超低功耗便携式地温采集装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超低功耗便携式地温采集装置和方法，以解决现有的现有的便携式地温采集装置功耗较高，不能长时间工作在野外无电状态的问题。该地温采集装置包括数据采集系统和数据整理系统，数据采集系统的第一UART接口与数据整理系统的第二UART接口连接，数据采集系统包括第一单片机、实时时钟模块、温度传感器模块、存储器模块、电源管理模块；数据整理系统包括第二单片机、SD卡模块、LCD显示模块、第二UART接口。温度传感器模块采用八路温度采集，可以同时测量多点的温度，具有超低功耗、便携易操作、低成本、高精度、便于扩展、适用范围广等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地温测量领域，具体涉及一种。
技术介绍
现有的地温采集装置一般存在以下几个问题:1)现有的地温测量装置大多为模拟温度传感器，使用起来不直观，操作不方便；2) —般的便携式地温采集装置只能进行单点数据测量，而且成本较高，不能对数据进行记录，功能较为单一 ；3)现有的便携式地温采集装置功耗较高，不能长时间工作在野外无电状态；4)现有的便携式带存储功能的地温采集装置只能将数据记录在数字存储器中，数据不直观，用户要经过复杂的操作才能得到相应的数据；5)现有的便携式地温采集设备通信方式单一，不利于大规模使用和测试；6)现有便携式地温采集设备不具备远程控制功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种便携式超低功耗的地温采集装置，以解决现有的现有的便携式地温采集装置功耗较高，不能长时间工作在野外无电状态的问题；以及现有便携式地温采集装置只能进行单点数据测量，而且成本较高，不能对数据进行记录，功能较为单一的问题。 本专利技术的另一个目的是提供一种便携式超低功耗的地温采集方法。 本专利技术技术方案如下:一种超低功耗便携式地温采集装置，包括数据采集系统，它还包括数据整理系统，数据采集系统的第一 UART接口与数据整理系统的第二 UART接口连接，数据采集系统包括第一单片机、实时时钟模块、温度传感器模块、存储器模块、电源管理模块，第一单片机通过第一 I2C接口与实时时钟模块相连，第一单片机与温度传感器模块相连，第一单片机还与存储器模块及电源管理模块相连；实时时钟模块通过输出报警信号唤醒休眠状态的第一单片机，第一单片机读取当前实时时钟模块的时间，控制温度传感器模块进行数据采集，然后将数据写入存储器模块；数据整理系统包括第二单片机、SD卡模块、IXD显示模块、第二 UART接口 ；SD卡模块和IXD显示模块通过SPI接口接在第二单片机上，第二 UART接口用于数据采集系统的测试，第二单片机的第二 I2C接口与数据采集系统的第一 12C接口连接，读取存储器模块的数据。写入TXT文档并保存在SD卡或U盘里，IXD用于显示状态信息。数据整理系统还带有USB接口 26，具有接口多处理速度快等优点。数据采集系统的UART接口可以外接蓝牙、Zigbee或其他UART无线模块，用于使用PC或者手机系统调试测量。 优选地，温度传感器模块采用2组共8个传感器，第一组由第一传感器WD0、第二传感器WD1、第三传感器WD2和第四传感器WD3组成，第二组由第五传感器WD4、第六传感器WD5、第七传感器WD6和第八传感器WD7组成，2组传感器公用四个上拉电阻，即第一上拉电阻RP1、第二上拉电阻RP2、第三上拉电阻RP3、第四上拉电阻RP4，第一上拉电阻RP1、第二上拉电阻RP2、第三上拉电阻RP3、第四上拉电阻RP4的一端共同连接在电源VCC上，第一上拉电阻(RPl)的另一端接到第一传感器(DWO)和第五传感器(DW4)的第二引脚，然后接到第一单片机的同一 