CN105466499A - 烟叶醇化仓储用低功耗长续航温湿度磷化氢监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烟叶醇化仓储用低功耗长续航温湿度磷化氢监测装置，包括微处理器，分别与微处理器相连的温湿度传感器、磷化氢气体浓度传感器、电池电连接，其特征在于所述微处理器还与无线收发器、拨码开关、晶体振荡器电连接。可对烟叶醇化仓库的温湿度、磷化氢气体浓度进行长期持续性监测，并将监测结果传送到烟叶醇化仓库之外的控制中心，实现远程监测，并通过超低功耗单片微处理器及整机各元器件的超低功耗设置，完成电源节能控制及管理，工作时才供电，其余为休眠断电时间，最大限度地节约电能，续航时间不少于48个月，最大续航时间达96个月，有效减少出入烟叶醇化仓库更换电池的次数，保障烟叶醇化安全及质量。

Description

烟叶醇化仓储用低功耗长续航温湿度磷化氢监测装置

技术领域

本发明涉及一种监测装置，尤其是一种能长期持续监测烟叶醇化仓库环境温湿度及磷化氢浓度，并通过无线网络将所测信息传送至仓库外的装置，属于环境监测技术领域。

背景技术

烟叶醇化仓库中贮藏的半成品烟叶需要经过长时间的醇化处理来提升其品质。在醇化过程中需要持续检测仓储环境的温湿度及磷化氢浓度。通常半成品烟叶在进入醇化仓库之前已经过打叶复烤加工，其水分含量被控制在不会发生霉变的水平，同时通过磷化氢气体的熏蒸来杀灭害虫。在磷化氢熏蒸过程中，为了准确掌握熏蒸的技术参数，需要使用温湿度及磷化氢监测仪对熏蒸过程进行监测。另外，为保障烟叶醇化过程的安全，烟叶醇化仓库一般不使用照明电源和照明设备，也不能敷设各种电缆或电线，因此需要采用数字化无线传输的方式来进行数据传输，并且所用电源也只能采用蓄电池供电，并要求蓄电池具有足够长的供电时间及平稳放电的性能，同时还要求所有耗电元器件都是低功耗或者超低功耗的。因此，烟草行业普遍希望有一种能够有效而实时监测烟箱中烟叶是否发生霉变的技术手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烟叶醇化仓储用低功耗长续航温湿度磷化氢监测装置，并通过无线网络将所测信息传送至仓库外的控制中心。

本发明通过下列技术方案完成：一种醇化仓储用低功耗长续航温湿度磷化氢监测装置，包括微处理器，分别与微处理器相连的温湿度传感器、磷化氢气体浓度传感器、一次性化学电池电连接，其特征在于所述微处理器还与无线收发器、拨码开关、晶体振荡器电连接，除对烟叶醇化仓库环境之中的温湿度、磷化氢气体浓度等重要信息进行长期持续性监测，并将监测结果以数字化无线传输的方式，传送到烟叶醇化仓库之外的控制中心，实现远程监测，以便采取措施进行处理，从而将烟叶仓储损失降到最低外，更重要的是通过超低功耗单片微处理器及整机各元器件的超低功耗设置，使全部信息传感器和全部外围设备均由超低功耗的微处理器来分别进行电源节能控制及管理，因此在监测过程中，仅对磷化氢气体浓度传感器、温湿度传感器、无线收发模块、拨码开关其中的一个或几个投入工作时才供电，其余为休眠断电时间；同时在上述一个或几个部件投入工作期间，也可视工作需要进行程控断电，最大限度地节约电能，延长电池续航时间，有效减少出入烟叶醇化仓库更换电池的次数，保障烟叶醇化安全及质量。

所述磷化氢气体浓度传感器与微处理器之间连接直流线性放大器和偏置电压发生器，通过直流线性放大器将磷化氢气体浓度传感器输出的微弱模拟信号放大为微处理器内含模数转换器的模拟信号，再经模数转换器转换成数字信号进行各种数字化处理；通过偏置电压发生器向磷化氢气体浓度传感器输送必要的偏置电压，同时向直流线性放大器提供所需要的负极性电源，直流线性放大器和偏置电压发生器所需要的正极性电源则由微处理器进行管理和控制，仅仅在需要测量磷化氢气体浓度时才供电，其余为休眠断电时间；且在非休眠期间视需要也可以进行程控断电，使磷化氢气体浓度传感器停止工作，因为在非熏蒸期间并不需要测量磷化氢气体浓度。

