專利名稱：一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置及系統(tǒng)，屬于地質(zhì)安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的山洪泥石流遠(yuǎn)程監(jiān)測方法主要是通過標(biāo)準(zhǔn)電話線、網(wǎng)絡(luò)、移動寬帶、ISDN數(shù)據(jù)線或直接連接，并能夠控制云臺/鏡頭、存儲視頻監(jiān)控圖像，從而將遠(yuǎn)方活動場景傳送到觀看者的電腦屏幕上，并具備當(dāng)報(bào)警觸發(fā)時向接收端反向撥號報(bào)警功能。但是山洪泥石流通常發(fā)生在邊遠(yuǎn)林區(qū)和野外，很多通訊設(shè)備因信號較差或無持續(xù)電源等問題都無法正常使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的山洪泥石流遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)中存在的通訊設(shè)備因信號較差或無持續(xù)電源而無法正常使用的問題，進(jìn)而提供了一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置及系統(tǒng)。為此，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，包括:用于采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的12V供電的傳感器模塊和5V供電的傳感器模塊；用于將現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的AD轉(zhuǎn)換器；用于將數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸模塊的CPU ；用于將數(shù)字信號發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸模塊；用于為所述現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備供電的CPU供電模塊、AD供電模塊、5V供電模塊和12V供電模塊。一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備;所述現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備用于采集監(jiān)測點(diǎn)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后通過衛(wèi)星信號發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)；所述遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)用于接收并保存所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并且當(dāng)將所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)異常時發(fā)送預(yù)警信號，并提示工作人員。本發(fā)明提供了一種比較通用的、實(shí)用的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。采用衛(wèi)星通訊完成數(shù)據(jù)的傳輸，采用分區(qū)供電的原則，在不需要工作的時間可以切斷電源以最大限度的降低功耗。將通過衛(wèi)星信號將視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)引入地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，解決了部分地區(qū)無法傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)的問題。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的CPU供電模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的AD供電模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的5V供電模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的12V供電模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的頻率量接口和激勵源輸出通道的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供了 一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，如圖1所示，包括:用于采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的12V供電的傳感器模塊I和5V供電的傳感器模塊2 ；用于將現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的AD轉(zhuǎn)換器3 ；用于將數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸模塊5的CPU4 ；用于將數(shù)字信號發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸模塊5 ；用于為所述現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備供電的CPU供電模塊6、AD供電模塊7、5V供電模塊8和12V供電模塊9。具體的，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的設(shè)備需要連接的傳感器類型比較多，并且都是有源類型，12V供電的傳感器模塊I可以包括雨量傳感器、鉆孔傾斜儀、含水率傳感器和水位傳感器，5V供電的傳感器模塊2可以包括位移傳感器和泥水位監(jiān)測傳感器，其中一些傳感器工作時電流比較高，考慮到這些因素，在對整體功耗設(shè)計(jì)時，按照分區(qū)供電的原則，哪個傳感器工作就為哪個傳感器供電，在不工作的時間徹底切斷電源以最大限度的降低功耗。在本具體實(shí)施方式
中分為CPU供電模塊6、AD供電模塊7、5V供電模塊8和12V供電模塊9，在選擇外部電源系統(tǒng)時，采用12V供電的太陽能電源系統(tǒng)，下面按分區(qū)供電說明。CPU供電模塊6的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，CPU4采用的嵌入式處理器PIC24F16KA102是3.3V供電，12V的輸入電壓必須進(jìn)行DC降壓處理。DC降壓是比較損耗功率的，相當(dāng)于把部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，有很多儀器為降低功耗采用的CPU內(nèi)核工作電壓可以低到1.8V，同樣電源也不能用DC降壓，經(jīng)常是直接采用與CPU電壓相近的電池，采集傳輸儀由于需要兼顧為傳感器供電，必須使用12V的外部供電，因此選用了一個自身功耗非常低的DC模塊LTC363LLTC3631的靜態(tài)電流是12微安，在3.3V電壓下最大輸出電流可以達(dá)到100毫安，在采集傳輸儀中，LTC3631只需要向CPU供電，這些指標(biāo)是符合要求的。采用正常工作模式全速運(yùn)行消耗電流是3.4毫安，整機(jī)功耗不過0.04瓦，目前選用的太陽能供電系統(tǒng)太陽能板是20瓦，電池是電壓12V容量19安時的鉛酸充電電池，如果發(fā)生長期陰雨導(dǎo)致太陽能板無法供電，單靠電池容量，按照理論計(jì)算，可以保持232天連續(xù)工作。