I/O端口上，第二上拉电阻(RP2)的另一端接到第二传感器(DWl)和第六传感器(DW5)的第二引脚，然后接到第一单片机的同一控制端口上，第三上拉电阻(RP3)的另一端接到第三传感器(DW2)和第七传感器(DW6)的第二引脚，然后接到第一单片机的同一控制端口上，第四上拉电阻(RP4)的另一端接到第四传感器(DW3)和第八传感器(DW7)的第二引脚，然后接到第一单片机的同一控制端口 ；第一传感器WD0、第二传感器WD1、第三传感器WD2和第四传感器(WD3)的第一引脚接到第一电源VCCl上，第五传感器WD4、第六传感器WD5、第七传感器WD6和第八传感器WD7的第一引脚接到第二电源电源VCC2上；总电源(VCC)上连接第一三极管(Ql)和第二三极管(Q2)的I号引脚，第一三极管(Ql)的二号引脚连接第一限流电阻Rql的一端，同时第一限流电阻Rql的另一端连接第一单片机的的控制端口，第一三极管(Ql)的第三引脚输出为第一电源VCC1，连接第一组传感器的第一管脚；第二三极管(Q2)的第二引脚连接第二限流电阻Rq2的一端，而第二限流电阻Rq2的另一端连接到第一单片机的控制端口，第二三极管(Q2)的第三引脚输出为第二电源VCC2，连接第二组传感器的第一管脚。 优选地，电源管理模块采用外部输入电源，由外部电源输入端口 Jl输入到电荷泵(reg)，外部电源输入端口 Jl的2号引脚与地之间接上第二电容(C2)和第三电容(C3)，第二电容(C2)和第三电容(C3)的正极与电荷泵(reg)相接，电荷泵(reg)接到第一单片机的I/O端口上，由第一单片机控制电荷泵是否工作，总电源(VCC)为受第一单片机控制的电源，总电源(VCC)为电荷泵(reg)的输出端；电荷泵(reg)还接第八电容(C8)，电荷泵输出端接第五电容(C5)的一端。 优选的，第一单片机的控制芯片采用MSP430G2553，第二单片机的控制芯片采用MSP430F5529。 上述的一种超低功耗便携式地温采集装置进行地温采集的方法，步骤如下:A、初始化:首先初始化第一单片机的第一I2C接口和第一 UART接口，初始化实时时钟模块，此处初始化实时时钟模块主要是设置他的工作方式和产生中断信号的周期)，然后可以通过指令通过UART接口设置实时时钟模块的时间，存储器模块的起始地址等信息，也可以通过该接口查询仍可扩展)。如果没有指定输入，那么系统将进入低功耗模式单片机休目民，等待中断到来进而进行系统任务；B、读取时间和地址:读取实时时钟模块的时间，读取存储器模块的写入数据的时间和地址；C、温度测量:初始化第一I2C接口，进行多次温度的测量，求各个通道的温度值；D、读出日志信息:重新初始化第一I2C接口，将相关信息写入存储器并进行写入校验，通过第一 UART接口发送相关信息；关闭各模块电源，降低功耗；E、系统进入休眠状态；F、如果侦听到串口中断，系统根据串口命令进行相应的中断服务程序，完成后进入低功耗模式；G、如果是实时时钟模块的中断(采样中断信号)，则进行相应的温度测量并记录的任务，完成后进入低功耗模式。 本专利技术采用数据采集系统和数据整理系统分离的设计理念，有效降低了系统功耗和成本(减少了元器件)。本专利技术装置可以同时测量多点的温度，数据采集系统负责采集温度信息并存储，数据整理系统负责将存储器中的数据导出到SD卡或U盘中的TXT文件中，也可通过UART接口输入命令实现上述功能，方便通过远程终端获取数据，可以用于测试数据采集系统工作是否正常。具有超低功耗、便携易操作、低成本、高精度、便于扩展、适用范围广等优点。 本专利技术装置能同时测量不同深度的土层的温度，具有超低功耗、体积小、成本低、方便灵活、便于操作可长时间稳定工作在野外条件下。 