CN107131962A - 一种现场传感器及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种现场传感器及其应用方法，包括：传感器装置包括温度传感器、湿度传感器和振动传感器；控制器对传感器装置进行开关控制，对传感器的信号检测与数据通信，接收来自传感器装置的境温度数据、环境湿度数据和振动数据，作为测量结果进行存储，以及对测量结果进行无线传输；数据接口包括：传感器控制接口、传感器数据接口和数据无线传输接口，其中，传感器控制接口、传感器数据接口与传感器装置相连，数据无线传输接口与外部通信设备相连。本发明实现数据的自动收集，可以避免抄写错误，减少人员工作量，有助于提高工作效率，提升管理水平。

Description

一种现场传感器及其应用方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种现场传感器及其应用方法。
背景技术
各类温湿度与振动传感器在化工现场必不可少，但传统传感器的读数普遍依靠人员抄录，引入认为干扰因素，例如抄写错误、懒惰懈怠导致的误差。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种现场传感器及其应用方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种现场传感器，包括：传感器装置、控制器与数据接口，其中，
所述传感器装置包括温度传感器、湿度传感器和振动传感器，其中，所述温度传感器用于检测环境温度数据，包括电阻传感器和热电偶；所述湿度传感器用于检测环境湿度数据；所述振动传感器用于检测振动数据；
所述控制器与所述传感器装置相连，用于对所述传感器装置进行开关控制，对传感器的信号检测与数据通信，接收来自所述传感器装置的境温度数据、环境湿度数据和振动数据，作为测量结果进行存储，以及对所述测量结果进行无线传输，所述控制器还用于控制系统进行周期性地休眠，休眠期间关闭所有传感器电路，切断传感器电路的电量消耗；工作时依次进行控制器唤醒、测量电路上电、数据测量与存储、测量电路切断、发送无线数据包、控制器休眠；
所述数据接口包括：传感器控制接口、传感器数据接口和数据无线传输接口，其中，所述传感器控制接口、传感器数据接口与所述传感器装置相连，所述数据无线传输接口与外部通信设备相连，
其中，所述控制器在巡检人员的携带下，经过所述传感器装置的各个传感器所在的位置，当巡检人员位于传感器附近时，接收到传感器发出的数据，所述控制器将接收到的数据、接收时间、数据类型发送至数据平台进行归集汇总，所述数据平台将收集到的数据按传感器编号进行分类，再按数据收集时间进行排序，从而得到各个传感器按时间顺序产生的数据序列，实现数据统计，以及所述数据平台根据每个传感器的数据序列，查找单个数据序列的变化趋势，以及相关的多个数据序列之间的关联趋势，进行数据分析。
进一步，所述电阻传感器采用热敏电阻传感器或铂电阻传感器。
进一步，所述湿度传感器采用芯片式传感器，且通过串行通信接口IIC接口与所述控制器相连。
进一步，所述振动传感器采用芯片式加速度计，且通过串行通信接口SPI接口与所述控制器相连。
进一步，所述传感器控制接口用于控制所述传感器装置中各个传感器的测量开关；所述传感器数据接口由控制器内置的多个串行数据接口引出线路与各芯片式传感器电路连接，形成传感器的数据接口。
进一步，所述数据无线传输接口包括：NFC数据传输接口和蓝牙数据传输接口，其中，所述NFC数据传输接口与具有NFC功能的终端设备进行通信，当具有NFC功能的防爆智能手持终端扫过NFC天线时，唤醒控制器，自动开启NFC通讯模式，控制器将存储的传感器测量结果通过NFC天线发送给手持终端，由手持终端接收数据，通信完成后控制器回到休眠状态，
所述蓝牙数据传输接口与具有蓝牙功能的终端设备进行通信，所述控制器在每个工作周期内，将测量到的数据按指定格式存入蓝牙的广播数据包中进行广播发送，附近的接收终端设备可接收并解析广播数据包中的数据内容，并进行回传、存储。
