无线温湿度监测系统 【技术领域】
本发明属于环境温湿度监测领域， 特别是涉及一种无线温湿度监测系统。背景技术 温湿度的有效监测对于仓库或者其他类似场所具有非常重要的意义， 目前常用的 温湿度监测系统主要有人工监测方式和有线网络监测方式。
人工监测方式采集的数据具有滞后性， 并且还不具备预警作用 ； 有线网络监测方 式存在着线路连接复杂和灵活性差而使用不便的缺陷。
专利号 200920006909.2 的实用新型 《一种基于 Zigbee 技术的无线温湿度监测系 统》 公开了以下技术方案 ： 它包括用于查询、 监控、 设定温湿度数据报警阀值等的监控计算 机、 用于采集空气中的温湿度信号的采集模块、 向监控计算机转接和传送温湿度数据的网 关， 所述采集模块采用 Zigbee 通信协议与网关进行连接通信， 所述的网关通过网络与监控 计算机连接。 通过强大的组网软件和网络平台以及无线网络收发终端， 随时监测环境状态， 并通过图形用户界面直观、 动态地显示出来， 提供远程监控管理功能， 此外通过网关对采集 节点采集的环境温湿度参数数据进行判断分析， 发现故障或参数异常， 即时采取监控界面 或声光报警形式显示出来。
上述 《基于 Zigbee 技术的无线温湿度监测系统》 的技术方案较有效地解决了人工 监测和有线网络监测方式的温湿度监测系统所存在的主要缺陷， 但监测结果仅以监控计算 机采取监控界面或声光报警形式显示的方法对于及时处理超限范围的被监测场所还缺乏 促进作用。
发明内容 本发明是为了解决上述 《基于 Zigbee 技术的无线温湿度监测系统》 的技术方案存 在对于温湿度监测结果的及时处理缺乏促进作用的技术问题而提出一种无线温湿度监测 系统。
本发明为实现上述目的采取以下技术方案 ： 本无线温湿度监测系统包括温湿度数 据采集器和温湿度监测器， 其特征是 ： 所述温湿度数据采集器由外置温度探头、 内置数字温 湿度传感器、 放大电路、 A/D 转换电路、 微处理器、 射频模块、 声光报警电路和电源管理电路 所组成， 所述外置温度探头输出的模拟信号接至放大电路， 放大后的模拟信号接至 A/D 转 换电路， A/D 转换电路输出的数字信号接至采集器的微处理器， 所述内置数字温湿度传感器 输出的数字信号接至采集器的微处理器， 经该微处理器处理的数据信号通过 SPI 接口接至 采集器的射频模块， 该射频模块对数字信号予以调制并通过天线发送至温湿度监测器 ； 所 述温湿度监测器由微处理器、 SD 存储卡、 USB 通讯接口、 LCD 显示器、 射频模块、 GSM 通讯模 块、 声光报警电路和电源管理电路所组成， 所述射频模块接收的温湿度数据采集器发送的 数据信号经解调并通过 SPI 接口接至微处理器， 该微处理器对数据信号进行存储、 处理、 显 示和预警， 所述预警是该微处理器根据超出报警上下限设定值的处理结果分别启动 GSM 通
讯模块和声光报警电路， GSM 通讯模块向移动电话发送报警短信， 所述 USB 接口实现温湿度 监测器与计算机通讯。
本发明还采取以下技术措施 ：
所述射频模块具有接收数据和发送数据的电路。
所述温湿度监测器的微处理器对温湿度数据采集器发送的数据信号处理结果包 括对应外置温度探头的单通道温度数据、 对应内置数字温湿度传感器的单通道温湿度数据 和分别对应外置温度探头和内置数字温湿度传感器的双通道温度数据。
本发明的有益效果和优点在于 ： 本无线温湿度监测系统在有效解决了人工监测和 有线网络监测方式的温湿度监测系统所存在的主要缺陷的同时， 还能够通过移动电话及时 通知工作人员具体的温湿度超限的被监测场所， 对于及时处理具有明显的促进作用。本系 统具有低成本、 低功耗、 组网快捷、 操作简单、 适应性好的突出优点。 附图说明
