CN105509807A - 一种无线智能温湿度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无线智能温湿度传感器，包括中央处理器、DC/DC转换电路，电池电压采样电路，温湿度检测电路，温度模块接口，按键处理电路，RF天线电路以及指示灯电路；DC/DC转换电路的输出端与中央处理器连接，电池电压采样电路的输出端与中央处理器连接；指示灯电路与中央处理器连接，RF天线电路与中央处理器连接；温湿度检测电路的信号输入端与中央处理器连接，温湿度检测电路的控制端与中央处理器连接；温度模块接口的信号输入端与中央处理器连接，温度模块接口的控制端与中央处理器连接；温度模块接口的输入输出端用于连接外部的扩展温度探头；按键处理电路的输入端用于连接按键，按键处理电路的输出端连接中央处理器。

Description

一种无线智能温湿度传感器
技术领域
本发明属于环境监控技术领域，更具体地，涉及一种无线智能温湿度传感器。
背景技术
温度、温湿度传感器在工业领域应用范围比较广，在电信监控领域主要用来检测温度/温湿度，是环境量监控不可缺少的部分。传统的温湿度传感器大多数是有线的，例如采用1wire接口的温湿度传感器及采用RS485接口的温湿度传感器。这类传感器都是有线的，需要外部供电，其功耗在30mA以上。这种传感器性能稳定，但是要铺设线缆且涉及到复杂的施工工程。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种无线智能温湿度传感器，旨在解决现有技术中的传感器功耗高的技术问题。
本发明提供了一种无线智能温湿度传感器，包括中央处理器、DC/DC转换电路，电池电压采样电路，温湿度检测电路，温度模块接口，按键处理电路，RF天线电路以及指示灯电路；DC/DC转换电路的输入端和所述电池电压采样电路的输入端用于连接至电池组；所述DC/DC转换电路的输出端与所述中央处理器连接，所述电池电压采样电路的输出端与所述中央处理器连接；所述指示灯电路与所述中央处理器连接，所述RF天线电路与所述中央处理器连接；所述温湿度检测电路的信号输入端与所述中央处理器连接，所述温湿度检测电路的控制端与所述中央处理器连接；所述温度模块接口的信号输入端与所述中央处理器连接，所述温度模块接口的控制端与所述中央处理器连接；所述温度模块接口的输入输出端用于连接外部的扩展温度探头；所述按键处理电路的输入端用于连接按键，所述按键处理电路的输出端连接所述中央处理器。
更进一步地，当无线智能温湿度传感器的状态发生改变时，通过RF天线电路向外部的协调器上报最新数据，在未收到确认信息或未达到发送次数限值之前，循环发送最新数据。
更进一步地，所述无线智能温湿度传感器通过RF天线电路定期往外部的协调器上报心跳信息；在没有收到协调器的确认信息或者发送次数未到限定次数之前，循环发送。
更进一步地，所述无线智能温湿度传感器在组网成功后，主动将MAC地址信息和设备信息通过RF天线电路上报给外部的协调器器。
更进一步地，所述无线智能温湿度传感器在未进入休眠状态时，可接收外部的协调器的查询，并根据自定义的协议格式响应信息。
更进一步地，所述RF天线电路通过ZigBee实现与协调器的无线通信。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于具备主动上报及通常处于间断性工作状态，能够取得低功耗的有益效果。
附图说明
图1是本发明提供的无线智能温湿度传感器的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种基于ZigBee无线技术的无线智能温湿度传感器，主要应用于IDC机房、矿区、库房等温场监控中，可以和协调器配合使用。
本发明提供的基于ZigBee无线技术的无线智能温湿度传感器；其在两节2400mAH的电池串接供电情况下，使用寿命为5年。本发明中ZigBee可以采用TI公司的CC2530芯片，遵循IEEE802.15.4协议。
本发明中的无线智能温湿度感器在ZigBee网络中的设备类型为EndDevice。其上送数据的对象为ZigBee网络中的Coordinator(协调器)。
