一种无线温湿度采集与监控系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种无线温湿度采集与监控系统。系统由无线数据采集单元的发射机、接收机以及PC上位监控机及单片机软件和上位机软件组成。发射机负责将传感器采集的温湿度数据通过射频发射电路发送出去，接收机负责接收来自发射机发出的信号，解码读取后送至接收机的串行通讯口。PC上位监控机通过与接收机串口连接的串口通信线读取相应的数据，在上位监控机的软件中显示、存储和转发。该系统具有设备小型化、硬件通用、组网灵活、造价低，无需复杂编程的特点。

A Wireless Temperature and Humidity Acquisition and Monitoring System

【技术实现步骤摘要】
一种无线温湿度采集与监控系统
本技术涉及数据采集与监控领域，具体为一种无线温湿度采集与监控系统。
技术介绍
温度和湿度监测是环境卫生、食品生产加工、生物医学研究、科学实验等场合不可缺少的工作内容，需要相应的管理系统进行数据的采集与管理。无线温湿度数据采集与监测系统相对于常规的机械式温度计、湿度计测量方法，在精度上、数据保存、监测范围以及工作效率方面都有质的提升。采用高精度的温度、湿度传感器并配合无线传输技术，使得测量结果一致性有了保证，并适合危险作业区域和无人值守场合的监测。PC上位机可以实现无线温度湿度数据的统一管理，用于快速分析、回放、转发等。当前与之相关的主流无线通信技术之一：WSN(无线传感网络)WSN是一种分布式网络系统，采用无线多跳的通信方式，其网络拓扑结构动态变化，具有自组织、自控制以及自适应等智能属性。由传感器节点、感知对象和观察者三个基本要素组成。WSN有平面网络、聚类分层网络、Mesh网络结构3种网络类型，传输最大距离可以超过1200米，WSN很适合做无线温湿度的采集应用。与之相关的主流无线技术还有如：NB-IoT、WIFI、蓝牙：(1)NB-IoT(窄带物联网)技术可以依托蜂窝网络，可直接部署GSM网络、UMTS网络或LTE网络，实现万物互联，故在传输距离，和连接数量上没有限制，因此使用该技术实现无线温湿度采集没有悬念。(2)LoRa是基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术。可实现所有网络拓扑。(3)WiFI技术则可以实现星型网络拓扑，具有54M甚至更高的数据传输率，传输距离100米范围内。应用该技术实现无线温湿度数据采集属于大材小用。(4)蓝牙技术则可以实现“微微网”和“散射网”连接。微微网结构中最少可以是2个设备，最多可以有8个设备连接，实现无线数据传输，距离在100米范围以内。为了拓展更多的设备连接，扩大网络通讯的范围，将多个微微网互联在一起，构成蓝牙自组织网，即散射网。由于是无线数据采集系统，无线通信技术及使用的通信协议是支撑整个系统的关键。目前常用的无线通信协议有ZigBee、Wifi、蓝牙等，采用某一种协议，意味着系统中的软件、硬件都将使用与之配套技术才能构建完整的系统。现有的无线数据采集，不论使用何种技术标准，本质上无外乎由“传感器数据采集”+“单片机”+“无线通信”三要素构成(图1)。这三要素构成了无线数据采集的采集单元。无线数据采集单元之间可以传输信息，各个数据采集单元的角色可以根据需要定义。但有一个前提，无线传输必须遵循一定的通信协议。(1)无线数据采集单元中的传感器：依赖功能性材料的研发。目前，传感器从输出信号的性质分为模拟式和数字式两种，将被测的物理量转变为模拟电压信号，或者将被测物理量通过传感器内置的微型控制器转为数字信号。(2)无线数据采集单元中的单片机：依赖芯片生产厂家的研发、生产提供。主要负责读取传感器的数据、对数据做运算处理、将其显示或送入发射电路。目前，单片机可以根据性能分为低性能、中等性能、高性能三大类，性能体现在运算处理的速度、IO接口的数量以及功耗方面。(3)无线数据采集单元中的无线通信部分：依赖射频发射与接收电路完成。目前，基于各种通信协议、频段都有相应的无线发射接收电路设计。该部分负责将单片机读取由传感器获得的物理量对应的电信号通过无线电磁波发送出去，以便无线接收端能够接收。具体的，将第1点“传感器”展开，传感器能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。通常使用对某种物理量敏感响应的材料作为有效感应材料。将第2点“单片机”展开，单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。将第3点“无线通信”展开，“无线发射”+“无线接收”2者共同构成无线通信。发射与接收必须处于相同的频段，在数字通信领域需要遵循共同遵循的通信协议才能完成数据的正常发送与接收。发射与接收的电路可以2合1设计在一起，也可以根据将发射或接收单独设计在独立的电路板上。无线通信中，还有一个重要的内容是通信采用的“通信协议”。目前世界上有很多的组织、公司、个人提出了用于无线通信的协议，在无线通信中根据实际使用需求，采用合适的通信协议即可，无需使用特别指定的协议。现有技术对1、2、3组合而成的无线数据采集系统，通常会联想到涉及使用ZigBee、NbIot等其他无线通信技术。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。简单的说，ZigBee实际上是一种基于某一组织指定的协议的无线通信技术。要想使用这样的技术，就必须满足下列两点基本要求：1、支持ZigBee协议的芯片(单片机+射频收发+协议栈)2、参照物理层的IEEE802.15.4协议和网络层的ZigBee协议编写所有的软件简单的说，若要使用ZigBee技术，需要专用芯片以及丰富的软件开发经验，实际上这是两大难点。另外，仍以ZigBee技术为例，随着ZigBee技术的推广，越来越多的人了解到了ZigBee技术，但为了避免第一种方案提到的两大难题，一些厂家在原有ZigBee芯片厂家的基础上生产了ZigBee模块(包含了所有外围电路和完整协议栈的能够立即投入使用的产品)，因为经过了厂家的优化设计，和老化测试，有一定的质量保证。软件上包含了完整的ZigBee协议栈，并有自己的PC上的配置工具，采用串口和用户产品进行通讯，并可以对模块进行发射功率，信道等网络拓扑参数的配置，使用起来简单快捷。简单的说，ZigBee模块可以看成集成了射频、协议和程序的“芯片”。属于拿来模块后，很容易上手使用的方案。模块可以看成是在第一种基本技术基础上的优化延伸，第二种方案显然在易用性上更胜一筹，但成本也随之增加了。此外，如采用ZigBee以外的技术，如NB-IoT(窄带互联网)。NB-IoT是一种无线通信技术，不是一种协议。通过NB-IoT技术可以简单的将万物互联网，可以融入到蜂窝通信中，使得数据传输到更远的地方。但随之而来也面临应用成本增加的问题。换言之，不论使用ZigBee还是NB-IoT或者其他一些无线通信技术，都存在一种技术标准及其相关绑定芯片、程序关联延伸的问题，与之相关会影响产品的成本，系统互换性等问题。为了避免在无线数据采集和监控系统中使用依赖性的通信技术及其软件和硬件，绕开由此可能给系统持续稳定运行和后续维护带来的潜在风险。有必要研制一种系统组成简单、软件通用、生产代价小、软硬件迭代无关键限制、成本低廉的无线温湿度数据采集与监控系统，为无线数据采集与监控提供一种更为有益的解决方案。
技术实现思路
本技术提供了一种无线温湿度采集与监控系统及装置，以解决上述
技术介绍
中出现的问题。本技术解决的首要问题是，在无线数据采集系统中放弃一个系统仅支持一种通信协议射频电路的框架设计思路，系统中通过添加规范的模块化射频电路接口设计，满足系统可升级其他通信协议射频电路的需求。在不改变系统硬件结构的前提下，实现整个系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线温湿度采集与监控系统，其特征在于：包括发射机、接收机和PC上位监控机，所述包括第一无线发射接收电路、第一单片机ISP、温湿度传感器和第一显示器，所述第一显示器、温湿度传感器和第一无线发射接收电路均连接于所述第一单片机ISP，所述接收机包括第二无线发射接收电路、第二单片机ISP和第二显示器，所述第二显示器和第二无线发射接收电路均连接于所述第二单片机ISP，所述第一无线发射接收电路通过发射无线信号到所述接收机，所述接收机通过所述第二无线发射接收电路接收无线信号，所述第二单片机ISP连接于所述PC上位监控机。

