数据通信网络。所述电源管理模块由控制中心进行统一管理。控制中心设置有电源管理服务器，通过数据传输网络，在线读取电源管理模块的监控数据，完成电源管理计算，生成电源管理指令并向电源管理模块下达。当然这里的电源管理模块可以设置成多个，通过多个电源管理模块来管理多个GNSS接收机。
本发明进一步较佳实施例中，所述控制中心设置有电源管理服务器，所述电源管理服务器通过网络传输数据，在线读取电源管理模块的监控数据，完成电源管理计算，生成电源管理指令并向电源管理模块下达指令。
本发明进一步较佳实施例中，所述控制中心设置有时钟控制单元，通过所述时钟控制单元设定GNSS接收机的关机时间和开机时间。
本发明进一步较佳实施例中，所述单片机为低功耗单片机。
本发明进一步较佳实施例中，所述无线通信单元用于电源管理模块与控制中心之间进行数据通信，所述数据通信的方式采用LoRa或NB-IOT。
所述控制中心定时生成剩余电量采集指令，指令经无线通信单元传输至电源管理模块中的单片机；电量监控单元在采集到电量监控数据后，通过无线通信单元传输至控制中心的电源管理服务器；所述电源管理服务器基于剩余电量数据和气象数据，生成开关机控制指令，通过无线通信单元传输至单片机。
当单片机在接收到关机指令后，单片机通过RS485通信单元向GNSS接收机发送关机指令，同时控制太阳能蓄电池断路开关断开太阳能蓄电池与GNSS接收机之间的电源电路，如此可避免直接断电对GNSS接收机造成的损坏。
当单片机在接收到开机命令后，单片机接通太阳能蓄电池电源断路开关，GNSS接收机在加载电源后自动开机。
综上所述，本发明公开了一种GNSS变形监测电源管理方法及其***，综合采用物联网通信技术、计算机技术及传感器技术，通过分时段对GNSS接收机进行开关机控制，在满足建筑物GNSS变形监测需求的前提下，通过***判别和远程控制降低不必要的GNSS变形监测频次，从而实现利用低成本的低容量电池应对长时间阴雨天气，实现了智能化电源管理并有效降低电池成本。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种GNSS变形监测电源管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、在控制中心内预先设定GNSS接收机需要应对无太阳能发电的持续时间T1、GNSS接收机的功率P及全天24小时的观测时段m；
B、所述控制中心定时生成剩余电量控制指令，所述剩余电量控制指令通过无线通信单元传送至单片机，所述单片机通过电量监控单元监测到用于GNSS接收机供电的太阳能蓄电池的剩余电量N，并将所述剩余电量N由单片机通过无线通信单元传输至所述控制中心；
C、所述控制中心通过电源管理服务器根据剩余电量N、持续时间T1、功率P及观测时段m，生成用于控制GNSS接收机关机、开机的关机指令和开机指令，所述关机指令和开机指令皆通过无线通信单元传输至单片机；
D、当单片机接收到所述关机指令时，所述单片机通过RS485通信单元向GNSS接收机发送关机指令，同时控制太阳能蓄电池断路开关断开太阳能蓄电池与GNSS接收机之间的电源电路；当单片机接收到所述开机指令后，所述单片机通过太阳能蓄电池断路开关接通太阳能蓄电池与GNSS接收机之间的电源电路，所述GNSS接收机在加载电源后自动开机；
E、通过所述控制中心修正持续时间T1后，重复步骤B至步骤D。
2.根据权利要求1所述的GNSS变形监测电源管理方法，其特征在于，所述观测时段m根据天气情况进行划分。
3.根据权利要求1所述的GNSS变形监测电源管理方法，其特征在于，所述控制中心通过时钟控制单元定时生成剩余电量控制指令。
4.根据权利要求3所述的GNSS变形监测电源管理方法，其特征在于，所述步骤E中通过天气情况来修正持续时间T1。
5.根据权利要求4所述的GNSS变形监测电源管理方法，其特征在于，所述控制中心向时钟控制单元发送修正持续时间T1的指令。
6.一种GNSS变形监测电源管理***，其特征在于，所述GNSS变形监测电源管理***包括：
控制中心，所述控制中心连接有电源管理模块；
所述电源管理模块包括单片机，所述单片机分别电连接有电量监控单元、无线通信单元、RS485通信单元及太阳能蓄电池断路开关；
所述电量监控单元电连接于太阳能蓄电池，所述RS485通信单元及太阳能蓄电池断路开关皆电连接于GNSS接收机。
7.根据权利要求6所述的GNSS变形监测电源管理***，其特征在于，所述控制中心设置有电源管理服务器，所述电源管理服务器通过网络传输数据，在线读取电源管理模块的监控数据，完成电源管理计算，生成电源管理指令并向电源管理模块下达指令。
8.根据权利要求7所述的GNSS变形监测电源管理***，其特征在于，所述控制中心设置有时钟控制单元，通过所述时钟控制单元设定GNSS接收机的关机时间和开机时间。
9.根据权利要求6所述的GNSS变形监测电源管理***，其特征在于，所述单片机为低功耗单片机。
10.根据权利要求6所述的GNSS变形监测电源管理***，其特征在于，所述无线通信单元用于电源管理模块与控制中心之间进行数据通信，所述数据通信的方式采用LoRa或NB-IOT。
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