图1示出了无线智能温湿度传感器系统的原理框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
本发明中的无线智能温湿度传感器具有温湿度采集功能，并支持最多扩展6个I2C接口的温度探头。无线智能温湿度传感器包括中央处理器4、DC/DC转换电路2，电池电压采样电路3，温湿度检测电路7，温度模块接口8，按键处理电路9，RF天线电路6以及指示灯电路5；DC/DC转换电路2的输入端和所述电池电压采样电路3的输入端用于连接至电池组1；DC/DC转换电路2的输出端与中央处理器4连接，电池电压采样电路3的输出端与中央处理器4连接；指示灯电路5与所述中央处理器4连接，RF天线电路6与中央处理器4连接；温湿度检测电路7的信号输入端与中央处理器4连接，温湿度检测电路7的控制端与中央处理器4连接；温度模块接口8的信号输入端与中央处理器4连接，温度模块接口8的控制端与中央处理器4连接；温度模块接口8的输入输出端用于连接外部的扩展温度探头；按键处理电路9的输入端用于连接按键10，按键处理电路9的输出端连接中央处理器4。
在本发明实施例中，中央处理器4为核心处理单元，采用了TI公司的CC2530芯片，其集成了8051核及RF功能模块。该芯片功耗很低，当系统处于睡眠状态时，功耗为1uA。其主要功能为，维持ZigBee网络及定期对温湿度/温度传感器及电池电压的数据进行采样，然后上报给协调器。
DC/DC转换电路2为电源转换部分，采用高效的Buck电路，将2个串联的电池电压(4.0～7.2V)转换成3.3V，给系统供电。
电池电压采样电路3对电池总电压信号进行处理，送入到中央处理单元的AD管脚，中央处理单元计算电压，在电压不足的情况下，主动上送电压不足信息给协调器，起提前预警作用。
内置的温湿度检测电路7为核心温度检测部分，主要利用低功耗的温湿度检测器件SHT30-DIS对环境的温湿度进行测量。本单元和CPU通过I2C(GPIO模拟)接口连接，中央处理单元通过标准的I2C接口读取所采集的温湿度数据。另外，本单元的供电由CPU的管脚进行控制，当不需要采集温湿度的情况下，进行下电，降低功能，起节能的作用。
温度模块接口8主要对外部的I2C接口的温度探头提供接口和防护功能。本单元的供电由CPU的管脚进行控制，当不需要采集温湿度的情况下，进行下电，降低功能，起节能的作用。
按键处理电路9用于无线智能温湿度传感器对外提供一个按键，按键具有2个作用。在设备启动过程中按下，系统将清除原有的网络信道配置、PANID配置信息；另外一个功能为设备处于运行状态时，按此按钮可以主动和上位机进行握手连接。
RF天线电路6主要是2.4G的巴伦电路部分，电路兼容PCB天线和外置SMA天线接口，两者通过装配不同的物料来进行区分。
指示灯电路5用于配合按键起作用。当系统处于运行状态的情况下，按此按钮，如果已经连上网络，指示灯常亮，否则熄灭。用于现场进行故障判断。
本发明的无线智能温湿度传感器，其工作方式不同于传统的传感器，传统的传感器通常是被动查询方式，当上位机有需要时，上位机通过发送命令的方式对传感器的数据进行读取。本发明的无线智能温湿度传感器的工作方式为主动上报的方式，其定期向协调器上报数据。其主要工作方式有：
(1)该设备通常处于睡眠状态，内部定时采集，当定时器到期时，终止休眠，将新的数据信息发给协调器；在没有收到协调器的确认信息或者发送次数未到限定次数之前，每隔1s循环发送。
(2)该设备定期往协调器上报心跳信息；在没有收到协调器的确认信息或者发送次数未到限定次数之前，每隔1s循环发送。
(3)该设备具有身份自动识别功能：在组网成功后，主动将MAC地址信息、设备信息上报给协调器器。
(4)该设备在未进入休眠状态时，可以接收协调器的查询，并根据自定义的协议格式，响应信息。
在本发明实施例中，无线技术不仅限于ZigBee技术，WiFi技术，也包含其它例如433M技术，只要原理和本发明一样即可。ZigBee技术所用载体不限于CC2530，只要符合本发明中的原理即可。
