CN104236729B - 一种温度记录仪的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度记录仪及其实现方法，解决现有的U盘温度记录仪存在温度采集精度低、使用繁琐、数据传输速度慢、时间不准确、功耗高的问题。本发明包括印制电路板，以及均设置在该印制电路板上的USB模块、温度采集模块、供电模块、程序下载模块和CPU；所述USB模块、温度采集模块、供电模块和程序下载模块均与CPU连接，还包括均与CPU连接的时钟模块、存储模块、按键输入模块以及LED显示模块。本发明设计合理、功能全面、操作便捷、可靠性强、稳定性高，不仅记录的数据精度高，记录准确，而且大幅降低了运行的功耗，操作便利，节约用户时间，因此，本发明具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种温度记录仪的实现方法

技术领域

本发明涉及一种温度记录仪的实现方法。

背景技术

目前，温度记录仪广泛应用在药品食品等冷链运输、存储、保鲜等行业领域的温度检测和记录中。在这些各式各样的温度记录仪中，U盘温度记录仪以其便于携带、使用方便等特性而受到重点关注。

U盘温度记录仪是集U盘存储技术、微处理技术、数字传感器技术于一体的便携式记录仪，工作时无需USB连接电缆就可以直接插入计算机的USB端口，然后通过安装在计算机上且与温度记录仪相互配套的软件来下载和读取温度记录仪上传的数据。

然而，由于技术上的限制，目前的U盘温度记录仪普遍存在着记录的温度数据精度不高、使用繁琐、数据传输速率慢、时间不准确、且功耗较高的缺陷。究其原因，主要在于现有的U盘温度记录仪的软硬件结合度不高，难以做到真正的匹配，继而也就降低了其记录的准确性；同时这也造成了硬件较为冗余，导致整个温度记录仪的包装体积较大。

因此，如何有效地改进U盘温度记录仪，提高其记录数据的精度，并减少功耗，降低成本，节约用户时间，已经成为本领域内亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度记录仪的实现方法，主要解决现有的U盘温度记录仪存在温度采集记录精度低、记录时间不准确、且功耗高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种温度记录仪的实现方法，所述的温度记录仪包括印制电路板，以及均设置在该印制电路板上的USB模块、温度采集模块、供电模块、程序下载模块和CPU；所述USB模块、温度采集模块、供电模块和程序下载模块均与CPU连接，其特征在于，所述的温度记录仪还包括均与CPU连接的时钟模块、存储模块、按键输入模块以及LED显示模块；所述的实现方法则包括以下步骤：

（1）通过USB接口将温度记录仪与PC机连接，并在PC机上通过安装的软件配置温度记录仪的参数，该参数包括条形码、温度类型、记录周期、时区、报警类型、报警延时时长、记录间隔、记录点数以及时钟；该步骤中，温度记录仪配置的参数还分别包括报警温度和启动延时时长，当CPU判定为报警的时候，该CPU控制LED显示模块显示报警；

（2）参数配置完成后断开温度记录仪与PC机的连接，温度记录仪对温度采集模块、时钟模块、存储模块、LED显示模块进行校验，同时，利用不超过5s的短按按键输入模块的方式对按键输入模块进行校验；

（3）利用不超过5s的短按按键输入模块的方式，使温度记录仪在CPU控制下进入深度休眠模式；

（4）唤醒温度记录仪，该温度记录仪按照设定的记录周期利用温度采集模块连续采集温度数据，同时时钟模块同步记录采集的时间，并通过CPU将采集的数据和记录的时间传输到存储模块中储存；该步骤包括以下步骤：

（401）通过按键输入模块唤醒温度记录仪，并利用温度采集模块连续采集温度数据，同时时钟模块根据设定的时区同步记录采集的时间，然后传输至CPU；该步骤中，长按按键输入模块后，当时间达到设定的启动延时时长时，温度记录仪被唤醒，并且该步骤中，温度采集模块在持续供电2～3s后，开始采集温度数据；

