本發(fā)明屬于通信，具體涉及一種時(shí)間片輪詢方式實(shí)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀的分組休眠與喚醒方法。

背景技術(shù)：

1、從上個(gè)世紀(jì)90年代就開始發(fā)展的自動(dòng)化靜力水準(zhǔn)測量系統(tǒng)，是用來測量相對高程變化的一種高精度測量系統(tǒng)，靜力水準(zhǔn)儀利用連通液的原理，多支通用連通管連接在一起的儲(chǔ)液罐的液面總是在同一水平面，通過測量不同儲(chǔ)液罐的液面高度，經(jīng)過計(jì)算可以得出各個(gè)靜力水準(zhǔn)儀的相對差異沉降。整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)靜力水準(zhǔn)儀及安裝支架、液管、氣管、采集儀等組成。主要適用于巖土、結(jié)構(gòu)安全工程長期高頻次監(jiān)測的多點(diǎn)間的垂直位移監(jiān)測。

2、系統(tǒng)傳輸?shù)耐負(fù)浞绞綖橐恢鲙Ф鄰?，采集儀通過rs485總線連接所有測點(diǎn)的靜力水準(zhǔn)儀。即一臺采集儀連接多臺靜力水準(zhǔn)，系統(tǒng)拓?fù)湟妶D1。

3、以靜力水準(zhǔn)儀測量系統(tǒng)典型安裝應(yīng)用場景隧道為例，所應(yīng)用的標(biāo)的工程環(huán)境物理空間狹長、測點(diǎn)數(shù)量多的特點(diǎn)，使得測量系統(tǒng)能連接的靜力水準(zhǔn)儀測點(diǎn)數(shù)量，以及通信距離長度成為重要的技術(shù)競爭力。

4、通常情況下，為了降低系統(tǒng)組網(wǎng)復(fù)雜性以及降低成本，靜力水準(zhǔn)儀的供電電源與rs485的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號線集成在一根四芯電纜中，四芯分別是直流電源vin，地gnd，rs485a、b差分信號線。各測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)的供電電源vin從采集儀輸出，通過整條電纜向所有測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)供電，采集儀作為通信主機(jī)，通過電纜中的rs485?a、b差分信號線與所有的靜力水準(zhǔn)儀從機(jī)通信，從而獲取測量數(shù)據(jù)。見圖2。

5、理論上，rs485總線可以掛載的最大設(shè)備數(shù)量為256臺，最長傳輸距離能夠達(dá)到1200米。在實(shí)際應(yīng)用中，rs485總線的連接設(shè)備數(shù)量以及傳輸受到多種因素的影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)數(shù)值，通常只能連接30臺左右的設(shè)備，200米左右距離。這些因素包括線纜屏蔽性能、線纜通流能力、傳輸波特率、線纜阻抗匹配度、以及供電電源的逐級衰減的影響?等。

6、在對現(xiàn)有技術(shù)的研究和實(shí)踐過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，以上的多種因素中，供電電源的逐級衰減，常常成為連接靜力水準(zhǔn)儀數(shù)量以及傳輸距離的最大瓶頸。一般來說，單個(gè)靜力水準(zhǔn)儀在正常工作模式下的功耗接近1瓦，那么一百個(gè)靜力水準(zhǔn)儀的總功耗將達(dá)到80~100瓦。系統(tǒng)通常采用24v直流供電，隨著電纜上的電源電壓逐級衰減，到某節(jié)點(diǎn)的靜力水準(zhǔn)儀的供電電壓將衰減到9v左右，由于靜力水準(zhǔn)儀的電源供電范圍為9v~24v，此節(jié)點(diǎn)往后的所有靜力水準(zhǔn)儀將無法工作。我們采用平均值法很容易得出整個(gè)系統(tǒng)中可工作的靜力水準(zhǔn)儀平均電壓約為16.5伏左右。假設(shè)每個(gè)靜力水準(zhǔn)儀的功耗是1瓦，一共掛載了100個(gè)靜力水準(zhǔn)儀，計(jì)算可得：1w÷16.5v×100≈6a，即整條總線的等效平均電流約為6安。如此大的平均電流，在實(shí)際工程應(yīng)用場景中，在幾百米到上千米的電纜上將產(chǎn)生大幅的電壓衰減，使得電纜上長于幾百米的后級所有節(jié)點(diǎn)的電壓衰減到遠(yuǎn)低于9v，低于靜力水準(zhǔn)儀的最低工作電壓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是要解決現(xiàn)有靜力水準(zhǔn)測量系統(tǒng)中，整條rs485電纜的供電電壓逐級衰減，導(dǎo)致連接測點(diǎn)數(shù)量少，通信距離受到限制的問題。