进一步，所述传感器装置和控制器采用限能和隔离方式进行防爆处理。
本发明实施例还提出一种现场传感器的应用方法，包括如下步骤：
步骤S1，利用温度传感器、湿度传感器和振动传感器，分别检测环境温度数据、环境湿度数据和振动数据；
步骤S2，接收到传感器发出的数据，将接收到的数据、接收时间、数据类型发送至数据平台进行归集汇总；
步骤S3，将收集到的数据按传感器编号进行分类，再按数据收集时间进行排序，从而得到各个传感器按时间顺序产生的数据序列，实现数据统计，以及所述据平台根据每个传感器的数据序列，查找单个数据序列的变化趋势，以及相关的多个数据序列之间的关联趋势，进行数据分析。
进一步，采用蓝牙或NFC无线通讯方式将数据在传感器和数据平台之间进行传输。
根据本发明实施例的现场传感器及其应用方法，实现数据的自动收集，可以避免抄写错误，减少人员工作量，有助于提高工作效率，提升管理水平。本发明采用数据统计与分析功能可以展现数据的发展变化趋势，传统手工抄录难以达到相同的效果，更便于后续用户的分析使用。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的现场传感器的结构图；
图2a和图2b为根据本发明实施例的温度传感器的电路图；
图3为根据本发明实施例的湿度传感器的电路图；
图4为根据本发明实施例的振动传感器的电路图；
图5为根据本发明实施例的控制器的电路图；
图6为根据本发明实施例的现场传感器的应用方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的现场传感器，包括：传感器装置1、控制器2与数据接口3.
传感器装置1包括温度传感器、湿度传感器和振动传感器，。其中，温度传感器用于检测环境温度数据，包括电阻传感器和热电偶；湿度传感器用于检测环境湿度数据；振动传感器用于检测振动数据。
在本发明的一个实施例中，如图2a和2b所示，电阻传感器采用热敏电阻传感器或铂电阻传感器。热敏电阻、铂电阻两类温度传感器在不同温度下表现出不同的电阻值，通过测量传感器两端的电阻可以换算出对应的温度。
热电偶在不同温度下，传感器两端产生不同的热电动势(即电压)，通过测量传感器两端的电压可以换算出对应的温度。热电偶的测量需要对测量点周围的环境温度进行校准。
本发明使用热电偶测量100摄氏度以上的高温，并使用热敏电阻和铂电阻(二选一，系统均支持)测量环境温度作为校准；100摄氏度以下的温度区间直接使用热敏电阻和铂电阻(二选一)进行测量。
如图3所示，湿度传感器采用芯片式传感器，且通过串行通信接口IIC接口与控制器相连。芯片式传感器相比电容式湿度传感器集成了测量电路，测量精度高。
如图4所示，振动传感器采用芯片式加速度计，测量功耗更低，且通过串行通信接口SPI接口与控制器相连。
传感器装置1中的各个传感器均由控制器2进行控制，控制器进一步控制各个数据接口3。
具体地，如图5所示，控制器2与传感器装置相连，负责系统的整体逻辑控制与数据通信控制，用于对传感器装置进行开关控制，对传感器的信号检测与数据通信，接收来自传感器装置的境温度数据、环境湿度数据和振动数据，作为测量结果进行存储，以及对测量结果进行无线传输。控制器2还用于控制系统进行周期性地休眠，休眠期间关闭所有传感器电路，切断传感器电路的电量消耗；工作时依次进行控制器唤醒、测量电路上电、数据测量与存储、测量电路切断、发送无线数据包(通过蓝牙BLE协议)、控制器休眠。
数据接口3包括：传感器控制接口、传感器数据接口和数据无线传输接口，其中，传感器控制接口、传感器数据接口与传感器装置相连，数据无线传输接口与外部通信设备相连。
