CN206021009U - 一种温湿度数据的无线低功耗智能检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及温湿度测控技术领域，具体涉及一种温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，包括无线智能汇聚终端、无线温湿度数据采集终端，无线温湿度数据采集终端包括第二中央处理器、无线收发模块、传感器接口、拨码开关和综合电源模块；无线智能汇聚终端包括第一中央处理器、无线通信模块、3G模块、存储模块、电源模块、键盘、显示模块、打印模块和同步时钟模块，本实用新型易结构简单，成本低廉，使用方便，功耗较低，智能报警，安装和维护简单等优点，利用了载波唤醒机制有效的降低了温湿度数据采集终端的功耗，提升了采集终端的使用寿命，利用短信报警功能可及时掌控温湿度数据的变化，具有实用价值。

Description

一种温湿度数据的无线低功耗智能检测装置

技术领域

本实用新型涉及温湿度测控技术领域，具体涉及一种温湿度数据的无线低功耗智能检测装置。

背景技术

温湿度数据检测在温室养殖、气候检测、精密仪器的使用保护、物品储藏、工业生产等领域得到了广泛应用。任何行业的工作都离不开空气，而空气的温湿度又与工作、生活、生产有直接联系，使湿度的监测与控制越来越显得重要。目前温湿度检测技术有表带式测温、光纤测温、红外线成像测温等。表带式测温技术驱动能力弱，数据实时性不强，通信距离短，通信可靠性差。红外线成像测温易受环境因素影响，对于光亮或者抛光的金属表面的测温读数影响较大，只限于测量物体外部温度，不方便测量物体内部和存在障碍物时的温度。因此，表带式测温和红外线成像测温在现场使用时功能受限。红外线光纤测温技术具有不受电磁干扰，耐腐蚀，无源实时监测、电绝缘、防爆性好等特点，但价格较贵不能受客户广泛接受。

无线通信技术已经在温湿度检测领域逐渐得到了深入应用，但对低功耗通信、中短距离可靠传输、低成本的智能报警等问题还没有统一的解决方案。这些技术问题限制了已有无线温湿度检测技术在各现场中的推广和应用。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，用于解决在温湿度数据监测中无线通信的功耗及成本问题，提升了采集终端的使用寿命。

具体技术方案如下：

一种温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，包括无线智能汇聚终端、无线温湿度数据采集终端，所述无线温湿度数据采集终端包括第二中央处理器、无线收发模块、传感器接口、拨码开关和综合电源模块，其中所述第二中央处理器电连接所述无线收发模块、所述传感器接口、所述拨码开关和所述综合电源模块；所述无线智能汇聚终端包括第一中央处理器、无线通信模块、3G模块、存储模块、电源模块、键盘、显示模块、打印模块和同步时钟模块，其中所述第一中央处理器电连接所述无线通信模块、所述3G模块、所述存储模块、所述电源模块、所述键盘、所述显示模块、所述打印模块和所述同步时钟模块；

优选的，所述无线通信模块采用型号为Si4432的无线透传模块，该模块支持433Mhz和470Mhz频段，实际应用时通过拨码开关可灵活配置使用频段，利用其载波唤醒机制，实现系统的低功耗数据采集、传输；

优选的，所述第二中央处理器为AVR系列单片机，支持3.3V-5V供电，通过外部晶振频率的选择，可在满足功能实现速度的基础上，进一步降低单片机功耗，所述第一中央处理器的型号为MCU Atmega128L，所述第二中央处理器的型号为MCU Atmega16L；

优选的，所述综合电源模块为包含充电的3.7V聚合物锂电池模块，该聚合物锂电池模块具有充放电保护电路，可外接12V/1A或18V/1A太阳能电池板，其壳体上设置有能显示充电状态的LED指示灯；

优选的，所述无线智能汇聚终端支持单总线DS18B20测温电缆的编号和数据采集，支持对所述无线温湿度数据采集终端的定时巡检和实时检测功能，能够对所述无线温湿度数据采集终端的数据进行接收与存储，能够对接收数据进行温湿度上下限的判定，如有超限情况，立即通过工业级MC8630 3G模块进行短信报警，可采用工业级MC8630 3G模块的UDP网络数据传输模式进行数据的远程传输；

