一种具有视频监控功能的智能遥测终端机及其控制方法.pdf

本发明提供一种具有视频监控功能的智能遥测终端机及其控制方法，包括通用功能模块、视频处理模块及辅助功能模块。本发明使得遥测终端机具备独立的视频处理通道，只有当第一微控制器接收到中心站的视频监控指令或无线数据传输单元不能正常工作时，第一微控制器才打开第二微控制器的受控电源，给视频处理模块上电，大大降低遥测终端机的平均功耗；由于视频处理模块相对于通用功能模块是独立运行的，不占用第一微控制器的数据处理时间，大幅度提升通用功能模块的运行效率；无线数据传输单元不能正常工作时，遥测终端机可自动打开视频处理模块中的光纤接口单元，传输采集数据至中心站，提高了系统运行的可靠性。

1.  一种具有视频监控功能的智能遥测终端机，其特征在于，包括通用功能模块、视频处理模块及辅助功能模块，所述通用功能模块通过辅助功能模块对视频处理模块进行控制和数据交互，所述通用功能模块包括第一微控制器以及与该第一微控制器连接的数据采集单元、数据存储单元和无线数据传输单元，所述视频处理模块包括第二微控制器以及与该第二微控制器连接的视频摄像头接口单元、视频摄像头电源控制单元和光纤接口单元，所述辅助功能模块包括用于连接第一微控制器与第二微控制器的接口单元以及第二微控制器的受控电源单元。

2.  根据权利要求1所述的智能遥测终端机，其特征在于，所述通用功能模块还包括与第一微控制器连接的电源单元、日历时钟单元和接口设备的受控电源单元。

3.  根据权利要求1所述的智能遥测终端机，其特征在于，所述视频摄像头接口单元为以太网接口、USB接口或串口。

4.  根据权利要求1所述的智能遥测终端机，其特征在于，所述接口单元包括控制接口与数据通信接口，所述控制接口用于第一微控制器对第二微控制器的运行进行控制，所述数据通信接口用于第一微控制器与第二微控制器之间的数据交互。

5.  采用权利要求1所述智能遥测终端机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）遥测终端机中的第一微控制器按照预先设置的上报时间间隔被定时唤醒后，给无线数据传输单元上电，并主动连接中心站，若连接成功，则执行步骤（2），若连接不成功的次数达到预设值，则执行步骤（3）；
（2）通过无线数据传输单元与中心站建立连接，上报遥测终端机的状态信息和采集数据，并接收中心站的相关指令；
若中心站不需要传输视频，则第一微控制器关闭无线数据传输单元的供电电源，并自动进入低功耗模式； 若中心站需要即时传输视频，则第一微控制器打开第二微控制器的电源，关闭无线数据传输单元的供电电源，发送相应的指令给第二微控制器，并自动进入低功耗模，第二微控制器上电后通过光纤接口单元主动与中心站建立链接，并根据指令完成打开摄像头电源，自动采集、转发视频数据及与中心站进行数据交互操作，期间若中心站需要取消视频传输，则第二微控制器关闭摄像头电源、断开光纤链接后关闭光纤通讯信道电源，并唤醒第一微控制器，把中心站取消视频传输的指令发送给第一微控制器，待第一微控制器收到指令并确认后，关闭第二微控制器电源，再自动进入低功耗模式；
（3）第一微控制器关闭无线数据传输单元的供电电源，打开第二微控制器的电源，并发送相应的指令和数据给第二微控制器，第二微控制器上电后主动通过光纤接口单元与中心站建立连接，上报来自第一微控制器的遥测终端机状态信息与采集数据； 
（4）待第二微控制器接收到中心站相应的指令后通过接口单元的数据通信接口传输给第一微控制器，若进行视频传输，则执行步骤（5），若取消视频传输，则执行步骤（6），若不进行视频传输，则执行步骤（7）；
（5）第一微控制器自动进入低功耗模式，第二微控制器打开视频摄像头的电源，采集并经光纤接口单元传输视频至中心站；
（6）第二微控制器关闭摄像头电源、断开光纤链接后关闭光纤通讯信道电源，并唤醒第一微控制器，把中心站取消视频传输的指令发送给第一微控制器；待第一微控制器收到指令并确认后，关闭第二微控制器电源，再自动进入低功耗模式；
（7）第一微控制器关闭第二微控制器的电源，并进入低功耗模式。