附图 1 是本发明的无线温湿度监测系统结构框图。 附图 2 是图 1 温湿度数据采集器实施例结构框图。附图 3 是图 1 温湿度监测器实施例结构框图。
图中标号 ： 1 温湿度数据采集器， 1-1 外置温度探头， 1-2 内置温湿度数字传感器， 1-3 放大电路， 1-4A/D 转换电路， 1-5 采集器微处理器， 1-6 采集器射频模块， 1-7 采集器声光 报警电路， 1-8 采集器电源管理电路， 2 温湿度监测器， 2-1 微处理器， 2-2 射频模块， 2-3USB 通讯接口， 2-4GSM 通讯模块， 2-5SD 存储卡， 2-6LCD 显示器， 2-7 声光报警电路， 2-8 电源管理 电路， 3 计算机， 4 移动电话。 具体实施方式 ：
为了使本发明的技术方案更容易理解， 以下结合附图对本发明作进一步详细描 述。
如图 1 所示实施例的无线温湿度监测系统由各温湿度数据采集器 1、 温湿度监测 器 2、 计算机 3 和移动电话 4 即手机组成， 各温湿度数据采集器 1 布设于被监测现场， 各温湿 度数据采集器 1 与温湿度监测器 2 通过射频通讯方式进行通讯， 温湿度监测器 2 通过 USB 接口与计算机 3 进行通讯并且向移动电话 4 即时发送报警短信， 计算机 3 安装有温湿度数 据分析软件。
图 1 实施例的温湿度数据采集器 1 电结构如图 2 所示， 它由外置温度探头 1-1、 内 置数字温湿度传感器 1-2、 放大电路 1-3、 A/D 转换电路 1-4、 采集器微处理器 1-5、 采集器射 频模块 1-6、 声光报警电路 1-7 和电源管理电路 1-8 所组成。外置温度探头 1-1 输出的模拟 信号接至放大电路 1-3， 放大后的模拟信号接至 A/D 转换电路 1-4， A/D 转换电路输出的数 字信号接至采集器微处理器 1-5。内置数字温湿度传感器 1-2 输出的数字信号接至采集器 微处理器 1-5， 经采集器微处理器处理的数据信号通过 SPI 接口接至采集器射频模块 1-6， 采集器射频模块对数字信号予以调制并通过天线发送至图 1 的温湿度监测器 2。
图 1 实施例的温湿度监测器 2 电结构如图 3 所示， 它由微处理器 2-1、 SD 存储卡 2-5、 USB 通讯接口 2-3、 LCD 显示器 2-6、 射频模块 2-2、 GSM 通讯模块 2-4、 声光报警电路 2-7和电源管理电路 2-8 所组成， 射频模块 2-2 接收的温湿度数据采集器发送的数据信号经解 调并通过 SPI 接口接至微处理器 2-1， 该微处理器对数据信号进行存储、 处理、 显示和预警。 预警是微处理器 2-1 根据超出报警上下限设定值的处理结果分别启动 GSM 通讯模块 2-4 和 LED 及蜂鸣器构成的声光报警电路 2-7， GSM 通讯模块 2-4 向图 1 所示胡移动电话 4 发送报 警短信， USB 接口 2-3 实现图 1 的温湿度监测器 2 与计算机 3 的通讯。
实施例的 GSM 通讯模块采用西门子的 TC35 短信模块， 可最多设置 3 个接收报警短 信的手机号码。
图 1 实施例的温湿度监测器 2 的射频模块 2-2 和温湿度数据采集器 1 的采集器射 频模块 1-6 均具有接收数据和发送数据的功能电路。
