一種低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]部分特殊設(shè)備在鑄造過程以及使用環(huán)境等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控或記錄，以便保證產(chǎn)品質(zhì)量以及便于維護(hù)，這些需要監(jiān)控或記錄的信息包括鑄造設(shè)備與廠房環(huán)境狀況，運(yùn)輸狀況、使用情況、環(huán)境狀況等。其中環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊的基本測(cè)量要素包括:溫度、濕度、露點(diǎn);其他監(jiān)測(cè)要素包括:粉塵、噪聲、X/Y/Z三軸方向振動(dòng)(加速度)及磁場(chǎng)強(qiáng)度、鋰電池電量等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)存在較大的缺陷，主要體現(xiàn)各監(jiān)控系統(tǒng)不是統(tǒng)一集中監(jiān)控和使用，大部分是單個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，耗能大、使用成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有功耗低、集中監(jiān)控度高、可實(shí)行模塊化監(jiān)控，另外其實(shí)施成本和管理成本較低。
[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括電源轉(zhuǎn)換模塊、中心監(jiān)控處理單元、環(huán)境傳感采集單元及信息交互模塊;其中，
[0007]所述電源轉(zhuǎn)換模塊主要完成為鋰電池充放電及為環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源;所述電源轉(zhuǎn)換模塊是利用光耦TLP521-1進(jìn)行外部電源與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源進(jìn)行電壓匹配，然后將外部電源狀態(tài)輸入至M⑶的1管腳并判斷電壓，三端穩(wěn)壓集成電路LM7805為鋰電池提供DC5V的安全充電電壓，后級(jí)電源轉(zhuǎn)換芯片TPS63001DRC與TPS63002DRC采用BUCK-B00ST方式在鋰電池有效充放電壓范圍內(nèi)為環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的DC3.3V與DC5V供電電源；
[0008]所述中心監(jiān)控處理單元主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和處理，所述中心監(jiān)控處理單元以ARM Cortex-MO為核心處理器，3.3V單電源供電，內(nèi)置20KB SRAM、4KB EEPR0M、5個(gè)UART、2個(gè) I2C、2個(gè) SSP、4個(gè)1111^^、12通道41(121^0、80個(gè)6?10外設(shè)組成，設(shè)計(jì)1210^為正常工作模式，消耗電流3mA;
[0009]所述環(huán)境傳感采集單元與中心監(jiān)控處理單元的GP1連接，主要負(fù)責(zé)采集需要監(jiān)控的各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)；
[0010]所述信息交互模塊主要完成人機(jī)信息的交互，其主要包括LCD液晶屏顯示模塊、Modbus_RTU/TCP通信、數(shù)字量報(bào)警輸出、模擬量4?20mA輸出；其中，
[0011 ] 所述的LCD液晶屏顯示模塊工作電壓3.3V?5.5V，串行SPI通信，分4行兩段實(shí)時(shí)顯示8個(gè)環(huán)境參數(shù)的顯示；
[0012]所述Modbus_RTU/TCP通信分別由半雙工收發(fā)器SP3485與嵌入式以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口模塊IP0RT-1提供RS485與以太網(wǎng)底層通信，高低字節(jié)交換的CRC16檢驗(yàn)方式，保證通信的高可靠性；
[0013]所述數(shù)字量報(bào)警輸出在外部電源供電情況下，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)的設(shè)定閾值，采用光繼電器TLP3554提供2.5A的報(bào)警負(fù)載輸出；
[0014]所述模擬量4?20mA數(shù)據(jù)輸出是在外部電源供電情況下，以SPI通信方式，采用集成電路LTC2620CGN提供8路O?5V的電壓輸出，分別對(duì)應(yīng)溫度、濕度、露點(diǎn)、噪聲、粉塵濃度及X/Y/Z三軸振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理芯片ZCM435BS將O?5V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為4?20mA電流?目號(hào)O
