CN107863978B - 一种手持式智能通用传感器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手持式智能通用传感器系统，包括智能移动设备、无线传感器网关和换能器探头；智能移动设备设有人机交互界面和无线局域网通信模块，并安装了专用传感器应用程序，它具备访问无线局域网通信模块的权限，以无线局域网方式连接无线传感器网关，通过应用层协议发送和接收数据包，并显示数据；无线传感器网关包括网关外壳、无线通信模块、供电模块和传感器上位机；换能器探头包括探头外壳、换能器和传感器下位机。本发明实现了不同类型、型号的手持式传感器的测量数值在应用层访问模式的统一，用户无需按键操作，直接通过智能移动设备访问并获取手持传感器测量数据，具有用户友好性强、数据接口抽象化程度高、数据格式通用性强的特点。

Description

一种手持式智能通用传感器系统
技术领域
本发明属于信息技术领域中的传感器技术领域，特别涉及了一种手持式智能通用传感器系统。
背景技术
随着物联网技术的发展，各类手持式传感器被应用于工业生产、环境监测、农业养殖等各个行业。与其他类型的大型在线式传感器相比，手持式传感器具有体积小、质量轻、便于携带、部署方式灵活等优点，被广泛应用于环境指标检测、智能化工业生产、智慧农业和工业化生态养殖等应用场景。
由于受到体积限制，目前市面上的手持式传感器多采用按键式操作界面，操作繁琐。且不同制造商、型号的手持式传感器，其操作方式也不相同，用户友好性较低，提高了用户的适应成本。此类传感器多使用单色LED显示屏作为显示界面，一次性显示的数据量较少。由于手持式传感器大多数为自容式工作方式，数据导入导出需要通过RS232、USB等外部接口，且不同制造商、型号间的数据格式也不相同，无形中提高了用户的使用成本。
如何对现有的手持式传感器进行改进，以实现传感器的智能化、测量数据访问模式上的统一化、数据接口的抽象化、数据格式的通用化，是一个具有较高研究及应用价值的课题。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种手持式智能通用传感器系统，克服现有手持式传感器存在的弊端，实现了手持式传感器的智能化和通用化。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种手持式智能通用传感器系统，包括智能移动设备、无线传感器网关和换能器探头；
所述智能移动设备设有人机交互界面和无线局域网通信模块，并在其操作系统上安装了专用传感器应用程序，所述专用传感器应用程序具备访问无线局域网通信模块的权限，以无线局域网方式连接无线传感器网关，通过应用层协议发送和接收数据包，并显示数据；
所述无线传感器网关包括网关外壳、无线通信模块、供电模块和传感器上位机；网关外壳为中空结构，其内部容纳前述无线通信模块、供电模块和传感器上位机，网关外壳的外侧设有开关，该开关通过信号线与网关外壳内部的供电模块连接，网关外壳设有至少数据接口，该数据接口通过信号线与网关外壳内部的传感器上位机连接；无线通信模块具备无线局域网通信功能，它通过高速总线与传感器上位机连接；传感器上位机是一个单片机系统，它通过供电线与供电模块连接，在其操作系统上安装了网关程序，所述网关程序能够以公共网关接口的形式查询换能器探头数据，并将查询结果返回给专用传感器应用程序；
所述换能器探头包括探头外壳、换能器和传感器下位机；探头外壳为中空结构，其内部容纳前述传感器下位机和换能器，探头外壳的外侧设有数据接口，该数据接口通过信号线与探头外壳内部的传感器下位机连接，探头外壳的数据接口通过信号线与网关外壳的数据接口连接；换能器是一个能量转换装置，能够将测量信号转换为模拟电信号；传感器下位机是一个可编程逻辑控制器，它具有模数转换接口，传感器下位机通过模数转换接口与换能器连接，换能器输出的模拟电信号经模数转换变为数字信号，送入传感器下位机。
基于上述技术方案的优选方案，所述网关外壳和探头外壳均为由有机高分子聚合物材料注塑成型的容器，具备防水、防尘、抗紫外线和抗腐蚀的能力。