实施例的射频模块和采集器射频模块均采用挪威 Nordic 公司 nRF905 射频芯片， 可以方便地实现数据的无线收发。nRF905 不仅能够满足检测设备低功耗的要求， 并且能同 时保证传输速率以及传输距离。经实际测量， 在室内有墙壁阻隔的情况下， 传输距离达到 25m 以上， 无线传输丢包率在 1/10000 内， 能保证传输数据不丢失。其最大传输速率可达 100kbs。微处理器或采集器微处理器通过 SPI 接口对 nRF905 的寄存器地址预先进行设置， 当通讯时， nRF905 可以自动滤除不相同地址的数据， 只有地址匹配且校验正确的数据才会 被接收， 并存储在接收数据寄存器中。实施例中， 该射频模块的地址是唯一的， 最多可有 32 个射频模块即温湿度数据采集器与一个无线温湿度监测器组网。
鉴于 nRF905 单次发送的最大字节数为 32 个， 则节点以 32 个字节为发送基本单 元， 数据发送格式如表 1 所示。
表 1 发送数据包格式
字节 格式
1 节点编号2 数据包编号3-32 数据包表 1 中第 1 个字节为发送节点的编号 ； 第 2 个字节表示当前发送数据包的编号 ； 第 3 到第 32 个字节为测量数据。
待 1 组数据发送完毕， 温湿度监控器根据接收到的数据， 返回确认信息， 格式如表 2 所示。
表 2 返回数据包格式
字节 格式
1 节点编号2 错误数据包总数3-4 错误数据包编号第 1 个字节为接收节点编号 ； 第 2 个字节表示接收的数据包错误总数 ； 第 3、 第4 个字节的每位对应每组 16 个数据包的确认信息， 如某位为 0， 则将该位对应的数据包重发， 重复上面的操作， 直到该组数据全部被接收。 此外， 如发送节点在规定时间未收到任何返回 信息， 则重发数据直到收到确认信息。
实施例的技术参数 ：测量范围 ： -20 ～ +75℃， 0 ～ 100％ RH ；
温度精度 ： 0.5℃ ； 湿度精度 ： 4.5 ；
温度分辨率 ： 0.1℃ ； 湿度分辨率 ： 0.1％ ；
可外接温度探头， 与内置传感器切换或同时使用 ；
可多个温湿度数据采集器与任意一个温湿度监控器构成一个无线监测网络 ； 可任 意设置网络地址 ； 支持最多 32 台温湿度数据采集器同时入网监测 ；
工作温度范围 ： -20 ～ +65℃ ；
通讯距离 ： ≤ 25m( 楼宇 )， ≤ 150m( 开阔 ) ；
电源 ： 内置 3.6V 高能锂电池， 采用省电模式， 寿命最少达 1 年。
以下简要叙述本发明的无线温湿度监测系统实施例的工作过程 ：
(1) 启动温湿度监测器 ( 以下称监测器 )， 并通过 USB 数据线连接计算机， 利用温 湿度数据分析软件设置监测器的系统属性， 默认采样时间间隔为 1min， 设置完毕， 即可拔掉 USB 数据线。
(2) 启动各温湿度数据采集器 ( 以下称采集器 )， 各采集器分别搜索网络， 并请求 加入网络。请求 3 次， 每次等待时间 5s。 (3) 采集器一旦加入网络， 监测器给每个采集器分配一个唯一的地址， 并按照采样 间隔时间发送数据请求。
(4) 采集器将采集的温湿度信号经过信号处理， 发送至监测器。
(5) 监测器接收数据后进行存储、 处理和显示。在设定报警上下限的条件下， 当温 湿度超出上下限范围时监测器在显示数据的同时即刻启动 GSM 通讯模块向移动电话进行 短信报警， 同时驱动 LED 和蜂鸣器声光报警。采集器也启动 LED 和蜂鸣器声光报警。
(6) 监测完成， 监测器通过 USB 数据线与计算机连接， 利用温湿度数据分析软件下 载监测数据， 浏览数据记录， 绘制数据曲线， 导出 excel 报表并打印。