一種超低功耗基于無線傳輸的數據采集系統的制作方法

本實用新型涉及領域，具體涉及一種超低功耗基于無線傳輸的數據采集系統。

背景技術：

隨著物聯網以及智能硬件行業的興起，越來越多的產品將帶有無線通訊能力。

無線傳輸采集設備已廣泛應用于各行各業。在冷庫冷鏈行業，由于需要長期運行于低溫環境(20℃以下)，數據采集設備多采用方案為：有線方式接入溫度傳感器及采用溫度記錄儀事后監控方式。該方案一般都需要外接電源供電。而對于采用無線連接方案，其無線采集網關(或稱中控)與無線傳感器(或稱蜂巢)的通信距離近，甚至只能達到數米范圍，沒有實現地理位置實時定位功能。

針對的低溫環境的庫冷鏈行業特點，需解決的問題如下：無線采集網關(中控)與無線傳感器(蜂巢)之間傳輸通信距離過近，無線傳感器(蜂巢)長期適應于低溫環境下實時在線監控的需要，無線傳感器(蜂巢)需要外接市電供電才能長期工作，無線采集網關(中控)地理位置的實時定位且斷電后依舊能在3天內繼續上傳當時的地理位置，以定位設備的去向。

這個問題產生的原因在于選取無線通信距離要求遠，對應的無線模組選取較難；無線傳感器長期運行于低溫環境下，對各元器件性能要求嚴酷；無線傳感器(蜂巢)需采用電池供電，選取適配電池較難；無線傳感器(蜂巢)需要超低低功耗運行，工作機制過程比較復雜；無線采集網關(中控)在斷電情況下，也是電池供電工作，同樣需要超低低功耗運行，工作機制過程也很復雜；上述原因在一個監控系統中須全部解決，任一要求沒解決，會導致系統性能大幅下降，功能無法滿足實際需要。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于針對上述現有技術中存在的問題，提出一種超低功耗基于無線傳輸的數據采集系統，實現傳感器長期在低溫環境下實時在線監控，并定位網關設備。

為達到上述實用新型的目的，本實用新型通過以下技術方案實現：

一種超低功耗基于無線傳輸的數據采集系統，云端平臺、與云端平臺通過移動網絡模塊進行通信的網關、與網關通過無線模塊進行數據通信的至少一個蜂巢，所述網關采用市電供電，蜂巢包括有單片機和與單片機通信連接的傳感器，所述蜂巢還包括：為傳感器定時上電的電源管理模塊、與電源管理模塊電性連接的電池；所述蜂巢的單片機包括有數據選通模塊和自斷電模塊，所述數據選通模塊接收傳感器的檢測數據，并向無線模塊發送在檢測參數閾值范圍內的檢測數據；所述自斷電模塊用以關閉傳感器，其與電源管理模塊通信連接；所述網關接收通過無線模塊傳送的檢測數據并通過移動網絡模塊向云端平臺發送。

進一步，所述傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、紅外傳感器和/或振動傳感器，所述檢測數據包括溫度數據、濕度數據、距離數據和/或振動數據，所述數據選通模塊分別接收溫度傳感器、濕度傳感器、紅外傳感器或振動傳感器的數據，對溫度傳感器選通處于溫度閾值范圍內的溫度數據，對濕度傳感器選通處于濕度閾值范圍內的濕度數據、對于紅外傳感器選通處于距離閾值范圍內的紅外數據、對于振動傳感器選通處于振動頻率閾值范圍內的振動數據。

進一步，所述網關還包括有存儲模塊和云端通信檢測模塊，所述云端通信檢測模塊用以檢測網關與云端平臺是否通信中斷，所述存儲模塊接受云端通信檢測模塊的控制命令，以存儲無線模塊傳送的數據。