2、本發(fā)明提出一種時(shí)間片輪詢方式實(shí)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀的分組休眠與喚醒的方法，將掛載在rs485總線上的所有靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行分組，每組的靜力水準(zhǔn)儀數(shù)目相同，這里假設(shè)共分n組。

3、系統(tǒng)將采集周期按照先后順序分成n段時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片只激活一個(gè)分組的靜力水準(zhǔn)儀，使得其他分組的靜力水準(zhǔn)處于休眠待機(jī)模式，在此時(shí)間片內(nèi)完成組內(nèi)所有的靜力水準(zhǔn)儀的測量數(shù)據(jù)采集后，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置本組所有靜力水準(zhǔn)進(jìn)入休眠待機(jī)模式。在下個(gè)時(shí)間片中將下個(gè)分組的靜力水準(zhǔn)儀整體激活，完成下個(gè)分組的數(shù)據(jù)采集。如此周而復(fù)始，在整個(gè)采集周期中按照時(shí)間片依次完成所有n個(gè)分組中的靜力水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)采集。這樣系統(tǒng)的峰值總功耗將降為原來的1/n，從而實(shí)現(xiàn)大幅增加可連接的靜力水準(zhǔn)儀數(shù)目、大幅拓展通信距離的目的。

4、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

5、靜力水準(zhǔn)儀上電啟動(dòng)完成以后，使靜力水準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。采集儀通過rs485總線發(fā)出喚醒地址。和喚醒地址匹配的靜力水準(zhǔn)儀就會(huì)被喚醒，開始工作，提供測量數(shù)據(jù)采集。完成業(yè)務(wù)后，通過采集儀發(fā)出的控制指令重新進(jìn)入休眠狀態(tài)。

6、為了方便理解和管理，我們可以把喚醒地址當(dāng)成“組地址”，把某些靜力水準(zhǔn)儀編為一個(gè)組，組內(nèi)用統(tǒng)一的喚醒地址，不同分組的靜力水準(zhǔn)設(shè)置不同的喚醒地址。組內(nèi)的靜力水準(zhǔn)儀一起被喚醒，不同組的靜力水準(zhǔn)儀用時(shí)間片輪詢的方式依次被喚醒。

7、通常，可以設(shè)置7位喚醒地址，7位喚醒地址總共可支持128個(gè)分組。假設(shè)每個(gè)分組掛載30個(gè)靜力水準(zhǔn)儀，系統(tǒng)總共掛載128×30=3840個(gè)靜力水準(zhǔn)儀時(shí)，系統(tǒng)峰值功耗與30個(gè)靜力水準(zhǔn)相同。

8、下面對靜力水準(zhǔn)儀的休眠待機(jī)方法進(jìn)行詳細(xì)說明：

9、通常，靜力水準(zhǔn)儀分成供電單元，中央處理單元，傳感器測量單元三個(gè)部分。

10、中央處理單元的休眠喚醒方法：本發(fā)明通過選型具備休眠并通過地址喚醒功能的單片機(jī)來完成中央處理單元的休眠喚醒。在休眠狀態(tài)下，單片機(jī)的uart端口依然可以收到喚醒地址，喚醒地址和預(yù)設(shè)的地址比較，如果相等，單片機(jī)就會(huì)從休眠狀態(tài)恢復(fù)到工作狀態(tài)。