具体地，传感器控制接口用于控制传感器装置中各个传感器的测量开关，传感器控制接口关闭时，传感器电路完全停止工作，以保证最小的系统电量消耗。传感器数据接口由控制器内置的多个串行数据接口引出线路与各芯片式传感器电路连接，形成传感器的数据接口，以数字接口替代模拟电信号可以有效降低测量信号的外部干扰。需要说明的是，传感器控制接口可以完全关闭所控制传感器模块的电源，杜绝待机状态下传感器模块的微小耗电，进一步降低整体电路的待机功耗，延长电池的使用时间。
在本发明的实施例中，数据无线传输接口使用NFC和蓝牙BLE两种接口进行无线数据传输。传输的无线数据包括各传感器的测量结果和传感器编号。
数据无线传输接口包括：NFC数据传输接口和蓝牙数据传输接口，其中，NFC数据传输接口与具有NFC功能的终端设备进行通信，当具有NFC功能的防爆智能手持终端扫过NFC天线时，唤醒控制器，自动开启NFC通讯模式，控制器将存储的传感器测量结果通过NFC天线发送给手持终端，由手持终端接收数据，通信完成后控制器回到休眠状态。
蓝牙数据传输接口与具有蓝牙功能的终端设备进行通信，控制器在每个工作周期内，将测量到的数据按指定格式存入蓝牙的广播数据包中进行广播发送，附近的接收终端设备(如手机)可接收并解析广播数据包中的数据内容，并进行回传、存储。
具体来说，控制器在巡检人员的携带下，经过传感器装置的各个传感器所在的位置，当巡检人员位于传感器附近时，接收到传感器发出的数据，控制器将接收到的数据、接收时间、数据类型发送至数据平台进行归集汇总。
具体地，现场人员在每日定时的巡检过程中，经过各传感器电路所在的位置，当巡检人员位于传感器电路附近时，可以接收到传感器电路发出的蓝牙BLE数据包；巡检人员用手机贴近传感器电路的NFC天线时，可以通过NFC接收传感器电路的数据。各手机通过移动网络，将接收到的数据，连同接收时间、数据类型发送至数据服务器，由数据平台进行数据的归集汇总。
数据平台将收集到的数据按传感器编号进行分类，再按数据收集时间进行排序，从而得到各个传感器按时间顺序产生的数据序列，实现数据统计，以及数据平台根据每个传感器的数据序列，查找单个数据序列的变化趋势，以及相关的多个数据序列之间的关联趋势，进行数据分析。
在本发明的一个实施例中，传感器装置和控制器采用限能和隔离方式进行防爆处理。电路的限能处理包括限制系统电压和限制系统总电容。系统电路设计中避免试用升压电路，保证电路各节点的电压不高于电池电压(即4.2V)；系统在设计时尽量减少电容的使用，去掉不必要的稳压电容，使电路整体电容量控制在200uF以下，使电路达到Ex ib IIC等级的防爆要求。
如图6所示，本发明实施例还提出一种现场传感器的应用方法，包括如下步骤：
步骤S1，利用温度传感器、湿度传感器和振动传感器，分别检测环境温度数据、环境湿度数据和振动数据。
步骤S2，接收到传感器发出的数据，将接收到的数据、接收时间、数据类型发送至数据平台进行归集汇总。
现场人员在每日定时的巡检过程中，经过各传感器电路所在的位置，当巡检人员位于传感器电路附近时，可以接收到传感器电路发出的蓝牙BLE数据包；巡检人员用手机贴近传感器电路的NFC天线时，可以通过NFC接收传感器电路的数据。各手机通过移动网络，将接收到的数据，连同接收时间、数据类型发送至数据服务器，由数据平台进行数据的归集汇总。
步骤S3，将收集到的数据按传感器编号进行分类，再按数据收集时间进行排序，从而得到各个传感器按时间顺序产生的数据序列，实现数据统计，以及据平台根据每个传感器的数据序列，查找单个数据序列的变化趋势，以及相关的多个数据序列之间的关联趋势，进行数据分析。
在本发明的一个实施例中，采用蓝牙或NFC无线通讯方式将数据在传感器和数据平台之间进行传输。
根据本发明实施例的现场传感器及其应用方法，实现数据的自动收集，可以避免抄写错误，减少人员工作量，有助于提高工作效率，提升管理水平。本发明采用数据统计与分析功能可以展现数据的发展变化趋势，传统手工抄录难以达到相同的效果，更便于后续用户的分析使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (9)

