CN107014958A - 一种多功能文物保存环境无线监测终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能文物保存环境无线监测终端，包括壳体，所述壳体内收容有PCB板及锂电池，所述PCB板上集成有控制电路及与控制电路相连接的温湿度传感器；所述外壳顶部开有两个透光孔，一个透光孔下方安装有光照度传感器，另一个透光孔下方安装有紫外线传感器，所述光照度传感器及紫外线传感器分别与控制电路相连接；所述锂电池给控制电路、温湿度传感器、光照度传感器及紫外线传感器提供电源；所述壳体上还开有与壳体内相通的通气孔。本发明集成温湿度传感器、光照度传感器及紫外线传感器为一体，可同时对文物保护环境中的温湿度、光照度及紫外线进行监测，使得终端体积小巧、安装方便，能直接放到展柜中并无线传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种文物保护技术领域，尤其涉及一种多功能文物保存环境无线监测终端。
背景技术
博物馆收藏的文物都是由不同材料构成的，而文物的自然损坏主要是构成文物的材料受到环境有害因素的影响出现的劣化变质。特别是博物馆中收藏有包括有纸品、纺织品、竹木漆器以及皮革、骨片和建筑物等有机质文物，不仅仅受到温湿度的影响，还受到光照度以及紫外光照射的影响。
对文物造成破坏的腐蚀作用中，最基础的是生物腐蚀，而有机质文物的主要成分是纤维、蛋白等，吸收了空气中的水份并在一定温度条件下容易滋生细菌，导致纤维、蛋白被细菌降解为小分子物质，从而破坏文物的纹、色、材质等，使文物遭到破坏。而有机质吸收水份的情况下也容易产生化学腐蚀，特别是类似于纤维、蛋白中羟基、羰基、肽键等极易吸收水份而产生溶胀而促使纤维、蛋白等的结构改变，从而使文物变形；吸收水份后，无机离子、酸、碱、盐等成分更容易的溶解并吸附，导致纤维、蛋白等的老化，也使得文物变形。引起生物腐蚀或者化学腐蚀的原因主要是由于文物保存环境中的空气湿度以及温度在特定条件下引起的。对有机质文物来说，光解腐蚀也非常严重，光照可以使纤维的长分子链发生断裂,使纤维素聚合度降低, 机械强度下降,从而导致纸张、纺织品等材料弹性减弱、变脆乃至断开破碎，光照还能使纸张变黄,使染料、颜料褪色,使油漆涂层光泽变暗；还能引起某些物品的局部过热或干燥,使一些漆器、木器起皱、龟裂、起泡、粉化剥落。光解腐蚀的另一种对文物破坏作用十分明显的是紫外线照射，长时间的紫外线照射能是纤维、蛋白、有机染料等光解，从而使文物的物理性能、机械性能变差，导致文物根本性的破坏。
因此，有机质文物需要对光照度、紫外光、温度都需要准确的量化指标，而且对不同的文物进行不同的保护策略，则需要在每个展柜中同时对几种参数同时进行监测，而目前用于文物展柜监测的设备均只能单一的监测其中一种参数或着两种参数，即使能全部进行监测也是通过分散的传感器进行采集然后汇集，线路复杂，而且容易引起文物的损坏，且不便于安装与使用。为了实时的监测保存环境，通过无线传输技术进行数据的传输也是避免线路的布置对文物造成损坏的保护点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种体积小巧、安装方便且将温湿度、光照度及紫外线监测集于一体的多功能文物保存环境无线监测终端，且具有无线传输功能。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种多功能文物保存环境无线监测终端，包括壳体，所述壳体内收容有PCB板及锂电池，所述PCB板上集成有控制电路及与控制电路相连接的温湿度传感器；所述外壳顶部开有两个透光孔，一个透光孔下方安装有光照度传感器，另一个透光孔下方安装有紫外线传感器，所述光照度传感器及紫外线传感器分别与控制电路相连接；所述锂电池给控制电路、温湿度传感器、光照度传感器及紫外线传感器提供电源；所述壳体上还开有与壳体内相通的通气孔。同时对环境的温湿度、光照度及紫外线进行监测，能针对性地对文物进行保护，使保护手段更细致化。
进一步的，所述壳体包括上壳及底壳，所述底壳与上壳采用卡扣卡合连接；所述上壳由长方形顶板及四个梯形侧板构成，且呈四棱台形；所述底壳内设置有用于压紧锂电池的十字形条板。
进一步的，所述透光孔为锥形孔且位于上壳顶板中部，锥形孔从小端向顶板内侧延伸拉长形成加强部位；所述上壳顶板内侧设有用于安装传感器的短支柱且位于每个透光孔两侧。