所述微处理器为超低功耗单片微处理器U1，其中：U1的18、22、23脚通过接口JP2、JP3与温湿度传感器U2的4、3、2脚相连，U1的2、17脚与磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW相连，U1的1脚、24、25脚分别与电池JP4、输入监测JP5相连，U1的12脚与无线收发器JP1的1、2脚相连，U1的16脚与拨码开关S1相连，U1的26、27脚与晶体振荡器Y1相连，以将温湿度传感器U2、磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW采集到的信号送U1对比、分析判断、处理后，经无线收发模块JP1送出；通过晶体振荡器Y1与U1的连接，产生用于精确定时的时钟振荡，其振荡频率一般为32768赫兹，经过15级分频获得秒级时钟信号，以实现较大范围内的程控监测流程时间间隔，用于支持U1的正常工作；通过拨码开关S1与微处理器U1控制地址的设定，以便在晶体振荡器Y1提供给微处理器U1工作时钟的同时，微处理器U1对拨码开关S1设定值进行读取,并根据所读数据，对磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW、温湿度传感器U2等进行实时监测，并将监测到的信号通过无线收发器JP1发送到仓库外的控制中心，实现远程监测，以便采取措施进行处理，从而将烟叶仓储损失降到最低。

所述磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW通过接口JP6、JP7分别与直流线性放大器U4A、偏置电压发生器U4B相连，直流线性放大器U4A与U1的2脚相连，偏置电压发生器U4B与U1的17脚相连，同时偏置电压发生器U4B通过电压极性反转器U3与U1的17脚相连，以将磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW输出的微弱模拟信号经直流线性放大器U4A放大后经17脚送入U1中，经过U1中的模数转换器转换成数字信号后进行各种数字化处理；通过U1的2脚、偏置电压发生器U4B向磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW输送必要的偏置电压，同时通过U1的17脚、电压极性反转器U3向直流线性放大器U4A提供所需要的负极电源，而直流线性放大器U4A和偏置电压发生器U4B所需要的正极电源则由微处理器进行管理和控制，仅仅在需要测量磷化氢气体浓度时才供电，其余为休眠断电时间；且在非休眠期间视需要也可以进行程控断电，使磷化氢气体浓度传感器停止工作，因为在非熏蒸期间并不需要测量磷化氢气体浓度。

本发明具有下列优点和效果：采用上述方案，除可对烟叶醇化仓库环境之中的温湿度、磷化氢气体浓度等重要信息进行长期持续性监测，并将监测结果以数字化无线传输的方式，传送到烟叶醇化仓库之外的控制中心，实现远程监测，以便采取措施进行处理，从而将烟叶仓储损失降到最低外，更重要的是通过超低功耗单片微处理器及整机各元器件的超低功耗设置，使全部信息传感器和全部外围设备均由超低功耗的微处理器来分别进行电源节能控制及管理，因此在监测过程中，仅对磷化氢气体浓度传感器、温湿度传感器、无线收发模块、拨码开关其中的一个或几个投入工作时才供电，其余为休眠断电时间；同时在上述一个或几个部件投入工作期间，也可视工作需要进行程控断电，最大限度地节约电能，延长电池使用寿命，使续航时间不少于48个月，最大续航时间达96个月，有效减少出入烟叶醇化仓库更换电池的次数，保障烟叶醇化安全及质量。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明其中一实施例电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步描述。

如图1，本发明提供的烟叶醇化仓库用温湿度磷化氢含量监测装置，包括微处理器1，分别与微处理器1相连的温湿度传感器3、磷化氢气体浓度传感器2、电池4电连接，其中所述微处理器1还与无线收发模块7、天线8、拨码开关6、晶体振荡器5电连接，以便将温湿度传感器3、磷化氢气体浓度传感器2采集到的对应信号，经过无线收发器7、天线8向烟叶醇化仓库外的控制中心传送，从而远程获得烟叶醇化仓库内的温度、湿度、磷化氢含量等信息，以采取相应的措施。

所述磷化氢气体浓度传感器2与微处理器1之间连接直流线性放大器21和偏置电压发生器22，通过直流线性放大器21将磷化氢气体浓度传感器2输出的微弱模拟信号放大为微处理器1内含模数转换器的模拟信号，再经模数转换器转换成数字信号进行各种数字化处理；通过偏置电压发生器22向磷化氢气体浓度传感器2输送必要的偏置电压，同时向直流线性放大器21提供所需要的负极性电源，直流线性放大器21和偏置电压发生器22所需要的正极性电源则由微处理器1进行管理和控制，仅仅在需要测量磷化氢气体浓度时才供电，其余为休眠断电时间；且在非休眠期间视需要也可以进行程控断电，使磷化氢气体浓度传感器停止工作，因为在非熏蒸期间并不需要测量磷化氢气体浓度。

