一种水文仪器现场信号触发自动断电重启方法及装置与流程

本发明属于水文信息化，具体涉及一种水文仪器现场信号触发自动断电重启方法及装置。

背景技术：

1、随着水文监测自动化水平的持续提升，各类智能水文仪器已广泛应用于野外水位站、雨量站等无人值守场景。这些设备通常依靠太阳能浮充蓄电池供电，通过移动通信网络（4g/北斗等）实现水情数据的远程自动采集与传输，在防汛报汛、水资源管理等工作中发挥着不可替代的重要作用。

2、目前，野外水文智能仪器在长期运行过程中，受网络波动、电磁干扰、供电不稳、蓄电池电量不足等复杂环境因素影响，频繁出现死机、掉线、数据采集中断等故障。针对上述故障，现有技术主要采用以下处理方式：人工现场断电重启，由维护人员携带工器具前往偏远站点，手动切断设备电源后再重新通电；定时器方案，按固定周期强制断电重启，无论设备是否正常运行均执行断电操作；其三，远程云端控制方案，通过平台下发重启指令实现远程复位。

3、然而，上述现有技术均存在明显的缺陷。人工现场重启方式中，水文站位置分散、多位于偏远山区、交通极为不便，故障后维护人员无法及时到场，导致数据长时间中断，严重影响防汛报汛的时效性与可靠性，且年均单站运维成本高昂。定时器方案采用固定周期强制断电，无论设备是否正常运行均执行断电操作，造成正常采集数据的盲目丢失，且无法针对突发异常实时响应。远程控制方案依赖云端平台和通信网络，需额外支付流量费用，且当设备因网络原因掉线时远程指令无法下发，存在“设备掉线即失控”的问题，而且平台维护复杂，不适合基层水文站规模化部署。此外，现有自动重启装置多为通用工业控制器，工作电压和功耗与野外水文站太阳能蓄电池供电系统不匹配，需额外增配电源设备，增加系统复杂度和故障点。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中野外水文智能仪器死机后需人工现场重启、运维成本高以及响应滞后的问题，提出了一种水文仪器现场信号触发自动断电重启方法及装置。

2、本发明的技术方案为：

3、本发明提供了一种水文仪器现场信号触发自动断电重启方法，包括：

4、步骤1：实时采集反映被监测水文仪器运行状态的特征信号，所述特征信号包括电压信号和脉冲信号，将采集到的所述特征信号作为用于判别所述被监测水文仪器工作状态的原始侦听信号；

5、步骤2：对采集的所述原始侦听信号进行预处理操作，将预处理后信号的特征参数与预设的正常工作状态阈值范围进行比较，依据比较结果判断所述被监测水文仪器是否处于异常工作状态；

6、步骤3：当判定所述被监测水文仪器处于异常工作状态时，根据所述预处理后信号触发产生边沿跳变信号，对所述边沿跳变信号进行下降沿提取处理，得到下降沿触发脉冲；

7、步骤4：根据所述下降沿触发脉冲启动定时延时控制逻辑，使能电源通断控制指令，通过所述电源通断控制指令控制串接于所述被监测水文仪器供电回路中的电气开关，切断所述被监测水文仪器的电源供给；

8、步骤5：监测所述定时延时控制逻辑的累计计时时长，当所述累计计时时长达到预设的断电维持时间阈值时，终止所述电源通断控制指令，控制所述电气开关恢复至导通状态，重新建立所述被监测水文仪器的供电回路的电气连接，恢复电源供给，完成一次断电重启操作循环。

9、作为优选，所述特征信号包括：所述被监测水文仪器的主通信信道的数据发送端信号、所述被监测水文仪器的备用通信信道的发送端信号或环境光检测电路输出的电压信号。

10、作为优选，所述步骤2包括：

11、当所述原始侦听信号为电压信号时，对所述电压信号依次进行取样、放大和比较处理，得到预处理后的电压信号；将所述预处理后的电压信号的电压幅值与预设的电压阈值进行比较，当所述电压幅值超出所述预设的电压阈值时，判定所述被监测水文仪器处于异常工作状态；

12、当所述原始侦听信号为脉冲信号时，对所述脉冲信号依次进行检波和整形处理输出标准方波信号；统计所述标准方波信号的相邻脉冲之间的时间间隔，将所述时间间隔与预设的时间窗口阈值进行比较，当所述时间间隔超过所述预设的时间窗口阈值时，判定所述被监测水文仪器处于异常工作状态。

13、作为优选，所述步骤3包括：

14、当判定所述被监测水文仪器处于异常工作状态时，信号比较电路或定时器电路输出一个从高电平跳变至低电平的边沿跳变信号，对所述边沿跳变信号进行下降沿提取，提取出下降沿跳变瞬间作为触发时刻，得到所述下降沿触发脉冲；所述下降沿触发脉冲经多路信号选择器分配至与所述被监测水文仪器对应的控制通道。