一种具有视频监控功能的智能遥测终端机及其控制方法
技术领域
本发明涉及水利水文行业的遥测终端机技术领域，尤其涉及一种具有视频监控功能的智能遥测终端机及其控制方法。
背景技术  
现阶段，水利水文行业采用的遥测终端机已经可以实现自动监测各种水利水文方面的多种监测要素，随着计算机技术、智能传感器技术、网络技术的不断进步，我国的水利水文行业正朝着自动化、智能化、网络化的方向发展。近十年，视频监控技术的发展迅猛，应用领域也越来越广泛，水利视频监控的需求也初现端倪；水利视频监控技术，可以为防汛、水资源管理和水利安全提供直观有效的管理手段，对倡导和促进我国数字水利工程建设提供了新的挑战。
水利水文监测系统的基本结构主要包括监测站、中心站及通讯网络三个部分。监测站位于监测系统的前端，通常由传感器、遥测终端机、通讯设备及电源组成；遥测终端机是监测站的核心设备，完成水利水文监测数据的采集、存储，并通过通讯网络把监测数据传输至中心站。
目前，绝大多数的遥测终端机本身不具备实时传输监控视频数据的能力。一方面，之前对视频监控功能的需求并不明显，加入了视频监控功能的遥测终端机会带来相应的成本增加；另一方面，水利水文监测系统中的遥测终端机通常处于野外较偏远的地区，采用蓄电池加太阳能、风能发电等的方式供电，不利于视频监控设备的应用。如果某些工程实践中需要视频监控时，通常的做法是单独进行视频监控系统的配置，在物理上与监测系统是相互独立的。但这种独立的配置方式，会降低监测数据与视频数据的时间相关性，即两个独立系统的时间基准会因时间和环境的不同产生较大差异的漂移，大大影响整个系统的数据时效性。水利监测系统中的监测站通常采用无线通讯信道传输数据量不大的监测数据；然而，监测站通常所处的地区气候环境恶劣，很容易影响无线信号的传输，给监测系统的可靠性带来了问题。
发明内容
本发明提供一种具备视频监控功能的的智能遥测终端机，不仅能满足降低系统功耗，实时传输监测数据与视频的需要，还能大大提高水利监控系统的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种具有视频监控功能的智能遥测终端机，包括通用功能模块、视频处理模块及辅助功能模块，所述通用功能模块通过辅助功能模块对视频处理模块进行控制和数据交互，所述通用功能模块包括第一微控制器以及与该第一微控制器连接的数据采集单元、数据存储单元和无线数据传输单元，所述视频处理模块包括第二微控制器以及与该第二微控制器连接的视频摄像头接口单元、视频摄像头电源控制单元和光纤接口单元，所述辅助功能模块包括用于连接第一微控制器与第二微控制器的接口单元以及第二微控制器的受控电源单元。
进一步地，所述通用功能模块还包括与第一微控制器连接的电源单元、日历时钟单元和接口设备的受控电源单元。
优选地，所述视频摄像头接口单元为以太网接口、USB接口或串口。
进一步地，所述接口单元包括控制接口与数据通信接口，所述控制接口用于第一微控制器对第二微控制器的运行进行控制，所述数据通信接口用于第一微控制器与第二微控制器之间的数据交互。
本发明还提供一种上述权利要求所述智能遥测终端机的控制方法，具体包括如下步骤：
（1）遥测终端机中的第一微控制器按照预先设置的上报时间间隔被定时唤醒后，给无线数据传输单元上电，并主动连接中心站，若连接成功，则执行步骤（2），若连接不成功的次数达到预设值，则执行步骤（3）；
（2）通过无线数据传输单元与中心站建立连接，上报遥测终端机的状态信息和采集数据，并接收中心站的相关指令；