進一步，所述網關還包括有wifi定位模塊，所述wifi定位模塊用以通過wifi信號和移動網絡信號獲取地理位置數據，所述地理位置數據通過移動網絡模塊上傳云端平臺。

進一步，所述移動網絡模塊采用GPRS、CDMA、3g或者4G網絡模式。

進一步，所述網關還采用電池供電。

進一步，所述網關還包括有第二溫度傳感器和下行串口，所述第二溫度傳感器用以檢測網關的環境溫度，所述下行串口用以通過有線聯線方式接入有線溫度探頭或智能串口。

進一步，所述蜂巢的第一電源管理模塊采用TI公司的TPL5110芯片進行電源管理。

本實用新型的一種超低功耗基于無線傳輸的數據采集系統，采用看門狗機制，實現對各傳感器的上電工作，并由蜂巢的單片機根據傳感器數據傳輸周期，對傳感器斷電，實現各傳感器的非帶電待機，大大節省了電池電源的消耗；利用WIFI定位模塊，實現定位功能，使WIFI和GPRS同時獲取地理位置數據，再在云端后臺通過算法處理，將定位精度提升到50米以內，價格上比GPS定位要便宜。性價比極高；本采集系統及方法具備擴展性，網關可以接入多個蜂巢，可以擴展數量理論上不受限制，還有通過約定的對碼匹配關系實現通信白名單機制。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種超低功耗基于無線傳輸的數據采集系統的結構示意圖。

圖2為本實用新型的一種超低功耗基于無線傳輸的數據采集系統的工作流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部實施例。

傳統的無線傳感器，在下文統稱為蜂巢，都是采用單片機睡眠方式實現低功耗，但該模式實際上單片機及周邊電路與傳感器仍是上電狀態，隨時隨刻都在消耗電池的電量。

實施例

參看圖1，為本實用新型的一種超低功耗基于無線傳輸的數據采集系統的結構示意圖。本實用新型的數據采集系統為了克服上述電池持續消耗的問題，采用如下實施例的方案：

本方案包括有云端平臺3、與云端平臺3通過移動網絡模塊25進行通信的網關2、與網關2通過第一、第二無線模塊16、24進行數據通信的至少一個蜂巢1，所述網關2采用市電供電，蜂巢1包括有第一單片機11和與第一單片機11通信連接的傳感器，網關2也包括有作為控制中心的第二單片機21，所述第一、第二單片機11、21均為超低功耗單片機；所述蜂巢1還包括：為傳感器定時上電的第一電源管理模塊12、與第一電源管理模塊12電性連接的第一電池13；所述蜂巢1的第一單片機11包括有數據選通模塊(未圖示)和自斷電模塊(未圖示)，所述數據選通模塊接收傳感器的檢測數據，并向第一無線模塊16發送在檢測參數閾值范圍內的檢測數據；所述自斷電模塊用以關閉傳感器，其與第一電源管理模塊12通信連接；所述網關2接收通過第一、第二無線模塊16、24傳送的檢測數據并通過移動網絡模塊25向云端平臺3發送。

作為具體實施例，所述傳感器包括溫度傳感器14、濕度傳感器15、紅外傳感器(未圖示)和/或振動傳感器(未圖示)，所述檢測數據包括溫度數據、濕度數據、距離數據和/或振動數據，所述數據選通模塊分別接收溫度傳感器14、濕度傳感器15、紅外傳感器或振動傳感器的數據，對溫度傳感器14選通處于溫度閾值范圍內的溫度數據，對濕度傳感器15選通處于濕度閾值范圍內的濕度數據、對于紅外傳感器選通處于距離閾值范圍內的紅外數據、對于振動傳感器選通處于振動頻率閾值范圍內的振動數據。

以溫度傳感器14和濕度傳感器15為例說明數據選通模塊。所述溫度傳感器14、濕度傳感器15的溫度數據和濕度數據均是通過至少兩次連續采樣后做加權算術平均獲得的，數據選通模塊判斷溫度數據是否處于60℃與-40℃的溫度閾值范圍內，是才會發送該溫度數據，數據選通模塊判斷濕度數據是否處于99.9與0之間的濕度閾值范圍內，是才會發送濕度數據。

所述第一單片機對檢測數據的處理示例如下：

每次傳感器的數據傳輸周期，第一單片機向傳感器連續采集7次，用遞歸算法去掉一個最大值和一個最小值，若采集次數較少為2至3次，不做最大值與最小值的刪除，對其它值通過加權算術平均數法算出平均值，其公式為：

其中n為扣除最大值與最小值后的剩余采集次數，f為權重，x₁至x_k為采樣值，k為序號。

進一步，所述網關2還包括有存儲模塊(未圖示)和云端通信檢測模塊(未圖示)，所述云端通信檢測模塊用以檢測網關2與云端平臺3是否通信中斷，所述存儲模塊接受云端通信檢測模塊的控制命令，以存儲第一、第二無線模塊16、24傳送的檢測數據。通過上述模塊，網關2在與云端平臺3通信中斷時，會將蜂巢1的檢測數據進行本地存儲，待網關2與云端平臺3通信恢復后將蜂巢1的檢測數據再上傳，以保證數據不會丟失；