进一步的，所述上壳顶板外侧设有与透光孔同心的环形凸起，所述环形凸起内安装有透光片；所述上壳顶板上固接有亚克力板，且亚克力板上开有与环形凸起相配合的通孔。
进一步的，所述控制电路包括MCU处理器、EEPROM及无线模块，其中，MCU处理器接收温湿度、紫外线、光照度传感器传输的信号以及锂电池的电压信号进行处理后存储到EEPROM中；所述无线模块通过USART接口与MCU处理器双向数据通信，用于数据的无线传输与接收。
进一步的，所述无线模块为基于433MHz载波频段的RF433无线模块。
进一步的，所述MCU处理器采用STM32L低功耗单片机。
进一步的，所述上壳顶板内壁上设有用于固定PCB板的PCB板支撑架以及固定锂电池的电池支撑架；所述PCB板支撑架由三个带螺纹孔的长支柱构成，且长支柱圆周上设置有增加强度的肋板；所述电池支撑架由两个圆弧形肋板构成，且肋板的圆弧形开口背离上壳顶板。
进一步的，所述通气孔位于靠近电池支撑架的上壳上相邻侧板相交的棱边处且呈倒三角形，所述通气孔中竖向设有分流板。
进一步的，所述侧板靠近通气孔的位置开有多个不同大小的条形通气孔。
上述发明内容的工作原理是，接通电源后，MCU处理器控制光照度、紫外光、温度、湿度、设备工作电压、433MHz信号强度进行数据采集，并对采集到的数据处理为带有时间戳的数据帧，通过433MHz 模块经无线中继、网关等设备把数据发送到博物馆环境监测平台，如网络因停电、或故障引起数据不能上传，终端自动将数据存储到 EEPROM中，一旦网络恢复，终端再将数据补发到博物馆环境监测平台，监测平台接收到数据后，如果监测平台对该终端有设置命令，则返回设置指令参数，没有设置指令则返回确认收到信号。如果监测平台收到监测终端时间戳与系统时间不同或每天第一次收到终端发送的数据后，这时服务器监测平台自动下发同步时钟指令，终端同步时间，终端处理完数据发送或保存好数据后，自动进入休眠模式。
本发明的有益之处是：集成温湿度传感器、光照度传感器及紫外线传感器为一体的终端可同时对文物保护环境中的温湿度、光照度及紫外线进行监测，使得终端体积小巧、安装方便，能直接放到展柜中，且能通过无线传输监测数据，对每个展柜中的环境进行实时监测。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明的上壳结构示意图；
图3是本发明电路原理框图；
图4是本发明无线自组网原理框图。
图中，1、底壳，2、PCB板，3、锂电池，4、温湿度传感器，5、紫外线传感器，6、光照度传感器，7、上壳，8、透光片，9、亚克力板，10、开关拨板，101、十字形条板，701、透光孔，702、环形凸起，703、通气孔，704、条形通气孔，705、PCB板支撑架，706、短支柱，707、电池支撑架，7031、分流板。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例就本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的多功能文物保存环境无线监测终端，包括壳体，所述壳体包括由长方形顶板及四个梯形侧板构成的上壳7 及由长方形底板及四个梯形侧板构成的底壳1，且所述上壳7呈四棱台形，所述底壳1由长方形底板及四个侧板构成；上壳7与底壳1上的侧板相交的棱边均进行倒圆，使整个外壳看起来更美观，且底壳1 通过卡扣与上壳7卡合连接，可拆卸的壳体设计，能方便的对壳体内的锂电池3或硬件进行维护。如图1-图2所示，上壳7的顶板上开有两个锥形透光孔701，且锥形透光孔701从顶板向内延伸，顶板内侧位于每个透光孔701两侧位置设有用于安装传感器的短支柱706，短支柱706末端开有螺纹孔。上壳7顶板上设有两个向外凸起的环形凸起702，且环形凸起702以透光孔701的中心为圆心。在其中一个透光孔701下方安装有光照度传感器6，且光照度传感器6通过螺钉紧固到透光孔701两侧的短支柱706上；另一个透光孔701下方安装有紫外线传感器5，且紫外线传感器5通过螺钉紧固到透光孔701两侧的短支柱706上。在每个环形凸起702内安装有透光片8，透光片 8可以使壳体外部的光线透射到壳体内的光照度传感器6及紫外线传感器5上，并且具有折射光的作用，使终端不必直接放在光线正下方，终端的放置位置更灵活。上壳顶板内壁上设有PCB板支撑架705，PCB 板支撑架705由三个长支柱构成，所述长支柱圆周上设置有增加强度的肋板，所述长支柱末端设置有螺纹孔，长支柱上固接有PCB板2，并通过螺钉进行紧固，PCB板2上集成有控制电路及温湿度传感器4，控制电路分别与温湿度传感器4、光照度传感器6及紫外线传感器5 通过I2C总线进行连接。