若中心站不需要传输视频，则第一微控制器关闭无线数据传输单元的供电电源，并自动进入低功耗模式； 若中心站需要即时传输视频，则第一微控制器打开第二微控制器的电源，关闭无线数据传输单元的供电电源，发送相应的指令给第二微控制器，并自动进入低功耗模，第二微控制器上电后通过光纤接口单元主动与中心站建立链接，并根据指令完成打开摄像头电源，自动采集、转发视频数据及与中心站进行数据交互操作，期间若中心站需要取消视频传输，则第二微控制器关闭摄像头电源、断开光纤链接后关闭光纤通讯信道电源，并唤醒第一微控制器，把中心站取消视频传输的指令发送给第一微控制器，待第一微控制器收到指令并确认后，关闭第二微控制器电源，再自动进入低功耗模式；
（3）第一微控制器关闭无线数据传输单元的供电电源，打开第二微控制器的电源，并发送相应的指令和数据给第二微控制器，第二微控制器上电后主动通过光纤接口单元与中心站建立连接，上报来自第一微控制器的遥测终端机状态信息与采集数据；
（4）待第二微控制器接收到中心站相应的指令后通过接口单元的数据通信接口传输给第一微控制器，若进行视频传输，则执行步骤（5），若取消视频传输，则执行步骤（6），若不进行视频传输，则执行步骤（7）；
（5）第一微控制器自动进入低功耗模式，第二微控制器打开视频摄像头的电源，采集并经光纤接口单元传输视频至中心站；
（6）第二微控制器关闭摄像头电源、断开光纤链接后关闭光纤通讯信道电源，并唤醒第一微控制器，把中心站取消视频传输的指令发送给第一微控制器；待第一微控制器收到指令并确认后，关闭第二微控制器电源，再自动进入低功耗模式；
（7）第一微控制器关闭第二微控制器的电源，并进入低功耗模式。
本发明具有两路通讯传输通道，包括一路无线传输通道和一路光纤传输通道，无线传输通道专用于传感器采集数据的传输，光纤传输通道既可以传输传感器数据，也可以传输视频；第一微控制器可以根据需要开启或关闭第二微控制器的电源，而视频处理模块中的其它外围设备的供电由第二微控制器根据来自第一微控制器的指令进行控制；所述辅助功能模块用以第一微控制器与第二微控制器之间的数据交互，使得在无线传输通道不能正常工作时，可以通过视频处理模块中的光纤接口把相应的数据传输至中心站；视频处理模块中的第二微控制器可以实时的与第一微控制器进行时间校准，有利于中心站的数据与视频同步。
由以上技术方案可知， 本发明中所述的智能遥测终端机不仅能大幅度提高运行效率，降低系统功耗，提高系统可靠性，还能满足中心站实时、同步的获取传感器采集数据与监视视频的需要。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为采用本发明的水利监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
如图1所示，所述遥测终端机包括通用功能模块100、视频处理模块200及辅助功能模块300，所述通用功能模块通过辅助功能模块对视频处理模块进行控制和数据交互。
所述通用功能模块100包括第一微控制器110以及与该第一微控制器连接的数据采集单元120、数据存储单元130、无线数据传输单元140、电源单元150、日历时钟单元160和接口设备的受控电源单元170。所述数据采集单元120提供第一微控制器采集传感器数据的接口，包括常用的格雷码信号接口、RS485接口、4~20mA模拟量接口及SDI-12等；所述数据存储单元130用于存储采集到的传感器数据，采用大存储容量的存储器可保存5到10年的数据；所述电源单元150与外部蓄电池、充放电控制器及太阳能或风能发电装置连接，经过电源转换、滤波等电路变换为遥测终端机适合的供电电源电压；所述日历时钟单元160为系统提供时间基准；所述接口设备的受控电源单元为170与第一微控制器连接的上述单元的电源控制电路，为节省系统功耗，可根据情况有选择的关闭上述单元的供电电源，其包括但不局限于无线数据传输单元的受控电源。所述的通用功能模块在检测到无线数据传输单元不能与中心站连接时或无线数据传输单元正常但需要传输视频时，才打开辅助功能模块中的受控电源单元，给视频处理模块供电。