所述微处理器1为市购的超低功耗单片微处理器U1，其型号为：MSP430G2553IPW28。

所述磷化氢气体浓度传感器2为市购产品，其型号为：4PH3-1000，用来测量磷化氢气体的浓度，其量程应当全部覆盖烟叶醇化仓库熏蒸过程的磷化氢浓度范围；该磷化氢气体浓度传感器2的测量范围为1000ppm。

所述温湿度传感器3为低功耗数字式一体化产品，其型号为：HTU11；其工作电源受到超低功耗单片微处理器U1直接进行管理和控制，仅仅在需要测量温湿度时才供电，在休眠期间则自动断电；另外在非休眠期间视需要也可以进行程控断电，使得温度传感器或湿度传感器分别停止工作，或者是两者都同时停止工作。温湿度传感器通过数据总线与微处理器U1进行通讯。

所述无线收发器7的型号为：nRF24L01；其以数据模块的形式出现，并且其天线8也以印刷电路的方式与其他元器件一起集成到了同一印刷电路板上，从而形成模块的结构；无线收发器7也可以采用传统的无线收发集成块加外围元器件加外接鞭状天线的形式来实现；其工作电源同样受到超低功耗单片微处理器U1直接进行管理和控制，仅仅在需要发送测量数据或接收上位机指令时才供电，在休眠期间则全部断电；另外无线收发器7通过数据总线与微处理器U1进行通讯。

所述拨码开关6为N位拨码开关，其型号为：SWDIP4；用来设置温湿度磷化氢监测地址，拨码开关6工作电源受到超低功耗微处理器U1直接进行管理和控制，仅仅在需要读取开关数据时才供电，在读数完毕后立即断电；在其余时间则长期断电；拨码开关6的数据通过数据总线与微处理器U1进行连接；每位拨码开关6接通时，数据为低；断开时则数据为高。。

电池4为一次性化学电池，其电压范围为2.4V至3.6V，用来对超低功耗单片微处理器U1进行直接供电，同时通过超低功耗微处理器U1对所有用电部件进行供电；一次性化学电池4为大容量碱性纸板电池，或者是长寿命的锂铁硫电池；其容量和放电平稳程度较好。

超低功耗微处理器U1是本发明的最佳选择，它与晶体振荡器5相连接，产生用于精确定时的实时时钟振荡，其振荡频率一般为32768赫兹，经过15级分频即可获得秒级时钟信号。超低功耗单片微处理器U1的内部程序存储器存储着本发明的全部程序代码，用以控制温湿度磷化氢监测装置的全部运行流程，并且对全部所有用电设备进行电源节能管理。为节能起见，其大部分时间都处于睡眠状态。只有当秒级时钟信号到来时，它才被唤醒，去查看是否已经到达规定的监测流程时间。如果时间不到就返回睡眠状态。只有在实时时钟计数值到达预先设定监测流程时间的情况下，微处理器U1才会真正醒来，开通所需要的各种电源，进行各例行数据测量、处理和无线发送。数据发送完毕后随即转入接收状态，接收来自上位机或控制中心的指令数据。然后关闭除实时时钟振荡器之外所有的工作电源，重新回到睡眠状态。

假设实时时钟计数器的字长为16位，相应的最大计数值为65535。于是在1秒的实时时钟驱动下，实时时钟计数器的最大计数周期为65535秒，合18.2小时。如果事先将1秒的实时时钟分频三次，那么实时时钟计数器的最大计数周期就可以增加8倍，达到145.6小时，也即6个昼夜。所以，本发明能够实现的程控监测流程时间间隔为：最小1秒钟、最大6个昼夜，在此范围之内，程控监测流程的时间间隔可以通过上位机指令来进行任意设置。

微处理器U1的内含模数转换器一般为10位字长，相应的最大计数值为1023，于是在磷化氢气体浓度传感器的测量范围为1000ppm的情况下，每个计数值所表现的磷化氢浓度正好差不多是一个ppm，从而形成了系统数据分辨率与测量范围的最佳匹配。此外，微处理器U1的内含模数转换器还具有自身电源电压自检的功能。据此就能够实时地测量出本发明的电池电压，以便于据此进行节能管理，及时发现电源异常和更换电池。

直流线性放大器21和偏置电压发生器22采用超低功耗的运算放大器来实现，其型号均为：BA10358，两个运算放大器被集成到同一个芯片之中，以便减小体积和降低功耗。它们只有在磷化氢测量工作期间才短暂通电，其余时间则一律断电。