优选的，所述综合电源模块包含的太阳能供电由12V/1A或18V/1A太阳能电池板、降压电路、稳压电路组成，可稳定输出4.2V/1A电压供无线温湿度数据采集终端正常工作，并同时可供聚合物锂电池充电，采用太阳能供电可充分利用可再生资源，具有环保意义。

有益效果：

本实用新型包括无线温湿度数据采集终端和无线智能汇聚终端，无线温湿度数据采集终端包括第一中央处理器、无线收发模块、传感器接口、拨码开关和电源模块组成，用于对现场单总线DS18B20测温电缆和SHT系列湿度传感器的数据采集、存储与上传。无线智能汇聚终端包括第一中央处理器、无线通信模块、3G模块、存储模块、电源模块、功能接口、键盘、显示模块，打印模块、同步时钟模块，用于对无线温湿度数据采集终端的数据进行存储与转发、打印、智能分析与报警，并且能够对测温电缆进行编号及数据采集操作。该温湿度数据的无线低功耗智能检测系统利用其载波唤醒机制，实现系统的低功耗数据采集、传输。支持太阳能供电，安装便捷。采用模块化设计，配置简单，便于后期系统维护。价格低廉，功能丰富，适用于中短通信距离的温湿度数据检测场景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：温湿度数据的无线低功耗智能检测装置无线智能汇聚终端结构示意图；

图2：温湿度数据的无线低功耗智能检测装置无线温湿度数据采集终端结构示意图；

图3：温湿度数据的无线低功耗智能检测装置太阳能供电方式结构示意图。

附图标记如下：1、无线智能汇聚终端，10、第一中央处理器，11、存储模块，12、打印模块，13、同步时钟模块，14、功能接口，15、键盘，16、3G模块，17、显示模块，18、无线通信模块，19、电源模块，2、无线温湿度数据采集终端，21、无线收发模块，22、传感器接口，23、综合电源模块，24、拨码开关，25、第二中央处理器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图2和图3，参看图1：一种温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，包括无线温湿度数据采集终端和无线智能汇聚终端，无线温湿度数据采集终端分为温度数据采集终端和湿度数据采集终端两种，都包含两个拨码开关，分别用来设置数据采集终端所属的仓库号和数据采集终端本身的终端号，仓库号决定了采集终端所使用的无线通信频段，终端号便于数据的上传与存储。数据采集终端在没有数据采集任务时处于低功耗的休眠状态，当用户需要采集现场的温湿度数据时，无线智能汇聚终端首先会发送一定数量的唤醒包将某个仓库的所有数据采集终端唤醒，数据采集终端被唤醒后立即进行数据采集，等待数据采集完成，数据采集终端根据自身的终端号进行一定时间的延迟以便仓库内所有数据采集终端按照时间队列将数据上传至无线智能汇聚终端。温湿度数据采集终端采用聚合物锂电池供电，假设用户以每小时一次的频率检测温湿度，每个无线温湿度数据采集终端每天消耗大概6mAH的能量，若采用标称容量为8000mAH的聚合物锂电池供电，并且假设电池实际容量为标称容量的70％，可供无线温湿度数据采集终端正常工作两年半时间，再考虑到电池的老化等情况，至少可保证两年的正常工作时间。采用聚合物锂电池供电的优点是安装方便，能够有效的避免雷电干扰。除此之外，无线温湿度数据采集终端还支持太阳能供电，可选用参数为12V/1A或18V/1A等市场较为常见并且方便采购的太阳能板，太阳能板输出电压在接入无线温湿度数据采集终端前需要加入一个降压保护模块，保证接入到采集终端的电压稳定在4.2V左右，4.2V的输出电压一方面可供采集终端白天正常工作，另一方面可挂接一个小容量的可充电聚合物锂电池蓄积能量，保证采集终端在夜晚或者光照不足的情况下备用。采用可再生的太阳能供电方式保证采集终端能量充足，经济环保。

