本實(shí)用新型涉及領(lǐng)域，具體涉及一種超低功耗基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著物聯(lián)網(wǎng)以及智能硬件行業(yè)的興起，越來越多的產(chǎn)品將帶有無線通訊能力。

無線傳輸采集設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在冷庫冷鏈行業(yè)，由于需要長期運(yùn)行于低溫環(huán)境(20℃以下)，數(shù)據(jù)采集設(shè)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(jiān)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(wǎng)關(guān)(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(dá)到數(shù)米范圍，沒有實(shí)現(xiàn)地理位置實(shí)時定位功能。

針對的低溫環(huán)境的庫冷鏈行業(yè)特點(diǎn)，需解決的問題如下：無線采集網(wǎng)關(guān)(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(yīng)于低溫環(huán)境下實(shí)時在線監(jiān)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(wǎng)關(guān)(中控)地理位置的實(shí)時定位且斷電后依舊能在3天內(nèi)繼續(xù)上傳當(dāng)時的地理位置，以定位設(shè)備的去向。

這個問題產(chǎn)生的原因在于選取無線通信距離要求遠(yuǎn)，對應(yīng)的無線模組選取較難；無線傳感器長期運(yùn)行于低溫環(huán)境下，對各元器件性能要求嚴(yán)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(yùn)行，工作機(jī)制過程比較復(fù)雜；無線采集網(wǎng)關(guān)(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(yùn)行，工作機(jī)制過程也很復(fù)雜；上述原因在一個監(jiān)控系統(tǒng)中須全部解決，任一要求沒解決，會導(dǎo)致系統(tǒng)性能大幅下降，功能無法滿足實(shí)際需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種超低功耗基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傳感器長期在低溫環(huán)境下實(shí)時在線監(jiān)控，并定位網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

為達(dá)到上述實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種超低功耗基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，云端平臺、與云端平臺通過移動網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)、與網(wǎng)關(guān)通過無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的至少一個蜂巢，所述網(wǎng)關(guān)采用市電供電，蜂巢包括有單片機(jī)和與單片機(jī)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(jī)包括有數(shù)據(jù)選通模塊和自斷電模塊，所述數(shù)據(jù)選通模塊接收傳感器的檢測數(shù)據(jù)，并向無線模塊發(fā)送在檢測參數(shù)閾值范圍內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)；所述自斷電模塊用以關(guān)閉傳感器，其與電源管理模塊通信連接；所述網(wǎng)關(guān)接收通過無線模塊傳送的檢測數(shù)據(jù)并通過移動網(wǎng)絡(luò)模塊向云端平臺發(fā)送。

進(jìn)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(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、距離數(shù)據(jù)和/或振動數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，對溫度傳感器選通處于溫度閾值范圍內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，對濕度傳感器選通處于濕度閾值范圍內(nèi)的濕度數(shù)據(jù)、對于紅外傳感器選通處于距離閾值范圍內(nèi)的紅外數(shù)據(jù)、對于振動傳感器選通處于振動頻率閾值范圍內(nèi)的振動數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)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(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述網(wǎng)關(guān)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(wǎng)絡(luò)信號獲取地理位置數(shù)據(jù)，所述地理位置數(shù)據(jù)通過移動網(wǎng)絡(luò)模塊上傳云端平臺。

進(jìn)一步，所述移動網(wǎng)絡(luò)模塊采用GPRS、CDMA、3g或者4G網(wǎng)絡(luò)模式。

進(jìn)一步，所述網(wǎng)關(guān)還采用電池供電。

進(jìn)一步，所述網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)的環(huán)境溫度，所述下行串口用以通過有線聯(lián)線方式接入有線溫度探頭或智能串口。

進(jìn)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(jìn)行電源管理。

本實(shí)用新型的一種超低功耗基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用看門狗機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對各傳感器的上電工作，并由蜂巢的單片機(jī)根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)傳輸周期，對傳感器斷電，實(shí)現(xiàn)各傳感器的非帶電待機(jī)，大大節(jié)省了電池電源的消耗；利用WIFI定位模塊，實(shí)現(xiàn)定位功能，使WIFI和GPRS同時獲取地理位置數(shù)據(jù)，再在云端后臺通過算法處理，將定位精度提升到50米以內(nèi)，價格上比GPS定位要便宜。性價比極高；本采集系統(tǒng)及方法具備擴(kuò)展性，網(wǎng)關(guān)可以接入多個蜂巢，可以擴(kuò)展數(shù)量理論上不受限制，還有通過約定的對碼匹配關(guān)系實(shí)現(xiàn)通信白名單機(jī)制。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的一種超低功耗基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的一種超低功耗基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作流程示意圖。