如图2所示，所述超低功耗单片微处理器U1的18、22、23脚通过接口JP2、JP3与温湿度传感器U2的4、3、2脚相连，U1的2、17脚与磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW相连，U1的1脚、24、25脚分别与电池JP4、输入监测JP5相连，U1的12脚与无线收发器JP1的1、2脚相连，U1的16脚与拨码开关S1相连，U1的26、27脚与晶体振荡器Y1相连，以将温湿度传感器U2、磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW采集到的信号送U1对比、分析判断、处理后，经无线收发器JP1送出；通过晶体振荡器Y1与U1的连接，产生用于精确定时的实时时钟振荡，其振荡频率一般为32768赫兹，经过15级分频获得秒级时钟信号，用于支持U1的正常工作；通过拨码开关S1与微处理器U1控制地址的设定，只有在实时时钟计数值到达预先设定监测流程时间的情况下，微处理器U1才会真正醒来，开通所需要的各种电源，进行各例行数据测量、处理和无线发送；数据发送完毕后随即转入接收状态，接收来自上位机或控制中心的指令数据；然后关闭除实时时钟振荡器之外所有的工作电源，重新回到睡眠状态。

所述磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW通过接口JP6、JP7分别与直流线性放大器U4A、偏置电压发生器U4B相连，直流线性放大器U4A与U1的2脚相连，偏置电压发生器U4B与U1的17脚相连，同时偏置电压发生器U4B通过电压极性反转器U3与U1的17脚相连，以将磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW输出的微弱模拟信号经直流线性放大器U4A放大后经17脚送入U1中，经过U1中的模数转换器转换成数字信号后进行各种数字化处理；通过U1的2脚、偏置电压发生器U4B向磷化氢气体浓度传感器FRONTVIEW输送必要的偏置电压，同时通过U1的17脚、电压极性反转器U3向直流线性放大器U4A提供所需要的负极电源，而直流线性放大器U4A和偏置电压发生器U4B所需要的正极电源则由微处理器进行管理和控制，仅仅在需要测量磷化氢气体浓度时才供电，其余为休眠断电时间；且在非休眠期间视需要也可以进行程控断电，使磷化氢气体浓度传感器停止工作，因为在非熏蒸期间并不需要测量磷化氢气体浓度。

Claims (4)

1.一种烟叶醇化仓储用低功耗长续航温湿度磷化氢监测装置，包括微处理器，分别与微处理器相连的温湿度传感器、磷化氢气体浓度传感器、电池电连接，其特征在于所述微处理器还与无线收发器、拨码开关、晶体振荡器电连接，除温湿度、磷化氢气体浓度进行长期持续性监测，并将监测结果无线传送到烟叶醇化仓库之外的控制中心，实现远程监测，以采取措施进行处理，从而将烟叶仓储损失降到最低外，更为重要的是通过超低功耗单片微处理器及整机各元器件的超低功耗设置，使本装置所有传感器、元器件均受超低功耗微处理器进行电源节能控制及管理，从而在监测过程中，仅对所有元器件中的一个或多个投入工作时才供电，其余为休眠断电时间；同时在上述一个或多个元器件投入工作期间，视工作需要进行程控断电，最大限度地节约电能，延长电池续航时间，有效减少出入烟叶醇化仓库更换电池的次数，保障烟叶醇化安全及质量。

2.如权利要求1所述的烟叶醇化仓储用低功耗长续航温湿度磷化氢监测装置，其特征在于所述磷化氢气体浓度传感器与微处理器之间连接直流线性放大器和偏置电压发生器。

3.如权利要求1所述的烟叶醇化仓储用低功耗长续航温湿度磷化氢监测装置，其特征在于所述微处理器为超低功耗单片微处理器U1，其中：U1的18、22、23脚通过接口JP2、JP3与温湿度传感器U2的4、3、2脚相连，U1的2、17脚与磷化氢气体浓度传感器相连，U1的1脚、24、25脚分别与电池JP4、输入监测JP5相连，U1的12脚与无线收发器JP1的1、2脚相连，U1的16脚与拨码开关S1相连，U1的26、27脚与晶体振荡器Y1相连。

4.如权利要求3所述的烟叶醇化仓储用低功耗长续航温湿度磷化氢监测装置，其特征在于所述磷化氢气体浓度传感器通过接口JP6、JP7分别与直流线性放大器U4A、偏置电压发生器U4B相连，直流线性放大器U4A与U1的2脚相连，偏置电压发生器U4B与U1的17脚相连，同时偏置电压发生器U4B通过电压极性反转器U3与U1的17脚相连。