【技术特征摘要】
1.一种无线温湿度采集与监控系统，其特征在于：包括发射机、接收机和PC上位监控机，所述包括第一无线发射接收电路、第一单片机ISP、温湿度传感器和第一显示器，所述第一显示器、温湿度传感器和第一无线发射接收电路均连接于所述第一单片机ISP，所述接收机包括第二无线发射接收电路、第二单片机ISP和第二显示器，所述第二显示器和第二无线发射接收电路均连接于所述第二单片机ISP，所述第一无线发射接收电路通过发射无线信号到所述接收机，所述接收机通过所述第二无线发射接收电路接收无线信号，所述第二单片机ISP连接于所述PC上位监控机。2.根据权利要求1所述的一种无线温湿度采集与监控系统，其特征在于：所述发射机和/或所述接收机的零部件连接方式为通过整块电路印刷转接电路板连接，所述发射机通过第一转接电路板连接，所述接收机通过第二转接电路板连接。3.根据权利要求2所述的一种无线温湿度采集与监控系统，其特征在于：所述第一转接电路板和/或第二转接电路板上设置有单片机ISP下载线排线接口，所述第一单片机ISP和/或第二单片机ISP通过所述下载线排线接口连接于所述对应的转接电路板。4.根据权利要求2所述的一种无线温湿度采集与监控系统，其特征在于：所述第一转接电路板和/或第二转接电路板上设置有显示器排线接口，所述第一显示器和/或第二显示器通过所述显示器排...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐赣，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：新型
国别省市：江西,36