[发明专利]一种野外观测数据传输的方法和装置

权利要求书

1.一种野外观测数据传输的装置，其特征在于：包括发送端和接收端的数据传输装置；所述发送端和接受端的数据传输装置都包括协议板和数传电台板卡两部分，协议板包括主控MCU、电阻分压、迟滞比较器、RTC芯片和电子开关，主控MCU内设有数模转换模块、外部中断模块、IIC接口、串口1、串口2和IO口；其中电阻分压与模数转换相连可测供电电池电量；电阻分压、迟滞比较器、外部中断模块相连可检测电池过放状态，IO口与电子开关连接，数传电台板卡分别与串口2和电子开关连接，所述RTC与IIC接口连接，所述发送端数据传输装置的串口1与野外观测设备连接，所述接受端数据传输装置的串口1与数据接受主机连接。

2.根据权利要求1所述的一种野外观测数据传输的装置的数据传输方法，其特征在于步骤如下：

首先改进选择-重传ARQ的应答机制、超时机制和窗口机制，使协议具有低时空复杂度、高传输效率的特点，并减少了数据丢失情况下不必要帧的重传，在野外较长时间的传输中断中具有更好的低功耗表现；

然后设计以STM32芯片为核心MCU的协议板，将改进后的选择-重传协议在MCU上实现，实现与数传电台的耦合；在发送端协议板一端以串口连接野外观测设备，一端以串口连接数传电台，将野外设备上传数据经过协议封装后由数传电台传输，接收端协议板一端以串口连接数传电台一端以串口连接数据接收主机，协议板从数传电台读取数据后提取出观测数据送交数据接收主机；

最后协议板上集成了电源管理功能和工作时间管理功能，在工作状态下可以实现传输，在休眠状态下切断所有外设供电；加强传输装置野外无人值守条件下低功耗运行的稳定性。

3.根据权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于：所述改进选择-重传ARQ的应答机制改进是采用SACK思路，接收端应答帧所携带信息中除有期待帧编号外还有已收到的帧编号；为缩短帧长度，接收端将已接收到乱序帧分成若干连续块，SACK帧中只记录各连续块的首帧编号和尾帧编号，发送端接到此应答帧后只发送个连续块之间的帧即可；

所述改进选择-重传ARQ的超时机制改进是指采用可变超时时长机制替代原协议的固定超时时长机制，超时时长设定了0、1、2、3四个等级，每个等级对应的超时时间分别为5分钟、10分钟、30分钟和60分钟，协议初始化超时时长为0级；若在某个等级达到超时时间，则超时等级随之提高，超时时间也随之延长，若在非0超时等级上出现成功接收到4个应答帧，超时等级回到0级；

所述改进选择-重传ARQ的窗口机制改进是指采用可变窗口机制替代原协议的定长窗口机制，设计窗口初始大小为16，当发生超时重传时，窗口长度骤减为1；在窗口长度为1的情况下每收到一个对新报文段的确认应答帧，窗口长度+1，直到恢复到初始长度；

所述协议板集成的电源管理功能是指利用迟滞比较器、电子开关、MCU数模转换和MCU外部中断实现对数传电台供电的控制；具体为电池供电电压利用电阻分压后接入迟滞比较器和数模转换；当电池电量放电而使电压值小于迟滞比较器下限阈值时，迟滞比较器会以下降沿形式通知MCU，MCU程序检测到此下降沿则控制电子开关关断数传电台的供电，即切断通信链路；当电池因太阳能充电而使电压高于迟滞比较器上限阈值时，迟滞比较器会以上升沿形式通知MCU，MCU程序检测到此上升则控制电子开关打开数传电台供电；

所述协议板集成传输时间管理功能是指集成时钟芯片，在每一天中的特定时间段工作；为单片机提供当前时间，设置RTC芯片上午10:00产生中断，主控芯片在休眠中被此中断唤醒，开启外设准备传输；设置RTC芯片下午17:00产生中断，主控芯片在工作中接到此中断，判断现在是否正在传输，若在传输中则等待传输完成后再休眠；若无传输则立即休眠。

4.根据权利要求1所述的一种野外观测数据传输的装置的工作方法，其特征在于包括如下流程：

接收端、发送端上电后都先检测电池电量，检测当前时间，若电池电量大于下限阈值且当前时间在工作时间10:00到17：00之内，则初始化协议的环境变量，然后打开串口中断，进入睡眠模式等待中断唤醒；发送端等待中断包括滞回比较器外部中断、RTC芯片到时报警外部中断、串口中断、DMA中断、定时器中断、观测数据接收定时中断、电台数据接收定时中断和发送超时中断共8种，接收端等待中断包括滞回比较器外部中断、RTC芯片到时报警外部中断、串口中断、定时器中断、电台数据接收定时中断共5种。