[0015]利用所述低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法為:
[0016]步驟一:中心監(jiān)控處理單元的核心處理器上電復(fù)位后，中心監(jiān)控處理單元進(jìn)行初始化，具體包括進(jìn)行內(nèi)部12MHz晶振時(shí)鐘配置，延時(shí)穩(wěn)定后，對(duì)芯片引腳功能分配、GP1輸入輸出特征、1上升沿中斷、以及SPI與I2C通信內(nèi)置外設(shè)功能進(jìn)行配置；
[0017]步驟二:中心監(jiān)控處理單元的核心處理器讀取內(nèi)置EEPROM中存儲(chǔ)的參數(shù)配置數(shù)據(jù)，根據(jù)GP1端口插入的功能模塊子板，決定對(duì)應(yīng)參數(shù)是否讀取，以及對(duì)應(yīng)中斷使能是否開啟；
[0018]步驟三:中心監(jiān)控處理單元初始化后，當(dāng)外部電源對(duì)中心處理單元供電時(shí)，進(jìn)入循環(huán)模式，否則進(jìn)入休眠模式，等待中斷喚醒；
[0019]當(dāng)中心監(jiān)控處理單元處于循環(huán)模式時(shí)，中心監(jiān)控處理單元檢測(cè)RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊是否在線，在線則讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù);檢測(cè)各傳感模塊模塊是否在線，在線則讀取相應(yīng)數(shù)據(jù);檢測(cè)模擬量輸出模塊是否在線，在線則輸出溫度、濕度、露點(diǎn)、噪聲、粉塵、X/Y/Z三軸方向加速度值共8路輸出，無論模擬量輸出模塊在線與否，均按照參數(shù)配置報(bào)警閾值進(jìn)行判斷，決定報(bào)警輸出使能與否，之后檢測(cè)存儲(chǔ)模塊是否在線，在線則將所采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至FLASH中；當(dāng)環(huán)境參數(shù)處于正常值范圍時(shí)，檢測(cè)LCD液晶屏模塊是否在線，在線則進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，不在線則進(jìn)入下一輪循環(huán)；
[0020]當(dāng)中心監(jiān)控處理單元處于休眠模式時(shí)，中心監(jiān)控處理單元等待中斷喚醒;其中所述中斷包括RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)中斷、X/Y/Z三軸加速度振動(dòng)中任一軸向越限中斷及Modbus通信中斷；
[0021]進(jìn)一步的，所述RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)中斷是根據(jù)參數(shù)配置中RTC定時(shí)中斷間隔，利用1中斷喚醒核心處理器或打斷循環(huán)過程；
[0022]所述X/Y/Z三軸加速度振動(dòng)中任一軸向越限中斷是根據(jù)參數(shù)配置中報(bào)警閾值，利用1中斷喚醒核心處理器或打斷循環(huán)過程，然后讀取振動(dòng)及磁場(chǎng)數(shù)據(jù)后，根據(jù)存儲(chǔ)模塊在線情況，決定采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還是直接退出中斷，如果在單位時(shí)間內(nèi)頻繁觸發(fā)，則置為運(yùn)輸狀態(tài)，計(jì)時(shí)5分鐘后再重新記錄，并直接退出中斷。
[0023]所述Modbus通信中斷:第一次上電時(shí)，默認(rèn)9600bps，無校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，通信地址為I，用戶可根據(jù)具體需求進(jìn)行配置，配置的數(shù)據(jù)保存至核心處理器內(nèi)置的EEPROM中，斷電重啟或按下手動(dòng)復(fù)位鍵后配置生效;根據(jù)數(shù)據(jù)寫入或讀取命令進(jìn)行數(shù)據(jù)長度解析，接收到CRC校驗(yàn)后進(jìn)行判斷，校驗(yàn)正確則給予反饋輸出。
[0024]進(jìn)一步的，所述的信息傳感器包括溫度、濕度、噪聲、粉塵、RTC及磁場(chǎng)傳感器等。
[0025]本實(shí)用新型所述技術(shù)方案的有益效果在于:本實(shí)用新型利用嵌入式技術(shù)將眾多要素監(jiān)測(cè)集成在一塊電路板上，提供一種可剪裁、低功耗、全天候、性價(jià)比高的環(huán)境監(jiān)測(cè)解決方案。另外，本系統(tǒng)的對(duì)外交互采用4?20mA輸出、隔離型光繼電器可接中小功率負(fù)載、標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU與Modbus TCP通信，可方便地與工業(yè)PLC、DCS等系統(tǒng)進(jìn)行無縫集成，具有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。