具體實(shí)施方式

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

傳統(tǒng)的無線傳感器，在下文統(tǒng)稱為蜂巢，都是采用單片機(jī)睡眠方式實(shí)現(xiàn)低功耗，但該模式實(shí)際上單片機(jī)及周邊電路與傳感器仍是上電狀態(tài)，隨時隨刻都在消耗電池的電量。

實(shí)施例

參看圖1，為本實(shí)用新型的一種超低功耗基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為了克服上述電池持續(xù)消耗的問題，采用如下實(shí)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(wǎng)絡(luò)模塊25進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)2、與網(wǎng)關(guān)2通過第一、第二無線模塊16、24進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的至少一個蜂巢1，所述網(wǎng)關(guān)2采用市電供電，蜂巢1包括有第一單片機(jī)11和與第一單片機(jī)11通信連接的傳感器，網(wǎng)關(guān)2也包括有作為控制中心的第二單片機(jī)21，所述第一、第二單片機(jī)11、21均為超低功耗單片機(jī)；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(jī)11包括有數(shù)據(jù)選通模塊(未圖示)和自斷電模塊(未圖示)，所述數(shù)據(jù)選通模塊接收傳感器的檢測數(shù)據(jù)，并向第一無線模塊16發(fā)送在檢測參數(shù)閾值范圍內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)；所述自斷電模塊用以關(guān)閉傳感器，其與第一電源管理模塊12通信連接；所述網(wǎng)關(guān)2接收通過第一、第二無線模塊16、24傳送的檢測數(shù)據(jù)并通過移動網(wǎng)絡(luò)模塊25向云端平臺3發(fā)送。

作為具體實(shí)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(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、距離數(shù)據(jù)和/或振動數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，對溫度傳感器14選通處于溫度閾值范圍內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，對濕度傳感器15選通處于濕度閾值范圍內(nèi)的濕度數(shù)據(jù)、對于紅外傳感器選通處于距離閾值范圍內(nèi)的紅外數(shù)據(jù)、對于振動傳感器選通處于振動頻率閾值范圍內(nèi)的振動數(shù)據(jù)。

以溫度傳感器14和濕度傳感器15為例說明數(shù)據(jù)選通模塊。所述溫度傳感器14、濕度傳感器15的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)均是通過至少兩次連續(xù)采樣后做加權(quán)算術(shù)平均獲得的，數(shù)據(jù)選通模塊判斷溫度數(shù)據(jù)是否處于60℃與-40℃的溫度閾值范圍內(nèi)，是才會發(fā)送該溫度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)選通模塊判斷濕度數(shù)據(jù)是否處于99.9與0之間的濕度閾值范圍內(nèi)，是才會發(fā)送濕度數(shù)據(jù)。

所述第一單片機(jī)對檢測數(shù)據(jù)的處理示例如下：

每次傳感器的數(shù)據(jù)傳輸周期，第一單片機(jī)向傳感器連續(xù)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(shù)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(quán)算術(shù)平均數(shù)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(shù)，f為權(quán)重，x₁至x_k為采樣值，k為序號。

進(jìn)一步，所述網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)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(shù)據(jù)。通過上述模塊，網(wǎng)關(guān)2在與云端平臺3通信中斷時，會將蜂巢1的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲，待網(wǎng)關(guān)2與云端平臺3通信恢復(fù)后將蜂巢1的檢測數(shù)據(jù)再上傳，以保證數(shù)據(jù)不會丟失；

進(jìn)一步，所述網(wǎng)關(guān)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(wǎng)絡(luò)信號獲取地理位置數(shù)據(jù)，所述地理位置數(shù)據(jù)通過移動網(wǎng)絡(luò)模塊25上傳云端平臺，通過云端平臺3后臺的數(shù)據(jù)處理，可以將定位精度提升至50米以內(nèi)，所述數(shù)據(jù)處理為采用加權(quán)算術(shù)平均數(shù)法和群是分析法相結(jié)合。