本专利技术具有以下效益:1)超低功耗，本专利技术装置按每次测量温度持续Is来计算，工作电流为6mA，休眠时电流为1uA每隔一个小时测量一测温度，数据采集系统月功耗仅为9.12mAH，远远低于参考文献的1AH的月功耗:2)接口多，最多可以外接56路温度传感器；3)可以采用数字或模拟信号的温度传感器；4)供电方式灵活，可以采用干电池或者锂电池或太阳能等其他清洁能源；5 )配有调试接口，可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低功耗便携式地温采集装置，包括数据采集系统（1），其特征在于：它还包括数据整理系统（2），数据采集系统（1）的第一UART接口（17）与数据整理系统（2）的第二UART接口（22）连接，数据采集系统包括第一单片机（18）、实时时钟模块（11）、温度传感器模块（12）、存储器模块（14）、电源管理模块（13），第一单片机（18）通过第一I2C接口（16）与实时时钟模块（11）相连，第一单片机（18）与温度传感器模块（12）相连，第一单片机（18）还与存储器模块（14）及电源管理模块（13）相连，实时时钟模块通过输出报警信号唤醒休眠状态的第一单片机（18），第一单片机（18）读取当前实时时钟模块的时间，控制温度传感器模块（12）进行数据采集，然后将数据写入存储器模块；数据整理系统包括第二单片机（27）、SD卡模块（24）、LCD显示模块（23）、第二UART接口（22）；SD卡模块（24）和LCD显示模块（23）通过SPI接口（25）接在第二单片机（27）上，第二UART接口（22）用于数据采集系统的测试，第二单片机（27）的第二I2C接口（21）与数据采集系统的第一I2C接口（16）连接，读取存储器模块的数据。...

【技术特征摘要】
1.一种超低功耗便携式地温采集装置，包括数据采集系统(I)，其特征在于:它还包括数据整理系统(2)，数据采集系统(I)的第一 UART接口(17)与数据整理系统(2)的第二UART接口(22)连接，数据采集系统包括第一单片机(18)、实时时钟模块(11)、温度传感器模块(12)、存储器模块(14)、电源管理模块(13)，第一单片机(18)通过第一 12C接口(16)与实时时钟模块(11)相连，第一单片机(18)与温度传感器模块(12)相连,第一单片机(18)还与存储器模块(14)及电源管理模块(13)相连，实时时钟模块通过输出报警信号唤醒休眠状态的第一单片机(18)，第一单片机(18)读取当前实时时钟模块的时间，控制温度传感器模块(12)进行数据采集，然后将数据写入存储器模块；数据整理系统包括第二单片机(27)、SD卡模块(24)、LCD显示模块(23)、第二 UART接口(22) ；SD卡模块(24)和LCD显示模块(23)通过SPI接口(25)接在第二单片机(27)上，第二 UART接口(22)用于数据采集系统的测试，第二单片机(27)的第二 I2C接口(21)与数据采集系统的第一 I2C接口(16)连接，读取存储器模块的数据。2.根据权利要求1所述的超低功耗便携式地温采集装置，其特征在于:温度传感器模块采用2组共8个传感器，第一组由第一传感器(WDO)、第二传感器(WD1)、第三传感器(WD2)和第四传感器(WD3)组成，第二组由第五传感器(WD4)、第六传感器(WD5)、第七传感器(WD6)和第八传感器(WD7)组成，2组传感器公用四个上拉电阻，即第一上拉电阻(RP1)、第二上拉电阻(RP2)、第三上拉电阻(RP3)、第四上拉电阻(RP4)，第一上拉电阻(RP1)、第二上拉电阻(RP2 )、第三上拉电阻(RP3 )、第四上拉电阻(RP4 )的一端共同连接在总电源(VCC)上，第一上拉电阻(RPl)的另一端接到第一传感器(DWO)和第五传感器(DW4)的第二引脚，然后接到第一单片机的同一 I/O端口上，第二上拉电阻(RP2)的另一端接到第二传感器(Dffl)和第六传感器(DW5)的第二引脚，然后接到第一单片机的同一控制端口上，第三上拉电阻(RP3)的另一端接到第三传感器(DW2)和第七传感器(DW6)的第二引脚，然后接到第一单片机的同一控制端口上，第四上拉电阻(RP4)的另一端接到第四传感器(DW3)和第八传感器(DW7)的第二引脚，然后接到第一单片机的同一控制端口 ；第一传感器(WD0)、第二传感器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆滨，孙晓光，祝英，王浩，郑绪，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62