如图3所示，控制电路包括MCU处理器、EEPROM及无线模块，其中，MCU处理器接收传温湿度传感器4传输的电信号、紫外线传感器5传输的电信号、光照度传感器6传输的电信号以及锂电池3的电压信号，然后对接收到的信号进行处理形成直观数据后存储到EEPROM中，其中EEPROM通过I2C总线与MCU处理器相连接。无线模块通过USART接口与MCU处理器双向数据通信，用于采集到的数据的无线传输与接收，无线模块与网关进行无线通信，将数据发送到无线网关后再通过网络发送到博物馆环境监测平台，使监控人员能实时的了解每个展柜中的环境情况。
如图1-图2所示，上壳顶板内壁上还设置有电池支撑架707，电池支撑架707由两个圆弧形肋板构成，且固定于上壳7的顶板内侧，肋板的圆弧形开口背离上壳顶板；为了使电池支撑架707更稳固，在圆弧形肋板长度方向的侧面上设置有条形竖板。电池支撑架707上固接有给控制电路、温湿度传感器4、光照度传感器6及紫外线传感器 5提供电源的锂电池3，为了使锂电池3牢靠的固接在电池支撑架707 上，底壳1内还设置有用于压紧锂电池3的十字形条板101，当底壳 1与上壳7扣合后，锂电池3不会在壳体内摆动，造成电源线的断裂或者松脱，且锂电池3为一次性使用，在低功耗环境中可提供长达 12个月的电源供给。
如图1-图2所示，为了使壳体内部的空气与文物保存环境的空气时刻保持流通，且让监测数据更真实，在靠近电池支撑架707位置，上壳7的两侧板相交的棱边处开有呈倒三角形的通气孔703，且通气孔703中竖直方向上设置有分流板7031，有效防止较大的杂物掉落进壳体内，避免对壳体内部的元器件造成损坏。前述的两侧板上靠近棱边位置开有不同长度的条形通气孔704，一个作用是为了增加壳体内空气的流通量，另一个作用是增加终端的可靠性，在倒三角形通气孔703被堵塞后还能使空气流通，让终端正常运行。
在本实施例的进一步优选方案中，在上壳7顶板上通过透明胶粘剂粘接有亚克力板9，使终端外观看起更美观，放到展柜中也不影响观察文物。
在本实施例的进一步优选方案中，无线模块是基于433MHz载波频段的RF433无线模块；无线模块的连接方式为一点对多点，可以与同样使用频段433MHz的无线设备进行连通，数据信息的传输可以在自组建的局域网中进行传输，局域网中任何一无线设备与无线网关连通，则可将数据传输到网络中，再传输到服务器管理平台。这样的连接方式可以使反馈信息更具实时性及智能性，避免了设备故障而导致的数据传输失败，增加了数据传输的可靠性。如图4所示，终端的无线模块可以相互连通，组成网络中的任何一个设备与网络中的无线网关连通都可形成一条网络通路。
在本实施例的进一步优选方案中，所述MCU处理器为低功耗 STM32L单片机，采用休眠/唤醒的微功耗工作模式。STM32L单片机具有超低功耗，具有10uA的低功耗运行模式，且供电电压范围可在 1.65～3.6V，完全可以通过锂电池3进行供电，最重要的是芯片具有STOP休眠模式，设置成周期性地唤醒工作，从而将功耗降到最低，节约电能，使系统工作持续时间更长。
本实施例的进一步优选方案中，所述上壳7后侧板上开有矩形台阶方孔，所述台阶方孔内活动地卡接有开关拨板10，所述开关拨板 10通过伸入端上的卡孔与PCB板2上的拨动开关卡合连接。在终端还未开始使用前处于电源切断状态，对锂电池3的电能进行保护，使终端在运输过程中不会导致电池的消耗，从而保证终端在监测环境中能长时间的正常工作。
为进一步充分利用前述通气孔703的功能，可进一步在PCB板2 上集成微型光照度传感器6或者微型紫外线传感器5并设置于通气孔 703下方，可以进一步补充或者校验透光孔701下面的光照度传感器 6与紫外线传感器5对环境光线的监测情况。
本实施例的工作原理是，通过拨板开关使锂电池3给控制电路、温湿度传感器4、光照度传感器6及紫外线传感器5进行供电，各传感器进行数据采集，并传输到MCU处理器，MCU处理器对数据进行修正处理为带有时间戳的数据通过无线模块将数据传输到无线网关或无线中继等设备中，然后再通过网络传输到博物馆环境监测平台。如网络因停电、或故障引起数据不能上传，终端自动将数据存储到 EEPROM中，一旦网络恢复，终端再将数据补发到博物馆环境监测平台。监测平台接收到数据后，若有指令信号反馈到终端进行设置，则直接反馈指令信号，终端根据接收到的指令信号进行相应的设置；若没有指令信号，则只需发送数据收到的回复信号回终端。