CN105526965A - 一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点，包括传感单元、微处理器、无线通讯模块、电源以及电源管理模块；所述传感单元和无线通讯模块均与微处理器相连，所述电源经电源管理模块后为传感单元、微处理器及无线通讯模块通电；所述微处理器能够通过电源管理模块根据设定时序控制传感单元和无线通讯模块启动工作或进入休眠状态。本发明能够有效降低监测节点的工作能耗，从而大大延长使用寿命。

Description

一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点

技术领域

本发明涉及馆藏环境监测设备领域，尤其涉及一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点。

背景技术

我国众多博物馆、纪念馆、考古机构等珍藏的大量馆藏文物，是我国珍贵文化遗产的重要组成部分。现行文物保护管理措施大多是抢救性保护修复和被动维修遭损文物，而缺少“预防性保护”。馆藏文物“预防性保护”理念的核心技术内涵，即是采取有效的质量管理、监测、评估、调控等预防措施，抑制各种环境因素对文物的危害作用，努力使文物处于一个“稳定、洁净”的安全生存环境，尽可能阻止或延缓文物的物理和化学性质改变乃至最终劣化，达到长久保存文物的目的。将无线传感器网络用于文物预防性保护，既能提高文物保护水平又能节省人力资源，降低劳动强度。无线传感器节点是无线传感器网络的主要组成部分，用来采集现场数据，并通过一定的无线路由协议将信息传给观测者。节点作为网络中最基本的元素，其设计的合理性决定了整个网络的性能。此外，博物馆特殊的使用环境，要求传感器节点必须是电池供电，并且几年不换电池，这就对传感器节点的低功耗提出了很高的要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于怎样解决现有监测节点耗电量高，使用寿命短的问题，提供一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点，能够有效降低监测节点的工作能耗，从而大大延长使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点，其特征在于：包括传感单元、微处理器、无线通讯模块、电源以及电源管理模块；所述传感单元和无线通讯模块均与微处理器相连，所述电源经电源管理模块后为传感单元、微处理器及无线通讯模块通电；其中，所述电源管理模块包括传感电源控制模块和无线通讯电源控制模块，所述微处理器能够通过传感电源控制模块和无线通讯电源控制模块根据设定时序控制传感单元和无线通讯模块启动工作或进入休眠状态。

进一步地，所述传感电源控制模块和无线通讯电源控制模块均具有一MOS管，信号处理器通过两MOS管分别控制电源管理模块控制传感单元和无线通讯模块通断电。

进一步地，所述电源管理模块还包括一电量检测模块，用于对电源电量进行检测，并将电量信息发送给微处理器。

进一步地，所述微处理器的控制过程如下：

1）系统初始化；

2）微处理器开启传感电源控制模块对传感单元供电，传感单元通电后预热；

3）传感单元预热完成后，进行信号采集，并将采集到的信号发送给微处理器；

4）微处理器接收到传感单元发送的信号后，中断传感电源控制模块对传感单元供电；

5）微处理器开启无线通讯电源控制模块对无线通讯模块供电，向服务器发送数据；

6）若服务器未收到数据，则微处理器控制无线通讯模块重新发送，直至服务器收到数据；若服务器收到数据，则微处理器中断无线通讯电源控制模块对无线通讯模块供电；

7）微处理进入休眠状态，直至休眠结束后，重复步骤1）—7）。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：结构简单，稳定性好，能够有效降低监测节点的工作能耗，从而大大延长使用寿命，达到数年不更换电池的要求。