无线智能汇聚终端在使用之前，以当地时间为参照，通过主菜单“系统设置”下的“时钟设置”菜单正确设置时间参数，以便信息存储。无线智能汇聚终端为用户提供友好的人机交互界面，用户可根据窗口菜单提示通过“上”、“下”、“确定”和“返回”四个按键选择相应操作。在单总线多点测温电缆应用中，可利用DS18B20内部特定、唯一的64位序列号实现对某一个传感器周边温度值的准确、实时采集，但如何把每个温度信息与传感器实际所在电缆中的物理位置对应起来，则较为困难。目前的解决方法是采用DS18B20内部两个字节的EEPROM存储单元标记每个传感器在单总线测温电缆上的位置信息，并在测温电缆的生产过程中严格按照标记的位置信息依次装配传感器。这种处理方法最为灵活，只需在第一次使用前采用二叉树算法搜索出挂接在当前总线上的所有传感器并按照位置信息对传感器序列号进行排序、存储即可，实现方式简单，测控程序通用性好。开机后按下面板上的“确定”按键进入主菜单，通过上、下按键选择“电缆编号”，按“确定”键进入电缆编号界面，“电缆编号”功能标记位置信息的过程中有两种标记方式，通过面板键盘的上、下按键选择“统一编号”和“分层编号”，“统一编号”是将所有传感器按照从小到大的顺序逐个编号，也就是将位置信息写入EEPROM的TL寄存器中，只需要一个参数即可定位位置信息。“分层编号”是通过两个参数定位位置信息，这两个参数分别是分支号和层号。根据不同的应用场景一根电缆可以分为多个分支，每个分支再按照方式一的方式编号，分支号写入EEPROM的TH寄存器，层号写入TL寄存器。客户根据应用场景选择其中的一种编号方式，方便快捷。

无线智能汇聚终端支持实时检测温湿度功能。用户通过主菜单点击进入温湿度检测窗口，输入方法通过面板上的上、下按键进行数字的加减，输入数据采集终端数量完毕后点击“确定”，由于系统采用全无线节能设计方案，数据采集终端在没有采集任务时处于休眠状态，所以用户点击“确定”后无线智能汇聚终端首先会通过无线通信模块发送一定数量的唤醒包数据来唤醒数据采集终端，唤醒包发送完毕无线智能汇聚终端进入接收状态并显示“数据采集中…”。数据采集终端被唤醒后对挂接在数据采集终端上的单总线式DS18B20数字电缆进行温度数据采集或者对挂接在数据采集终端上的湿度传感器进行湿度采集，无线数据采集终端采集完数据根据终端自身的终端号进行一定时间的延迟，所有无线数据采集终端按照时间队列进行数据上传，上传完成后数据采集终端再次进入休眠状态。无线智能汇聚终端接收到数据采集终端的温湿度数据后，通过LCD显示屏将实际的温湿度数据呈现给用户，由于显示屏的大小限制，采用分页显示的方式，并会在最后一页显示最高温度和最高湿度的大小，同时根据仓库号和终端号，第二中央处理器通过同步时钟模块获取当前时间，将数据加上时间戳后自动存储在SD卡，以便查询。用户可以通过选中主菜单上的“历史记录”项，查看按照时间戳，仓库号存放的历史记录，点击某个时间的记录后，无线智能汇聚终端会向用户提示“显示数据”和“打印数据”两个子菜单项，若选中“显示数据”子菜单项，将根据仓库号与终端号从小到大逐个显示对应传感器的位置信息和温度信息；若选中“打印数据”子菜单项，可通过数据线将微型打印机连接至无线智能汇聚终端后，点击“确定”，打印该条历史记录数据，管理者进行查看和保存。

根据用户的需求，系统可以进行定时巡检。无需人工到场，只需在客户需要时，来现场查看数据即可。用户点击主菜单下的“定时巡检”，系统提示输入仓的数量和巡检时间间隔，系统默认从第一个仓开始巡检，巡检时间间隔以小时为单位，最大为24小时，输入方法通过面板上的上、下按键进行数字加减，输入完毕点击“确定”，系统会自动按照用户的设置，定时的采集现场数据并保存，等待用户查看。使用定时巡检功能要保证各仓与无线智能汇聚终端在可通信的范围内，否则可能无法采集到温湿度数据。