1.一种现场传感器，其特征在于，包括：传感器装置、控制器与数据接口，其中，
所述传感器装置包括温度传感器、湿度传感器和振动传感器，其中，所述温度传感器用于检测环境温度数据，包括电阻传感器和热电偶；所述湿度传感器用于检测环境湿度数据；所述振动传感器用于检测振动数据；
所述控制器与所述传感器装置相连，用于对所述传感器装置进行开关控制，对传感器的信号检测与数据通信，接收来自所述传感器装置的境温度数据、环境湿度数据和振动数据，作为测量结果进行存储，以及对所述测量结果进行无线传输，所述控制器还用于控制系统进行周期性地休眠，休眠期间关闭所有传感器电路，切断传感器电路的电量消耗；工作时依次进行控制器唤醒、测量电路上电、数据测量与存储、测量电路切断、发送无线数据包、控制器休眠；
所述数据接口包括：传感器控制接口、传感器数据接口和数据无线传输接口，其中，所述传感器控制接口、传感器数据接口与所述传感器装置相连，所述数据无线传输接口与外部通信设备相连，
其中，所述控制器在巡检人员的携带下，经过所述传感器装置的各个传感器所在的位置，当巡检人员位于传感器附近时，接收到传感器发出的数据，所述控制器将接收到的数据、接收时间、数据类型发送至数据平台进行归集汇总，所述数据平台将收集到的数据按传感器编号进行分类，再按数据收集时间进行排序，从而得到各个传感器按时间顺序产生的数据序列，实现数据统计，以及所述数据平台根据每个传感器的数据序列，查找单个数据序列的变化趋势，以及相关的多个数据序列之间的关联趋势，进行数据分析。
2.如权利要求1所述的现场传感器，其特征在于，所述电阻传感器采用热敏电阻传感器或铂电阻传感器。
3.如权利要求1所述的现场传感器，其特征在于，所述湿度传感器采用芯片式传感器，且通过串行通信接口IIC接口与所述控制器相连。
4.如权利要求1所述的现场传感器，其特征在于，所述振动传感器采用芯片式加速度计，且通过串行通信接口SPI接口与所述控制器相连。
5.如权利要求1所述的现场传感器，其特征在于，所述传感器控制接口用于控制所述传感器装置中各个传感器的测量开关；所述传感器数据接口由控制器内置的多个串行数据接口引出线路与各芯片式传感器电路连接，形成传感器的数据接口。
6.如权利要求1所述的现场传感器，其特征在于，所述数据无线传输接口包括：NFC数据传输接口和蓝牙数据传输接口，其中，所述NFC数据传输接口与具有NFC功能的终端设备进行通信，当具有NFC功能的防爆智能手持终端扫过NFC天线时，唤醒控制器，自动开启NFC通讯模式，控制器将存储的传感器测量结果通过NFC天线发送给手持终端，由手持终端接收数据，通信完成后控制器回到休眠状态，
所述蓝牙数据传输接口与具有蓝牙功能的终端设备进行通信，所述控制器在每个工作周期内，将测量到的数据按指定格式存入蓝牙的广播数据包中进行广播发送，附近的接收终端设备可接收并解析广播数据包中的数据内容，并进行回传、存储。
7.如权利要求1所述的现场传感器，其特征在于，所述传感器装置和控制器采用限能和隔离方式进行防爆处理。
8.一种现场传感器的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，利用温度传感器、湿度传感器和振动传感器，分别检测环境温度数据、环境湿度数据和振动数据；
步骤S2，接收到传感器发出的数据，将接收到的数据、接收时间、数据类型发送至数据平台进行归集汇总；
步骤S3，将收集到的数据按传感器编号进行分类，再按数据收集时间进行排序，从而得到各个传感器按时间顺序产生的数据序列，实现数据统计，以及所述据平台根据每个传感器的数据序列，查找单个数据序列的变化趋势，以及相关的多个数据序列之间的关联趋势，进行数据分析。
9.如权利要求8所述的现场传感器的应用方法，其特征在于，采用蓝牙或NFC无线通讯方式将数据在传感器和数据平台之间进行传输。
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