進(jìn)一步，所述移動網(wǎng)絡(luò)模塊25采用GPRS、CDMA、3g或者4G網(wǎng)絡(luò)模式。

進(jìn)一步，所述網(wǎng)關(guān)2還采用第二電池29供電，以防市電停電時還能繼續(xù)定時發(fā)送地理位置。

進(jìn)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(jìn)行電源管理。

作為另一個實(shí)施例，網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)2的環(huán)境溫度，所述下行串口28用以通過有線聯(lián)線方式接入有線溫度探頭或智能串口,實(shí)現(xiàn)靈活布置監(jiān)控點(diǎn)的作用,可節(jié)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?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，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(jī)11自己決定，可以實(shí)現(xiàn)傳感器的非帶電待機(jī)工作，具體工作流程如下：

步驟1，網(wǎng)關(guān)2與蜂巢1通過約定的對碼匹配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)第一、第二無線模塊16、24的通信；

步驟2，設(shè)定蜂巢1傳感器的數(shù)據(jù)通信周期，在其數(shù)據(jù)通信周期外采用看門狗定時上電機(jī)制的第一電源管理模塊1，每隔設(shè)定時間段為蜂巢1的傳感器上電，所述傳感器的數(shù)據(jù)通信周期設(shè)置在設(shè)定時間段內(nèi)；

步驟3，通過第一單片機(jī)11控制傳感器連續(xù)采樣至少2次，對采樣的檢測數(shù)據(jù)計算其加權(quán)算數(shù)平均值；

步驟4，判斷檢測數(shù)據(jù)的加權(quán)算數(shù)平均值是否處于參數(shù)閾值范圍內(nèi)，是則將該檢測數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，否則發(fā)出告警信息以便檢查排除故障；

步驟5，傳感器的數(shù)據(jù)通信周期結(jié)束后，蜂巢單片機(jī)向電源管理模塊發(fā)送關(guān)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(wǎng)關(guān)接收的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲，待云端通信恢復(fù)后將所存檢測數(shù)據(jù)上傳。

步驟7，網(wǎng)關(guān)通過wifi模塊檢測wifi信號和移動網(wǎng)絡(luò)信號，以獲取地理位置數(shù)據(jù)，并將地理位置數(shù)據(jù)發(fā)送給云端平臺，所述云端平臺通過加權(quán)算數(shù)平均數(shù)法和趨勢分析法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的定位，并將定位精度提升到50米以內(nèi)。

對于步驟3，還包括步驟31，當(dāng)單片機(jī)從傳感器連續(xù)采樣的次數(shù)大于等于4次時，對采樣數(shù)據(jù)用遞歸算法去掉一個最大值和一個最小值后，再對采樣數(shù)據(jù)做加權(quán)算術(shù)平均。

使用本實(shí)用新型中的方法方案中，在五個方面做出了技術(shù)改進(jìn)：

1、傳統(tǒng)無線傳感器在待機(jī)時，都是采用單片機(jī)睡眠方面來實(shí)現(xiàn)低功耗，這種模式實(shí)際上單片機(jī)及周邊電路還是上電的。本實(shí)用新型直接采用看門狗機(jī)制直接關(guān)斷全部電源方法，大大節(jié)省了電池電源的消耗。

2、蜂巢的單片機(jī)除采用超低功耗單片機(jī)外，壓縮運(yùn)行時長且只要任務(wù)運(yùn)行完成，單片機(jī)可主動關(guān)閉電源，以最大化省電。

3、本實(shí)用新型，采用TI的433Mhz芯片，在實(shí)現(xiàn)低功耗的同時，通信距離比BLE等更遠(yuǎn)。

4、本方法具備擴(kuò)展性，網(wǎng)關(guān)可以接入多個蜂巢，可以擴(kuò)展數(shù)量理論上不受限制，還有通信白名單機(jī)制。

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

6、傳統(tǒng)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(nèi)置電池工作，安裝不需要布線。

7、本方法的網(wǎng)關(guān)在外接供電停電后，還可以用內(nèi)置電池供電工作，發(fā)送地理位置，可以廣泛應(yīng)用于防盜，資產(chǎn)管理，移動位置軌跡監(jiān)控等領(lǐng)域。

8、本實(shí)用新型的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，接口擴(kuò)展豐富，可接入有線溫度探頭及下行串口。

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