在本发明实施例中，无线智能温湿度传感器可以使用Li电池供电，不限于电池的种类；只要符合使用电池供电，定期主动上报数据、定期主动上报心跳均可。
在本发明实施例中，无线智能温湿度传感器的循环上报时间不限于所设置的1s，只要符合“发送数据后，需要确认，没有收到确认之前或未达到发送次数限值需循环上报”这一原则即可。
本发明因为采用了无线传输方案替换传统的有线方案，能够大幅度降低工程量节约成本。
本发明提供了一种电池供电的、主动上报的无线温湿度传感器，传感器通常情况下处于休眠状态，一旦有状态变化，立即向协调器上报最新数据；在未收到确认信息或未达到发送次数限值之前，每1s循环发送；(3)传感器的类型为EndDevice，该节点定期发送心跳数据包；传感器具有身份自动识别功能，便于识别和维护。具体实现方式为：传感器出厂之前，将自身的设备类型信息写入到内部存储器中。当组网成功时候，传感器向协调器主动上报自己的地址和设备类型信息，其中的设备类型信息为自身的传感器类型。
同时，传感器具有ZigBee网络PANID，ZigBee网络信道更改功能，防止和其它无线网络冲突。具体实现方式为：当传感器处于正常工作状态，上位机通过发送“设置网络PANID”或“设置网络信道”命令给传感器，传感器收到命令后，保存所设置的“网络PANID”或“网络信道”，重启后，根据所设置的网路参数，加入到所指定的网络中去。
另外，传感器支持信号强度检测，避免安装位置的不正确导致信号异常。具体实现方式为：当传感器处于正常工作状态，上位机通过发送“获取信号质量”命令给传感器，传感器收到命令后，将信号质量值以响应的形式发送给上位机。上位机根据收到的信号质量来确定传感器安装位置是否需要调整。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无线智能温湿度传感器，其特征在于，包括中央处理器(4)、DC/DC转换电路(2)，电池电压采样电路(3)，温湿度检测电路(7)，温度模块接口(8)，按键处理电路(9)，RF天线电路(6)以及指示灯电路(5)；
所述DC/DC转换电路(2)的输入端和所述电池电压采样电路(3)的输入端用于连接至电池组(1)；所述DC/DC转换电路(2)的输出端与所述中央处理器(4)连接，所述电池电压采样电路(3)的输出端与所述中央处理器(4)连接；
所述指示灯电路(5)与所述中央处理器(4)连接，所述RF天线电路(6)与所述中央处理器(4)连接；
所述温湿度检测电路(7)的信号输入端与所述中央处理器(4)连接，所述温湿度检测电路(7)的控制端与所述中央处理器(4)连接；所述温度模块接口(8)的信号输入端与所述中央处理器(4)连接，所述温度模块接口(8)的控制端与所述中央处理器(4)连接；所述温度模块接口(8)的输入输出端用于连接外部的扩展温度探头；
所述按键处理电路(9)的输入端用于连接按键(10)，所述按键处理电路(9)的输出端连接所述中央处理器(4)。
2.如权利要求1所述的无线智能温湿度传感器，其特征在于，当无线智能温湿度传感器的状态发生改变时，通过RF天线电路(6)向外部的协调器上报最新数据，在未收到确认信息或未达到发送次数限值之前，循环发送最新数据。
3.如权利要求1所述的无线智能温湿度传感器，其特征在于，所述无线智能温湿度传感器通过RF天线电路(6)定期往外部的协调器上报心跳信息；在没有收到协调器的确认信息或者发送次数未到限定次数之前，循环发送。
4.如权利要求1所述的无线智能温湿度传感器，其特征在于，所述无线智能温湿度传感器在组网成功后，主动将MAC地址信息和设备信息通过RF天线电路(6)上报给外部的协调器器。
5.如权利要求1所述的无线智能温湿度传感器，其特征在于，所述无线智能温湿度传感器在未进入休眠状态时，可接收外部的协调器的查询，并根据自定义的协议格式响应信息。
6.如权利要求1-5任一项所述的无线智能温湿度传感器，其特征在于，所述RF天线电路(6)通过ZigBee实现与协调器的无线通信。
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