使用定时巡检功能的优点是无需人工到场，可自动检测温湿度数据并保存，如果用户无法到现场查看数据就不能及时了解粮食的状态信息。为此，无线智能汇聚终端支持短信报警功能，通过主菜单下的“系统设置”目录下的“报警设置”选项，设置温湿度的最高报警值，报警值由用户手动输入，系统默认值温度为35度，湿度为80％。输入方法通过面板上的上、下按键进行数值的加减，输入完毕后点击“确定”即可。系统在每次巡检完毕后会对数据进行分析，如果有温湿度值超过预设的报警值，系统会将包括仓号、无线数据采集终端号以及最高温湿度数据通过短信的方式发送到指定的手机上，供用户查看。用户的手机号码，需要通过串口写入方式。工业级3G模块除了支持短信报警外，还支持远程数据传输。利用3G模块的UDP数据传输功能可将检测的温湿度数据通过3G模远程传送到服务器平台供用户远程查看。

本实用新型易结构简单，成本低廉，使用方便，功耗较低，智能报警，安装和维护简单等优点，利用了载波唤醒机制有效的降低了温湿度数据采集终端的功耗，提升了采集终端的使用寿命，利用短信报警功能可及时掌控温湿度数据的变化，具有实用价值。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，其特征在于：包括无线智能汇聚终端(1)、无线温湿度数据采集终端(2)，所述无线温湿度数据采集终端(2)包括第二中央处理器(25)、无线收发模块(21)、传感器接口(22)、拨码开关(24)和综合电源模块(23)，其中所述第二中央处理器(25)电连接所述无线收发模块(21)、所述传感器接口(22)、所述拨码开关(24)和所述综合电源模块(23)；所述无线智能汇聚终端(1)包括第一中央处理器(10)、无线通信模块(18)、3G模块(16)、存储模块(11)、电源模块(19)、键盘(15)、显示模块(17)、打印模块(12)和同步时钟模块(13)，其中所述第一中央处理器(10)电连接所述无线通信模块(18)、所述3G模块(16)、所述存储模块(11)、所述电源模块(19)、所述键盘(15)、所述显示模块(17)、所述打印模块(12)和所述同步时钟模块(13)。

2.根据权利要求书1所述的温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，其特征在于：所述无线通信模块(18)采用型号为Si4432的无线透传模块，该模块支持433Mhz和470Mhz频段，实际应用时通过拨码开关可灵活配置使用频段，利用其载波唤醒机制，实现系统的低功耗数据采集、传输。

3.根据权利要求书1所述的温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，其特征在于：所述第二中央处理器(25)为AVR系列单片机，支持3.3V-5V供电，通过外部晶振频率的选择，可在满足功能实现速度的基础上，进一步降低单片机功耗，所述第一中央处理器(10)的型号为MCUAtmega128L，所述第二中央处理器(25)的型号为MCUAtmega16L。

4.根据权利要求书1所述的温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，其特征在于：所述综合电源模块(23)为包含充电的3.7V聚合物锂电池模块，该聚合物锂电池模块具有充放电保护电路，可外接12V/1A或18V/1A太阳能电池板，其壳体上设置有能显示充电状态的LED指示灯。

5.根据权利要求书1所述的温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，其特征在于：所述无线智能汇聚终端(1)支持单总线DS18B20测温电缆的编号和数据采集，支持对所述无线温湿度数据采集终端(2)的定时巡检和实时检测功能，能够对所述无线温湿度数据采集终端(2)的数据进行接收与存储，能够对接收数据进行温湿度上下限的判定，如有超限情况，立即通过工业级MC86303G模块进行短信报警，可采用工业级MC86303G模块的UDP网络数据传输模式进行数据的远程传输。

6.根据权利要求书1所述的温湿度数据的无线低功耗智能检测装置，其特征在于：所述综合电源模块(23)包含的太阳能供电由12V/1A或18V/1A太阳能电池板、降压电路、稳压电路组成，可稳定输出4.2V/1A电压供无线温湿度数据采集终端正常工作，并同时可供聚合物锂电池充电，采用太阳能供电可充分利用可再生资源，具有环保意义。