在CPU的正常工作模式下，儀器對于外部中斷(比如雨量數(shù)據(jù)的采集)和IO電流采集(斷線潰壩監(jiān)測)等時間敏感的監(jiān)測二作可以達(dá)到零延遲，完全處于實(shí)時狀態(tài)。在分區(qū)供電的模式下，儀器的整個運(yùn)行周期內(nèi)，除非到了定時采集傳輸數(shù)據(jù)時間或發(fā)生突發(fā)事件，絕大部分時間只需要向CPU供電即可，在不用分區(qū)供電的情況下，整機(jī)電流在20毫安，這意味著整體功耗下降了 6倍，對功耗的降低是決定性的。AD供電模塊I的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，可采用LP3878芯片。LP3878芯片是一款低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)，最大可以輸出800毫安的電流，輸出噪聲的典型值是18微伏，適用于作為高精度AD轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電源，在圖3中，8腳是使能端，連接PIC24的IO腳，采集數(shù)據(jù)時在PIC24的控制下使能為AD供電，完成后關(guān)斷停止供電。5V供電模塊8的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，可采用LM2596S芯片。LM2596S芯片是一款降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，最大輸出3安電流,可以為一些功耗較大的傳感器供電,在圖4中，5腳是開關(guān)，受到PIC24的IO腳控制，在通常情況下關(guān)斷，工作時打開，以便最大限度的降低功耗。12V供電模塊9的電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，可采用G6E-134P芯片。G6E-134P芯片是一款歐姆龍的繼電器，最大支持3A電流,可以為一些功耗較大的傳感器供電,PIC24的IO腳通過三極管控制繼電器的通斷，繼電器工作電流為43毫安，不過考慮到一般情況下工作時間很短，所以對整體功耗的降低影響不大。AD轉(zhuǎn)換器3可采用ADS1256型AD轉(zhuǎn)換器，該AD轉(zhuǎn)換器是一種24位的AD轉(zhuǎn)換器。目前設(shè)計(jì)的電路已經(jīng)達(dá)到了 16位精度，滿足了設(shè)計(jì)的要求，目前連接的電壓型傳感器所要求的精度都低于它的實(shí)際轉(zhuǎn)換精度。在可預(yù)見的將來，一些電壓型傳感器可以提供更高的數(shù)據(jù)分辨率，雖然還沒有具體的數(shù)字指標(biāo)，但是設(shè)計(jì)工作要做一定的超前性研究，在采集電路方面主要是做一些微調(diào)，包括對AD的基準(zhǔn)電源的外圍器件的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，采用一些新的元件，更改一些電路板的布線，以降低基準(zhǔn)電源自身的噪聲水平，進(jìn)一步提高AD采集轉(zhuǎn)換的精度。數(shù)據(jù)傳輸模塊5可以包括無線數(shù)據(jù)傳輸模塊XTend OEM和北斗衛(wèi)星模塊UM330。無線數(shù)傳模塊在野外工作時采用桿型天線效果要好于鞭型天線，在布設(shè)時如果天線之間保持無遮擋，那么傳輸?shù)男Ч头浅：茫送馀c當(dāng)?shù)氐牡匦?、天氣等的關(guān)系也比較緊密，基于無線數(shù)傳模塊更需要在現(xiàn)場布設(shè)時注意當(dāng)?shù)厍闆r。北斗衛(wèi)星模塊UM330是由分離式模塊組成，功耗相對較大，比較適用于車載方面使用本具體實(shí)施方式
采用的RDDS四合一模塊將芯片、低噪聲放大器、射頻、基帶整合在一個芯片上，只需要再配上天線系統(tǒng)即可組成整機(jī)，各項(xiàng)指標(biāo)都獲得了一定的提升，比較重要的首次捕獲時間小于2秒，失鎖重捕時間小于I秒，可以應(yīng)用于-250 +700的環(huán)境。另外，在本具體實(shí)施方式
提供的山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置上還可以增加頻率量接口和激勵源輸出通道，以方便連接頻率型傳感器(比如用于監(jiān)測崩塌的鋼弦式應(yīng)力傳感器等)，相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)如圖6所示，激勵信號可以根據(jù)不同的傳感器編制不同的程序產(chǎn)生。本具體實(shí)施方式
還提供了一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，如圖7所示，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)71和現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備72，現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備72設(shè)置有如上實(shí)施例所述的山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置；現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備72用于采集監(jiān)測點(diǎn)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后通過衛(wèi)星信號發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)71 ；遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)71用于接收并保存所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并且當(dāng)將所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)異常時發(fā)送預(yù)警信號，并提示工作人員。具體的，遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)71采用衛(wèi)星接入服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的傳輸，以IPSTAR作為衛(wèi)星計(jì)入網(wǎng)絡(luò)端口，同時采ZigBee技術(shù)，通過Web服務(wù)器提供給客戶遠(yuǎn)程的實(shí)時現(xiàn)場數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備72安裝在選擇的監(jiān)測點(diǎn)上對相應(yīng)地點(diǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，在監(jiān)測的過程中主要對監(jiān)測點(diǎn)的雨量、地聲、泥水位等物理量進(jìn)行采集，并將采集的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星信號進(jìn)行發(fā)送。遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)71通過衛(wèi)星信號接收現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備72采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和記錄。