（402）CPU将接收的数据进行校准、滤波后，传输至存储模块储存；

（5）当温度采集存储过程结束，并且记录的总点数未达到设置的上限时，在CPU控制下，温度记录仪进入休眠模式；

（6）唤醒温度记录仪，CPU判断温度记录仪是否为操作按键输入模块的方式唤醒，是，则执行步骤（7）；否，则执行步骤（9）；

（7）CPU继续判断是否为超过5s的长按按键输入模块的方式，是，则停止设备运行，执行步骤（11）；否，则执行步骤（8）；

（8）CPU继续判断是否为双击按键输入模块的方式，是，则标记上一记录周期记录的温度及其对应的时间点，然后返回执行步骤（5）；否，则CPU控制LED显示模块显示报警状态，并返回执行步骤（5）；该步骤中，CPU对接收的数据进行校准和滤波的具体过程如下：

（a）CPU对数据进行自动校准，产生校准数据；

（b）滤除自动校准产生的偶数数组，获得真正的温度数据；

（c）去除最开始采集的三组数据，并求平均值；

（d）去除与平均值偏差大于0.5的数据，并再次求平均值；

（e）将步骤（d）中的平均值进行四舍五入后，最终获得处理后的温度值；

（9）CPU继续判断USB模块是否连接PC机，是，则停止设备运行，然后执行步骤（11）；否，则为记录间隔时间到、需要开始下个记录周期的时钟休眠唤醒，执行步骤（10）；

（10）CPU判断温度采集记录的总点数是否已达到设置的上限，是，则停止设备运行，并执行步骤（11）；否，则开始下个周期的温度数据采集和时间记录，然后继续执行步骤（5）；

（11）将温度记录仪连接PC机，该温度记录仪自动生成一个报告文件，并将文件数据自动上传至计算机软件。

作为优选，所述CPU型号为PIC18F26J50。

进一步地，所述印制电路板上下表面均设有泡棉胶层。

进一步地，所述步骤（401）中，利用超过5s的长按按键输入模块的方式唤醒温度记录仪，而不超过5s的按键操作则显示温度记录仪当前的状态。

作为优选，所述步骤（11）中的报告文件为采用RC4加密算法加密后的PDF文件，PC机通过打开U盘的方式直接读取该PDF文件。

或者，所述步骤（11）中的报告文件通过USB通讯的方式传送至PC机上，PC机通过已安装的服务程序自动启动计算机软件，并将温度、时间、统计数据自动上传至该软件；或者，所述步骤（11）中的报告文件通过手机来查看。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明在现有技术的基础上，通过合理设置各个模块，并通过良好的软硬件结合，大幅改进了温度记录仪的功能，不仅有效地减少了硬件的冗余，缩小了温度记录仪的体积，而且使其使用更方便、记录更准确、操作设计更加人性化、可控性和操作性更强。本发明可以根据实际测量的数据描绘出温度与时间的趋势曲线图，从而大大方便了温度数据统计的准确性，提高了温度数据统计工作的效率。

（2）本发明通过配置多种参数来控制后续各个事件的响应，不仅实现了温度记录仪的有序工作，而且根据温度记录仪的各自实时信息反馈和标记，也令用户能够全面了解温度记录仪的工作情况，大幅方便了用户对温度记录仪的管理。

（3）本发明通过在印制电路板上下表面设置泡棉胶层的方式，增强了对线路板整体的防护强度，减小了跌落、碰撞、挤压等方式对线路板造成的损坏，并且还可以防水，同时，泡棉胶层的设置还增加了温度记录仪表面的平整度，并增强了美感，使其外形包装更加美观、大方。

（4）本发明中的CPU型号优选为PIC18F26J50，采用该款芯片来控制温度记录仪的深度休眠模式，可以在很大程度上降低功耗，其电流可低至13nA，而采用RTCC时，电流则可以低至850nA，并能够实现以下功能：1、可由外部触发信号、可编程WD T超时、RTCC闹钟唤醒；2、超低功耗唤醒。

（5）本发明还特别设计了报警温度和启动延时两个参数，其中，报警温度参数的设置可以实现温度记录仪对周围环境某个时间点的特殊温度（过高或过低）进行报警和重点标记，进一步方便用户了解整个温度检测的过程中所发生的一些特殊事件，从而做出有针对性的处理措施，并且可以报警类型与时长可以分别根据设置的报警类型及报警延时时长参数来定；而启动延时参数的配置则可以进一步方便温度记录仪的使用，使其更能准确记录和采集周围环境的温度。