11、傳感器測量單元的休眠喚醒方法：采用中央處理單元的io管腳經(jīng)過三極管驅(qū)動(dòng)后，控制pmos場效應(yīng)管的g級，控制此io管腳輸出高或低電平，從而控制傳感器測量單元供電電源的打開與關(guān)斷，在中央處理單元進(jìn)入休眠前關(guān)斷電源，在中央處理單元激活后打開電源。如此可在靜力水準(zhǔn)處于休眠狀態(tài)時(shí)，傳感器測量單元不消耗任何電流。

12、通過如上方法，靜力水準(zhǔn)儀的絕大部分電路進(jìn)入休眠或者斷電狀態(tài)，使得靜力水準(zhǔn)儀功耗級別從接近1瓦降低到毫瓦級別。

技術(shù)特征：

1.一種時(shí)間片輪詢方式實(shí)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀的分組休眠與喚醒方法，其特征在于包含以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間片輪詢方式實(shí)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀的分組休眠與喚醒方法，其特征在于：步驟s1中，通過選型具備休眠并通過地址喚醒功能的單片機(jī)來完成中央處理單元的休眠和喚醒。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間片輪詢方式實(shí)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀的分組休眠與喚醒方法，其特征在于：步驟s1中，在休眠狀態(tài)下，中央處理單元僅保留uart端口為激活狀態(tài)，中央處理單元進(jìn)入休眠狀態(tài)，并且關(guān)閉所有i/o端口，此時(shí)中央處理單元的能耗降為最低，此時(shí)中央處理單元仍可以實(shí)時(shí)接收探測采集儀通過rs485總線上下發(fā)的喚醒地址。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間片輪詢方式實(shí)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀的分組休眠與喚醒方法，其特征在于：步驟s1中，采用中央處理單元的i/o管腳經(jīng)過三極管驅(qū)動(dòng)后，控制pmos場效應(yīng)管的g級，控制此i/o管腳輸出低電平，從而關(guān)斷傳感器測量單元的供電電源。如此可在靜力水準(zhǔn)儀處于休眠狀態(tài)時(shí)，使得傳感器測量單元不消耗任何電流。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間片輪詢方式實(shí)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀的分組休眠與喚醒方法，其特征在于：步驟s4中，靜力水準(zhǔn)儀在休眠狀態(tài)下，中央處理單元的uart端口接收探測rs485總線上的喚醒地址，將喚醒地址和預(yù)設(shè)的地址比較，如果相等，中央處理單元就會(huì)從休眠狀態(tài)恢復(fù)到工作狀態(tài)；如果不相等，中央處理單元保持休眠模式。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間片輪詢方式實(shí)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀的分組休眠與喚醒方法，其特征在于：步驟s4中，靜力水準(zhǔn)儀采用中央處理單元的i/o管腳經(jīng)過三極管驅(qū)動(dòng)后，控制pmos場效應(yīng)管的g級，控制此i/o管腳輸出高電平，從而打開傳感器測量單元的供電電源，使得此靜力水準(zhǔn)儀的傳感器測量單元可以正常工作。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明為涉及一種時(shí)間片輪詢方式實(shí)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀的分組休眠與喚醒方法，該方法包括：將掛載在RS485總線上的所有靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行分組，這里假設(shè)共分N組;系統(tǒng)將采集周期按照先后順序分成N段時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片只激活一個(gè)分組的靜力水準(zhǔn)儀，使得其他分組的靜力水準(zhǔn)處于休眠待機(jī)模式，在此時(shí)間片內(nèi)完成組內(nèi)所有的靜力水準(zhǔn)儀的測量數(shù)據(jù)采集后，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置本組所有靜力水準(zhǔn)進(jìn)入休眠待機(jī)模式。在下個(gè)時(shí)間片中將下個(gè)分組的靜力水準(zhǔn)儀整體激活，完成下個(gè)分組的數(shù)據(jù)采集。如此周而復(fù)始，在整個(gè)采集周期中按照時(shí)間片依次完成所有N個(gè)分組中的靜力水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)的峰值總功耗將降為原來的1/N，從而實(shí)現(xiàn)大幅增加可連靜力水準(zhǔn)儀數(shù)目、拓展通信距離目的。

技術(shù)研發(fā)人員：姚正毅,董永強(qiáng),彭安越,王鵬輝,劉照耀,周猛,徐麗娟,楊瀟龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海京海工程技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19