15、作为优选，所述定时延时控制逻辑包括单稳态定时模式和可重复单稳态定时模式；

16、当所述定时延时控制逻辑处于所述单稳态定时模式时，所述下降沿触发脉冲启动单稳态定时，控制所述电气开关进入断开状态，所述电气开关维持断开状态直至所述单稳态定时达到第一预设时长后自动恢复导通；

17、当所述定时延时控制逻辑处于所述可重复单稳态定时模式时，所述下降沿触发脉冲启动可重复单稳态定时，控制所述电气开关进入断开状态，所述电气开关维持断开状态直至所述可重复单稳态定时达到第二预设时长后自动恢复导通；在所述电气开关处于断开状态期间，若再次接收到所述下降沿触发脉冲，则所述可重复单稳态定时重新开始计时，所述电气开关维持断开状态的时长自再次接收到所述下降沿触发脉冲的时刻起顺延所述第二预设时长。

18、作为优选，所述第一预设时长为10秒，所述第二预设时长为10分钟。

19、本发明提供了一种水文仪器现场信号触发自动断电重启装置，适用于上述任一项实施例所述的水文仪器现场信号触发自动断电重启方法，包括：

20、信号采集预处理单元，用于实时采集反映被监测水文仪器运行状态的特征信号，所述特征信号包括电压信号和/或脉冲信号，将采集到的所述特征信号作为原始侦听信号，并对所述原始侦听信号进行预处理操作，输出预处理后信号；

21、边沿触发单元，与所述信号采集预处理单元连接，当所述预处理后信号的特征参数与预设的正常工作状态阈值范围的比较分析结果表明所述被监测水文仪器处于异常工作状态时，触发产生边沿跳变信号，并对所述边沿跳变信号进行下降沿提取处理，输出下降沿触发脉冲；

22、定时延时控制单元，与所述边沿触发单元连接，用于接收所述下降沿触发脉冲，并根据所述下降沿触发脉冲启动定时延时控制逻辑，输出电源通断控制指令；

23、电气开关，与所述定时延时控制单元连接，用于接收所述电源通断控制指令，所述电气开关串接于所述被监测水文仪器的供电回路中，根据所述电源通断控制指令切换自身通断状态，以接通或切断所述被监测水文仪器的电源供给。

24、作为优选，所述信号采集预处理单元的第一信号输入端级联有依次连接的信号取样电路、信号放大电路和信号比较电路，所述信号取样电路用于对输入的电压信号进行采样，所述信号放大电路用于对采样后的电压信号进行放大处理，所述信号比较电路用于将放大后的电压信号的幅值与预设的电压阈值进行比较并输出比较结果；

25、所述信号采集预处理单元的第二信号输入端级联有依次连接的检波电路和整形电路，所述检波电路用于对输入的脉冲信号进行包络检波，所述整形电路用于将检波后的信号整形为标准方波信号。

26、作为优选，所述定时延时控制单元包括单稳态触发器、可重复单稳态触发器和多路信号选择器；

27、所述多路信号选择器的输入端分别连接所述信号采集预处理单元中的信号比较电路的输出端和整形电路的输出端，所述多路信号选择器的输出端分别连接所述单稳态触发器和所述可重复单稳态触发器；

28、所述单稳态触发器的暂态时间可调，用于提供单稳态定时模式；

29、所述可重复单稳态触发器的暂态时间可调，且所述可重复单稳态触发器配置为：在暂态期间若触发端再次接收到所述下降沿触发脉冲，则暂态时间自再次接收到所述下降沿触发脉冲的时刻起自动顺延。

30、作为优选，所述电气开关包含两路独立的第一电源输出端和第二电源输出端；

31、所述第一电源输出端的额定输出电压为dc12v，继电器容量为10a，用于接入额定工作电压为dc12v的被监测水文仪器的供电回路；

32、所述第二电源输出端的额定输出电压为dc5v，继电器容量为10a，用于接入额定工作电压为dc5v的被监测水文仪器的供电回路；

33、所述第一电源输出端和所述第二电源输出端分别与所述定时延时控制单元的第一控制输出端和第二控制输出端对应连接，所述定时延时控制单元分别独立控制所述第一电源输出端和所述第二电源输出端的通断状态。

34、本发明的有益效果是：

35、1. 本发明水文仪器现场信号触发自动断电重启方法，采用现场信号触发控制技术路线，通过在易故障设备的电源回路中串联自动断电重启装置，实时侦听设备运行状态信号，当侦听到表征设备异常的特定信号时，自动触发断开设备电源，经过预设延时后自动恢复供电，实现设备断电复位。整个识别、决策、执行过程完全在本地完成，无需人工干预、无需云端平台、无需额外通信流量通过。

36、2. 本发明水文仪器现场信号触发自动断电重启方法，通过现场侦听设备真实工作状态信号，仅在识别到设备异常时才触发断电重启，正常运行期间不干预设备工作，从根本上杜绝了定时器方案盲目断电导致的数据丢失问题，保障了水文数据采集的连续性和完整性。