（6）本发明中的温度采集模块在持续供电2～3s后才开始采集温度数据，可以使其工作稳定（特别是传感器部分），从而确保了温度采集的精确度，同时CPU在此过程中可以保持在一个较低的频率（约31KHz），如此便可以有效地降低整机的功耗。

（7）本发明在CPU接收温度数据的过程中，还采用了自动校准和多组数据滤波、求平均值的方式对数据进行处理，从而进一步确保了温度采集数据的精度。

（8）本发明生成的PDF格式的报告文件采用了RC4加密算法进行加密，旁人难以篡改数据，进而也为用户了解真实的温度环境提供了强有力的保障。

（9）本发明可以采用传统的方式，通过安装在PC机上的配套软件下载和读取记录的数据，或者是通过打开温度记录仪U盘文件系统的方式读取里面的PDF文件；还可以是通过手机（支持OTG功能的手机）直接读取温度报告或通过手机安装的APP读取数据，其选择多种多样，极大程度上方便了用户使用温度记录仪的便利性。

附图说明

图1为本发明的硬件系统框图。

图2为本发明的流程示意图。

图3为本发明的软件界面示例图。

具体实施方式

如图1所示，本发明主要用于温度检测和记录，其硬件部分由印制电路板，以及均设置在该印制电路板上的USB模块、温度采集模块、时钟模块、供电模块、存储模块、按键输入模块、LED显示模块、程序下载模块以及CPU构成。所述CPU的型号为PIC18F26J50，而所述USB模块、温度采集模块、时钟模块、供电模块、存储模块、按键输入模块、LED显示模块和程序下载模块均与该CPU连接，其中，所述程序下载模块用于编写各个模块相应的功能；所述USB模块用于将本发明与PC机连接，实现PC机与本发明之间的通讯；所述温度采集模块用于采集环境温度数据；所述时钟模块则用于同步记录采集的时间，以及定时唤醒温度记录仪；所述供电模块用于向各个模块供电，确保每个模块的正常工作，其可以是电池；所述存储模块用于存储温度数据和时间数据；而所述按键输入模块则用于启动、唤醒和控制LED显示模块显示。

此外，为增强对温度记录仪的防护强度，所述印制电路板的上下表面均设有泡棉胶层（附图未画出）。

基于上述硬件基础，下面对本发明的实现流程进行介绍。

如图2所示，本发明的主要流程分为配置参数、硬件自校验、深度休眠、启动记录温度和时间、自动生成报告文件以及读取和分析报告文件的数据，其具体步骤如下：

与现有技术一样，首先通过USB接口将温度记录仪与PC机连接，然后在PC机上通过安装的软件配置温度记录仪的参数，该参数包括条形码、温度类型、时区、报警温度、报警类型、报警延时时长、启动延时时长、记录周期、记录间隔、记录点数以及时钟；该步骤配置的参数用于控制后续各个相关事件的响应。值得说明的是，虽然现有技术也采用了类似的配置参数的步骤，但是如何使各个事件关联和配合，实现一个完整的温度记录和检测的过程，并使软硬件的结合度达到最高，同时还能令温度记录仪的操作和管理更加方便，这并非是显而易见的，需要付出创造性的劳动才能设计和整合出来。

在配置参数完成后，断开温度记录仪与PC的连接，温度记录仪对温度采集模块、时钟模块、存储模块、LED显示模块进行校验，同时，利用不超过5s的短按按键输入模块的方式对按键输入模块进行校验。硬件校检完毕后，温度记录仪在CPU控制下进入深度休眠模式。

需要使用温度记录仪时，需要通过按键输入模块来唤醒温度记录仪，并利用温度采集模块连续采集温度数据，同时时钟模块根据设定的时区同步记录采集的时间，然后传输至CPU；该步骤中，利用超过5s的长按按键输入模块的方式唤醒温度记录仪，而不超过5s的按键操作时则显示温度记录仪当前的状态（例如启动前、延时中、启动后、停止等状态）。并且，为了降低整机的功耗，并提高温度采集的精度，本实施例中，温度采集模块在持续供电2～3s后，才会开始采集温度数据，而在此期间，CPU的运行频率将会降低至31KHz左右。