附图说明

图1为本发明的结构原理框图。

图2为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1，一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点，包括传感单元、微处理器、无线通讯模块、电源以及电源管理模块。所述传感单元和无线通讯模块均与微处理器相连，所述电源经电源管理模块后为传感单元、微处理器及无线通讯模块通电。其中，所述电源管理模块包括传感电源控制模块和无线通讯电源控制模块，所述传感电源控制模块和无线通讯电源控制模块均具有一MOS管，信号处理器通过两MOS管分别控制电源管理模块控制传感单元和无线通讯模块通断电。所述微处理器能够通过传感电源控制模块和无线通讯电源控制模块根据设定时序控制传感单元和无线通讯模块启动工作或进入休眠状态。所述电源管理模块还包括一电量检测模块，用于对电源电量进行检测，并将电量信息发送给微处理器。

具体制作过程中，所述微处理器采用STM8L151C8型微处理器，电源选择每年自损小于2%的锂锰电池。

参见图2，所述微处理器的控制过程如下：

1）系统初始化；初始化后，对电源电量进行检测，如果检测到电量低于设定值时，传感节点控制器发出低电压报警；

2）微处理器开启传感电源控制模块对传感单元供电，传感单元通电后预热；

3）传感单元预热完成后，进行信号采集，并将采集到的信号发送给微处理器；

4）微处理器接收到传感单元发送的信号后，中断传感电源控制模块对传感单元供电；

5）微处理器开启无线通讯电源控制模块对无线通讯模块供电，向服务器发送数据；

6）若服务器未收到数据，则微处理器控制无线通讯模块重新发送，直至服务器收到数据；若服务器收到数据，则微处理器中断无线通讯电源控制模块对无线通讯模块供电；

7）微处理进入休眠状态，直至休眠结束后，重复步骤1）—7）。

本发明中，节点休眠电流：节点休眠模式是指STM8L151C8处于SARM数据保留的低功耗模式，传感单元和无线通讯模块均处于断电模式，测得节点休眠电流为：I_sleep=1.2uA。

节点工作电流：微处理器唤醒后首先对传感单元进行上电预热，此时电流为：I₁=37mA，预热时长为400ms。传感数据采集完毕后对传感单元断电，唤醒并初始化无线传输模块，此时电流为I₂=20mA，时长100ms。数据传输耗时100ms，此时节点电流为I₃=100mA。

根据博物馆用户要求节点每十分钟上传一次数据，其余时间节点都处于休眠状态。计算节点一小时能耗为：

≈0.046mAh

节点采用3V容量为1200mAh的电池供电，可计算节点使用寿命为：

≈2.98(年)

完全满足博物馆2年不换电池的需要。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点，其特征在于：包括传感单元、微处理器、无线通讯模块、电源以及电源管理模块；所述传感单元和无线通讯模块均与微处理器相连，所述电源经电源管理模块后为传感单元、微处理器及无线通讯模块通电；其中，所述电源管理模块包括传感电源控制模块和无线通讯电源控制模块，所述微处理器能够通过传感电源控制模块和无线通讯电源控制模块根据设定时序控制传感单元和无线通讯模块启动工作或进入休眠状态。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点，其特征在于：所述传感电源控制模块和无线通讯电源控制模块均具有一MOS管，信号处理器通过两MOS管分别控制电源管理模块控制传感单元和无线通讯模块通断电。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点，其特征在于：所述电源管理模块还包括一电量检测模块，用于对电源电量进行检测，并将电量信息发送给微处理器。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗馆藏文物保存环境监测节点，其特征在于：所述微处理器的控制过程如下：

1）系统初始化；

2）微处理器开启传感电源控制模块对传感单元供电，传感单元通电后预热；

3）传感单元预热完成后，进行信号采集，并将采集到的信号发送给微处理器；

4）微处理器接收到传感单元发送的信号后，中断传感电源控制模块对传感单元供电；

5）微处理器开启无线通讯电源控制模块对无线通讯模块供电，向服务器发送数据；

6）若服务器未收到数据，则微处理器控制无线通讯模块重新发送，直至服务器收到数据；若服务器收到数据，则微处理器中断无线通讯电源控制模块对无线通讯模块供电；

7）微处理进入休眠状态，直至休眠结束后，重复步骤1）—7）。