所述辅助功能模块300包括用于连接第一微控制器与第二微控制器的接口单元310以及第二微控制器的受控电源单元320。所述接口单元310包括控制接口311与数据通信接口312，所述控制接口用于第一微控制器对第二微控制器的运行进行控制，所述数据通信接口用于第一微控制器与第二微控制器之间的数据交互。通常，控制接口为一组控制信号连接线，数据通信接口为芯片级通讯接口，包括但不局限于如串行接口、IIC接口、SPI接口等。所述第二微控制器的受控电源单元用于第一微控制器打开或断开视频处理模块的供电电源。
所述视频处理模块200包括第二微控制器210以及与该第二微控制器连接的视频摄像头接口单元220、视频摄像头电源控制单元230和光纤接口单元240。所述第二微控制器的供电电源由第一微控制器通过控制第二微控制器的受控电源单元320来开启或关闭；所述视频摄像头电源控制单元230是用于第二微控制器开启或关闭外部视频摄像头的电源，光纤接口单元与视频摄像头接口单元的电源控制电路为现有技术，在图1中未画出；所述视频摄像头接口单元220可以选择以太网接口、USB接口或串口；光纤接口单元可传输视频或数据。所述的视频处理模块只在需要传输视频时，才打开视频摄像头电源控制单元，给视频摄像头供电。
图2示出了采用本发明智能遥测终端机的水利监测系统的结构示意图，所述遥测终端机1采集传感器2与（或）视频摄像头3的数据，通过光纤通信设备4或无线通讯网络5传输至中心站6。通常情况下，遥测终端机把来自传感器的采集数据通过无线通讯网络发送至中心站，当需要传输视频时或无线通讯网络异常时，遥测终端机才把相应的数据经过光纤接口传输至中心站。
本发明使得遥测终端机具备独立的视频处理通道，只有当第一微控制器接收到中心站的视频监控指令或无线数据传输单元不能正常工作时，第一微控制器才打开第二微控制器的受控电源，给视频处理模块上电，大大降低遥测终端机的平均功耗；由于视频处理模块相对于通用功能模块是独立运行的，不占用第一微控制器的数据处理时间，大幅度提升通用功能模块的运行效率；无线数据传输单元不能正常工作时，遥测终端机可自动打开视频处理模块中的光纤接口单元，传输采集数据至中心站，提高了系统运行的可靠性。
所述通用功能模块中第一微控制器的工作流程如下：
遥测终端机按照预先设置的上报时间间隔被定时唤醒后，给无线数据传输单元上电，并主动连接中心站，如果连接成功，则上报采集数据；如果多次连接不成功(连接次数预先设置)，则关闭无线数据传输单元的供电电源，打开第二微控制器的电源，并发送相应的指令给第二微控制器，由微第二微控制器通过光纤接口单元与中心站建立连接，上报遥测终端机的状态信息、采集数据等，待第二微控制器接收到中心站相应的指令后通过数据通信接口传输给第一微控制器，第一微控制器根据是否要传输视频，来维持或关闭微控制器的供电电源，最后自己进入休眠或掉电等低功耗状态。
    所述视频处理模块中第二微控制器的工作流程如下：
所述第二微控制器被第一微控制器控制上电后，打开光纤接口单元的供电电源，通过光纤传输通道主动连接至中心站，待连接成功后，把第一微控制器采集的传感器数据经过第一微控制器与第二微控制器之间的数据传输单元转存到存储器并（或）转发至光纤通道上报中心站；并把接收到的中心站相应指令传输给第一微控制器，第一微控制器根据中心站指令来控制第二微控制器是否开启视频传输。
如果只执行视频传输，则第二微控制器打开视频摄像头的电源，采集并经光纤通道传输视频至中心站；如果需要实时上报传感器数据与视频数据，则第二微控制器通过软件处理把时间信息插入到视频流中，分时传输对应的传感器数据与视频数据；如果只执行采集数据的上报，则第二微控制器关闭视频摄像头的电源，并进入低功耗模式。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。