而在采集结束后的时长达到预设的启动延时时长后，CPU才会切换至较高的频率，并快速完成对接收的数据的处理。CPU对接收的数据进行自动校准和滤波处理，然后传输至存储模块储存，这里利用了CPU芯片（PIC18F26J50）的自动校准功能，并通过本发明设计的滤波方式来实现数据的滤波处理，整个主要的自动校准和滤波处理的过程如下：

（1）CPU对数据进行自动校准，产生校准数据；

（2）滤除自动校准产生的偶数数组，获得真正的温度数据；

（3）去除最开始采集的三组数据，并求平均值；

（4）去除与平均值偏差大于0.5的数据，并再次求平均值；

（5）将步骤（4）中的平均值进行四舍五入后，最终获得处理后的温度值。

经过处理后的数据，便可以很好地确保其精度了。

接着，当温度采集存储过程结束（即温度采集时长达到预设的记录周期），并且记录的总点数未达到设置的上限时，在CPU控制下，温度记录仪进入休眠模式。

而当温度记录仪被唤醒时，CPU会判断温度记录仪是否为操作按键输入模块的方式唤醒，是，则CPU继续判断是否为超过5s的长按按键输入模块的方式，如果是，则停止设备运行；如果不是，则继续判断是否为双击按键输入模块的方式，是，则标记上一记录周期记录的温度及其对应的时间点，然后继续进入休眠模式；否，则CPU控制LED显示模块显示报警状态（本实施例中的LED显示模块设有红、绿两种颜色，红色代表报警，绿色代表未报警），然后再继续进入休眠模式。

如果不是操作按键输入模块的方式唤醒温度记录仪，则CPU会继续判断USB模块是否连接PC机，是，则停止设备运行，并自动生成报告文件并上传至PC机；如果不是，则为记录间隔时间到、需要开始下个记录周期的时钟休眠唤醒，在该种模式下，CPU会继续判断温度采集记录的总点数是否达到设置的上限，是，则停止设备运行；否，则开始下一记录周期的温度采集。

在上述过程中，自动生成的报告文件可以是采用RC4加密算法进行加密后的PDF文件，然后PC机通过打开U盘的方式直接读取该PDF文件；也可以是报告文件以USB HID的方式传送至PC机（或者手机）上。当采用第二种方式传送报告文件时，安装在PC机（或手机）上的配套软件会自动启动并完成数据的上传、温度的显示以及数据的保存，从而方便用户在PC机（或手机）上直接通过软件查看报告。本发明的软件界面如图3所示，该软件可以显示温度采集的数据、相应记录的时间、记录周期和记录间隔，并且其界面上还有设备信息、记录概要、报警（高温和低温时）、标记事件，而界面的右边则有上传数据、设备状态、数据导出、PDF文件导出、EXCEL表格导出、建议以及退出等功能按键。

本发明的软件主界面有温度报警标识，有报警现象时会闪烁提醒用户。本发明的软件界面无需手动点击打开，当温度记录仪插入计算机的时候会自动弹出软件并完成数据的上传、显示和存储到数据库。软件无需说明书，在用户将鼠标放到相应的位置上会自动显示相应的功能说明（通过软件的按钮可关闭该功能）。软件采用图标式按键方式，使软件看起来一目了然。同时软件提供了按时间查询数据、快速查询报警数据、快速切换设备列表、鼠标放大和缩小温度图形等多种便捷功能。用户在此界面上可以很方便地对采集的温度数据进行读取、导出等操作。软件便捷、直观、易于使用，展示温度信息的同时，极大的节约了用户时间。