【附圖說明】
[0026]圖1為本實(shí)用新型所述一種低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本實(shí)用新型所述一種低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)控示意圖；
[0028]圖3為本實(shí)用新型所述一種低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控中斷示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為更詳細(xì)的描述本實(shí)用新型所述的技術(shù)方案，通過如下實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型所述技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0030]本實(shí)用新型所述的技術(shù)方案主要由大容量鋰電池與PCB組成，單元對(duì)外接口主要為供電、模擬量輸出、報(bào)警輸出及Modbus通信接口，PCB設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立，可與鋰電池并置，也可單獨(dú)存在，利用9?36V供電。為提高模塊的通用性，功能單元采取模塊化設(shè)計(jì)，PCB采用母板加擴(kuò)展板方式，根據(jù)使用需求將相應(yīng)功能模塊插入母板上的接插件即可。
[0031]在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)對(duì)模塊的供電進(jìn)行了濾波、過流、過壓保護(hù)設(shè)計(jì)，PCB在外部供電與電池供電之間可進(jìn)行無擾切換，從而保護(hù)PCB關(guān)鍵功能器件。通過電源轉(zhuǎn)換器BUCK-B00ST工作原理，在保證電路供電電壓穩(wěn)定的前提下，最大限度地延長了鋰電池的工作壽命。在功能元器件及結(jié)構(gòu)件的選型上，盡可能地選用寬溫寬壓型的工業(yè)級(jí)型號(hào)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮散熱及抗震因素，提高對(duì)惡劣環(huán)境和長途運(yùn)輸?shù)倪m應(yīng)能力。同時(shí)，依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及各三防措施性價(jià)比對(duì)比，采用三防漆進(jìn)行涂覆，對(duì)接插件部位以硅膠灌封，以實(shí)現(xiàn)防潮濕、防鹽霧、防霉菌的三防設(shè)計(jì)。
[0032]本實(shí)用新型所述一種低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括電源轉(zhuǎn)換模塊、中心監(jiān)控處理單元、環(huán)境傳感采集單元及信息交互模塊;其中，
[0033](I)對(duì)于電源轉(zhuǎn)換模塊
[0034]電源轉(zhuǎn)換以鋰電池充放電及為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的所需電源為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，同時(shí)滿足鋰電池?zé)o關(guān)性，即無論鋰電池具備與否，系統(tǒng)均能平穩(wěn)運(yùn)行，以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0035]除發(fā)光二極管指示外部電源與否外，利用光耦TLP521-1進(jìn)行外部電源與系統(tǒng)電源進(jìn)行電壓匹配，將外部電源狀態(tài)輸入至MCU的1管腳加以判斷。
[0036]三端穩(wěn)壓集成電路LM7805為鋰電池提供DC5V的安全充電電壓。后級(jí)電源轉(zhuǎn)換芯片TPS63001DRC與TPS63002DRC采用BUCK-B00ST原理，在鋰電池有效充放電壓范圍內(nèi)，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的DC3.3V與DC5V供電電源。
[0037](2)對(duì)于中心監(jiān)控處理單元
[0038]中心監(jiān)控處理單元以ARM Cortex-M0(LPCllE67JBD100)為核心處理器，3.3V單電源供電(I.8V-3.6V)，內(nèi)置20KB SRAM、4KB EEPROM、5個(gè)UART、2個(gè)12C、2個(gè)SSP、4個(gè)Timer、12通道Al (12bit)、80個(gè)GP1等外設(shè)，以12MHz正常工作模式時(shí)，消耗電流3mA(普通睡眠模式僅2mA)