当监测平台接收到的数据所带时间与系统时间不一致或接收到终端每天发送第一条数据后，则监测平台返回当前系统时间回终端，让MCU处理器对自身时钟进行校准。终端在发送数据收到回复信号或对监测平台发送的指令信号进行设置后，自动进入休眠。当程序设定的休眠周期结束后，终端再次进行数据采集、传输。终端采用休眠-唤醒工作模式，使终端处于低功耗模式，工作时间更持续。当终端下一次唤醒后，继续进行数据的采集、发送等工作。终端体积小巧，可以放到每个展柜中，使监测数据更真实，且相同的无线模块还可以组成为小局域网，使传输距离更大，适用于在大面积的场所使用。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳实施例。应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还能做出若干的变型和改进，也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：包括壳体，所述壳体内收容有PCB板及锂电池，所述PCB板上集成有控制电路及与控制电路相连接的温湿度传感器；所述外壳顶部开有两个透光孔，一个透光孔下方安装有光照度传感器，另一个透光孔下方安装有紫外线传感器，所述光照度传感器及紫外线传感器分别与控制电路相连接；所述锂电池给控制电路、温湿度传感器、光照度传感器及紫外线传感器提供电源；所述壳体上还开有与壳体内相通的通气孔。
2.根据权利要求1所述的多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：所述壳体包括上壳及底壳，所述底壳与上壳采用卡扣卡合连接；所述上壳由长方形顶板及四个梯形侧板构成，且呈四棱台形；所述底壳内设置有用于压紧锂电池的十字形条板。
3.根据权利要求2所述的多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：所述透光孔为锥形孔且位于上壳顶板中部，锥形孔从小端向顶板内侧延伸拉长形成加强部位；所述上壳顶板内侧设有用于安装传感器的短支柱且位于每个透光孔两侧。
4.根据权利要求3所述的多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：所述上壳顶板外侧设有与透光孔同心的环形凸起，所述环形凸起内安装有透光片；所述上壳顶板上固接有亚克力板，且亚克力板上开有与环形凸起相配合的通孔。
5.根据权利要求1所述的多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：所述控制电路包括MCU处理器、EEPROM及无线模块，其中，MCU处理器接收温湿度、紫外线、光照度传感器传输的信号以及锂电池的电压信号进行处理后存储到EEPROM中；所述无线模块通过USART接口与MCU处理器双向数据通信，用于数据的无线传输与接收。
6.根据权利要求5所述的多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：所述无线模块为基于433MHz载波频段的RF433无线模块。
7.根据权利要求5所述的多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：所述MCU处理器采用STM32L低功耗单片机。
8.根据权利要求2所述的多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：所述上壳顶板内壁上设有用于固定PCB板的PCB板支撑架以及固定锂电池的电池支撑架；所述PCB板支撑架由三个带螺纹孔的长支柱构成，且长支柱圆周上设置有增加强度的肋板；所述电池支撑架由两个圆弧形肋板构成，且肋板的圆弧形开口背离上壳顶板。
9.根据权利要求8所述的多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：所述通气孔位于靠近电池支撑架的上壳上相邻侧板相交的棱边处且呈倒三角形，所述通气孔中竖向设有分流板。
10.根据权利要求9所述的多功能文物保存环境无线监测终端，其特征在于：所述侧板靠近通气孔的位置开有多个不同大小的条形通气孔。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2017
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