本发明通过合理的软硬件设计，很好地实现了温度记录仪采集和记录温度数据的连续性和真实性，不仅功能全面，而且记录的数据精度非常高，并且操作也更加方便，无论是专业人士还是非专业人士，可以很快上手使用。因此，与现有的温度记录仪相比，本发明技术进步十分明显，具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种温度记录仪的实现方法，所述的温度记录仪包括印制电路板，以及均设置在该印制电路板上的USB模块、温度采集模块、供电模块、程序下载模块和CPU；所述USB模块、温度采集模块、供电模块和程序下载模块均与CPU连接，其特征在于，所述的温度记录仪还包括均与CPU连接的时钟模块、存储模块、按键输入模块以及LED显示模块；所述CPU型号为PIC18F26J50；所述的实现方法则包括以下步骤：

(1)通过USB接口将温度记录仪与PC机连接，并在PC机上通过安装的软件配置温度记录仪的参数，该参数包括条形码、温度类型、记录周期、时区、报警类型、报警延时时长、记录间隔、记录点数以及时钟；该步骤中，温度记录仪配置的参数还分别包括报警温度和启动延时时长，当CPU判定为报警的时候，该CPU控制LED显示模块显示报警；

(2)参数配置完成后断开温度记录仪与PC机的连接，温度记录仪对温度采集模块、时钟模块、存储模块、LED显示模块进行校验，同时，利用不超过5s的短按按键输入模块的方式对按键输入模块进行校验；

(3)利用不超过5s的短按按键输入模块的方式，使温度记录仪在CPU控制下进入深度休眠模式；

(4)唤醒温度记录仪，该温度记录仪按照设定的记录周期利用温度采集模块连续采集温度数据，同时时钟模块同步记录采集的时间，并通过CPU将采集的数据和记录的时间传输到存储模块中储存；该步骤包括以下步骤：

(401)通过按键输入模块唤醒温度记录仪，并利用温度采集模块连续采集温度数据，同时时钟模块根据设定的时区同步记录采集的时间，然后传输至CPU；该步骤中，长按按键输入模块后，当时间达到设定的启动延时时长时，温度记录仪被唤醒，并且该步骤中，温度采集模块在持续供电2～3s后，开始采集温度数据；

(402)CPU将接收的数据进行校准、滤波后，传输至存储模块储存；

(5)当温度采集存储过程结束，并且记录的总点数未达到设置的上限时，在CPU控制下，温度记录仪进入休眠模式；

(6)唤醒温度记录仪，CPU判断温度记录仪是否为操作按键输入模块的方式唤醒，是，则执行步骤(7)；否，则执行步骤(9)；

(7)CPU继续判断是否为超过5s的长按按键输入模块的方式，是，则停止设备运行，执行步骤(11)；否，则执行步骤(8)；

(8)CPU继续判断是否为双击按键输入模块的方式，是，则标记上一记录周期记录的温度及其对应的时间点，然后返回执行步骤(5)；否，则CPU控制LED显示模块显示报警状态，并返回执行步骤(5)；该步骤中，CPU对接收的数据进行校准和滤波的具体过程如下：

(a)CPU对数据进行自动校准，产生校准数据；

(b)滤除自动校准产生的偶数数组，获得真正的温度数据；

(c)去除最开始采集的三组数据，并求平均值；

(d)去除与平均值偏差大于0.5的数据，并再次求平均值；

(e)将步骤(d)中的平均值进行四舍五入后，最终获得处理后的温度值；

(9)CPU继续判断USB模块是否连接PC机，是，则停止设备运行，然后执行步骤(11)；否，则为记录间隔时间到、需要开始下个记录周期的时钟休眠唤醒，执行步骤(10)；

(10)CPU判断温度采集记录的总点数是否已达到设置的上限，是，则停止设备运行，并执行步骤(11)；否，则开始下个周期的温度数据采集和时间记录，然后继续执行步骤(5)；

(11)将温度记录仪连接PC机，该温度记录仪自动生成一个报告文件，并将文件数据自动上传至计算机软件；该步骤中的报告文件为采用RC4加密算法加密后的PDF文件，PC机通过打开U盘的方式直接读取该PDF文件。

2.根据权利要求1所述的一种温度记录仪的实现方法，其特征在于，所述印制电路板上下表面均设有泡棉胶层。

3.根据权利要求2所述的一种温度记录仪的实现方法，其特征在于，所述步骤(401)中，利用超过5s的长按按键输入模块的方式唤醒温度记录仪，而不超过5s的按键操作则显示温度记录仪当前的状态。