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)71可實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時了解相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)的各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)；還可以對各監(jiān)測點(diǎn)的雨量、地聲、泥水位等物理量以及報(bào)警信息進(jìn)行記錄和分析，這些記錄和分析的數(shù)據(jù)可作為相關(guān)研究的重要依據(jù)?，F(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備72由于布置在野外環(huán)境中，通常環(huán)境較為惡劣，不具備市電等條件，所以可采用太陽能進(jìn)行供電，利用200-400MHZ的電磁波信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且根據(jù)實(shí)際耗電情況進(jìn)行分區(qū)供電；遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)71作為監(jiān)控的上位機(jī)必須實(shí)現(xiàn)對各個監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測和完整數(shù)據(jù)的收集與處理，所以需要24小時不問斷工作，并且配備完善的UPS備用供電系統(tǒng)以及可靠的冗余系統(tǒng)，避免數(shù)據(jù)的丟失。采用本具體實(shí)施方式
提供的技術(shù)方案，通過采用衛(wèi)星通訊完成數(shù)據(jù)的傳輸，采用分區(qū)供電的原則，在不需要工作的時間可以切斷電源以最大限度的降低功耗。將通過衛(wèi)星信號將視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)引入地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，解決了部分地區(qū)無法傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)的問題。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明實(shí)施例揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，包括: 用于采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的12V供電的傳感器模塊和5V供電的傳感器模塊； 用于將現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的AD轉(zhuǎn)換器； 用于將數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸模塊的CPU ； 其特征在于，所述裝置還包括: 用于將數(shù)字信號發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸模塊； 用于為所述現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備供電的CPU供電模塊、AD供電模塊、5V供電模塊和12V供電模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洪泥石流電磁波泥水位監(jiān)測裝置，其特征在于，所述12V供電的傳感器模塊包括雨量傳感器、鉆孔傾斜儀、含水率傳感器和水位傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洪泥石流電磁波泥水位監(jiān)測裝置，其特征在于，所述5V供電的傳感器模塊包括位移傳感器和泥水位監(jiān)測傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洪泥石流電磁波泥水位監(jiān)測裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括無線數(shù)據(jù)傳輸模塊XTend OEM和北斗衛(wèi)星模塊UM330。
5.一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備，所述現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備設(shè)置有如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置； 所述現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備用于采集監(jiān)測點(diǎn)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后通過衛(wèi)星信號發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)； 所述遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)用于接收并保存所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并且當(dāng)將所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)異常時發(fā)送預(yù)警信號，并提示工作人員。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)以IPSTAR作為衛(wèi)星計(jì)入網(wǎng)絡(luò)端口，通過Web服務(wù)器提供給客戶遠(yuǎn)程的實(shí)時現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種山洪泥石流寬帶衛(wèi)星視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置及系統(tǒng)，相應(yīng)的裝置包括用于采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的12V供電的傳感器模塊和5V供電的傳感器模塊；用于將現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的AD轉(zhuǎn)換器；用于將數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸模塊的CPU；用于將數(shù)字信號發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸模塊；用于為所述現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備供電的CPU供電模塊、AD供電模塊、5V供電模塊和12V供電模塊。本發(fā)明采用衛(wèi)星通訊完成數(shù)據(jù)的傳輸，采用分區(qū)供電的原則，在不需要工作的時間可以切斷電源以最大限度的降低功耗。將通過衛(wèi)星信號將視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)引入地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，解決了部分地區(qū)無法傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)的問題。
文檔編號G05B19/418GK103176447SQ201210585658
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者曹修定, 殷躍平, 陳紅旗, 董翰川, 龐麗麗, 吳悅, 楊凱, 王晨輝 申請人:中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心