進一步，所述網關2還包括有wifi定位模塊26，所述wifi定位模塊26用以通過wifi信號和移動網絡信號獲取地理位置數據，所述地理位置數據通過移動網絡模塊25上傳云端平臺，通過云端平臺3后臺的數據處理，可以將定位精度提升至50米以內，所述數據處理為采用加權算術平均數法和群是分析法相結合。

進一步，所述移動網絡模塊25采用GPRS、CDMA、3g或者4G網絡模式。

進一步，所述網關2還采用第二電池29供電，以防市電停電時還能繼續定時發送地理位置。

進一步，所述蜂巢1的第一電源管理模塊12采用TI公司的TPL5110芯片進行電源管理。

作為另一個實施例，網關2還包括有第二溫度傳感器27和下行串口28，所述第二溫度傳感器27用以檢測網關2的環境溫度，所述下行串口28用以通過有線聯線方式接入有線溫度探頭或智能串口,實現靈活布置監控點的作用,可節省一個蜂巢的成本。

參看圖2的工作流程示意圖,所述超低功耗基于無線傳輸的數據采集系統，蜂巢1傳感器上電啟動由TPL5110芯片的第一電源管理模塊1控制，斷電由第一單片機11自己決定，可以實現傳感器的非帶電待機工作，具體工作流程如下：

步驟1，網關2與蜂巢1通過約定的對碼匹配關系，實現第一、第二無線模塊16、24的通信；

步驟2，設定蜂巢1傳感器的數據通信周期，在其數據通信周期外采用看門狗定時上電機制的第一電源管理模塊1，每隔設定時間段為蜂巢1的傳感器上電，所述傳感器的數據通信周期設置在設定時間段內；

步驟3，通過第一單片機11控制傳感器連續采樣至少2次，對采樣的檢測數據計算其加權算數平均值；

步驟4，判斷檢測數據的加權算數平均值是否處于參數閾值范圍內，是則將該檢測數據發送給網關，否則發出告警信息以便檢查排除故障；

步驟5，傳感器的數據通信周期結束后，蜂巢單片機向電源管理模塊發送關閉指令，使傳感器斷電。

步驟8，檢測云端平臺是否通信中斷，是則將網關接收的檢測數據進行本地存儲，待云端通信恢復后將所存檢測數據上傳。

步驟7，網關通過wifi模塊檢測wifi信號和移動網絡信號，以獲取地理位置數據，并將地理位置數據發送給云端平臺，所述云端平臺通過加權算數平均數法和趨勢分析法，實現網關的定位，并將定位精度提升到50米以內。

對于步驟3，還包括步驟31，當單片機從傳感器連續采樣的次數大于等于4次時，對采樣數據用遞歸算法去掉一個最大值和一個最小值后，再對采樣數據做加權算術平均。

使用本實用新型中的方法方案中，在五個方面做出了技術改進：

1、傳統無線傳感器在待機時，都是采用單片機睡眠方面來實現低功耗，這種模式實際上單片機及周邊電路還是上電的。本實用新型直接采用看門狗機制直接關斷全部電源方法，大大節省了電池電源的消耗。

2、蜂巢的單片機除采用超低功耗單片機外，壓縮運行時長且只要任務運行完成，單片機可主動關閉電源，以最大化省電。

3、本實用新型，采用TI的433Mhz芯片，在實現低功耗的同時，通信距離比BLE等更遠。

4、本方法具備擴展性，網關可以接入多個蜂巢，可以擴展數量理論上不受限制，還有通信白名單機制。

5、可以利用WIFI定位功能，使WIFI和GPRS同時獲取地理位置數據，再通過算法處理，將定位精度提升到50米以內；價格上比GPS定位要便宜。性價比極高。

6、傳統的傳感器一般需要外接電源，安裝布線都較為不便。本方法蜂巢內置電池工作，安裝不需要布線。

7、本方法的網關在外接供電停電后，還可以用內置電池供電工作，發送地理位置，可以廣泛應用于防盜，資產管理，移動位置軌跡監控等領域。

8、本實用新型的網關設備，接口擴展豐富，可接入有線溫度探頭及下行串口。

上述實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或者等同替換；而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。