基于上述技术方案的优选方案，所述供电模块包括电池管理芯片和锂电池，当网关外壳外侧的开关按下时，电池管理芯片自动切换至供电工作状态，当锂电池的放电电压低于截止电压时，电池管理芯片自动停止电池放电。
基于上述技术方案的优选方案，网关外壳的数据接口和探头外壳的数据接口为RS232或RS485总线接口。
基于上述技术方案的优选方案，传感器上位机与无线通信模块之间的高速总线为UART或SPI。
基于上述技术方案的优选方案，所述应用层协议为高文本传输协议。
基于上述技术方案的优选方案，所述智能移动设备为智能手机、平板电脑或个人数字助理。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明通过无线传感器网关实现了智能移动设备与传感器上位机之间的数据通信，用户可以使用手机等设备直接对测量数据进行显示和操作；通过无线通信模块、网关程序和传感器上位机，将下位机获取的换能器电位值以公共网关接口的形式进行发布，统一了手持式传感器的数据格式与操作接口。
本发明改进了现有手持式传感器按键式界面操作繁琐的缺陷，使用智能移动设备作为用户操作界面，改进和规范了传感器数据在应用层上的访问模式，具有较高的用户友好性、数据抽象性、接口通用性，便于用户使用手持式传感器进行数值测量、数据导入导出等工作，在环境指标检测、智能化工业生产、智慧农业和工业化生态养殖等应用场景中，与现有的手持式传感器相比，在工作效率上具有明显的优势。
附图说明
图1是本发明的总体组成框图；
图2是本发明无线传感器网关的组成框图；
图3是本发明换能器探头的组成框图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种手持式智能通用传感器系统，如图1所示，包括智能移动设备、无线传感器网关以及换能器探头。
使用华为Mate8智能手机作为智能移动设备，该手机内置无线局域网(WLAN)通信模块。在该手机的安卓操作系统之上，安装专用传感器应用程序的APK(安卓应用程序包)。
专用传感器应用程序是以Java语言编写的安卓应用程序，能够在安卓操作系统中获取WLAN访问权限，并通过HTTP协议发送和接受数据包。专用传感器应用程序向无线传感器网关上的网关程序发送HTTP请求，监听返回的响应流，并将返回的JSON(Java脚本对象标记)格式数据解析后调用API(应用程序接口)绘制页面元素并在手机屏幕上进行显示。
无线传感器网关包含网关外壳，无线通信模块，供电模块，传感器上位机，和网关程序。如图2所示。
网关外壳是一个由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)注塑成型的容器。网关外壳为中空结构，其内部空间能够容纳无线通信模块、供电模块、传感器上位机。网关外壳外侧有一个12*12*8mm直插式微动按键开关，该按键通过信号线与网关外壳内部的供电模块连接。当该开关被按下时，供电模块的工作状态在工作和断电两种状态间轮流切换。网关外壳有一个RS485总线的数据接口，通过MODBUS协议的总线与网关外壳内部的传感器上位机连接。网关外壳RS485接口通过MODBUS协议的信号线与探头外壳RS485接口连接。
无线通信模块是一个ESP8266模块，工作于AP模式。无线通信模块通过UART高速总线与传感器上位机连接。
供电模块是一个由LT1505管理芯片和12V/6000MHA锂聚合物电池组成的。供电模块通过供电线与传感器上位机连接，供电模块通过信号线与网关外壳上的按键连接。当按键按下时，LT1505管理芯片自动切换供电模块工作状态。当锂聚合物电池放电电压低于10.5V时，LT1505管理芯片自动停止电池放电。
传感器上位机是一个由龙芯1C作为中央处理器的单片机系统，在其Linux操作系统之上安装网关程序。传感器上位机通过UART高速总线连接无线通信模块，通过供电线连接供电模块，通过RS485总线连接网关外壳数据接口。
网关程序是安装在传感器上位机Linux操作系统之上的CGI应用程序，以C语言编写。网关程序接收到专用传感器应用程序以HTTP协议发送的查询请求后，通过MODBUS协议访问传感器下位机，并获取相应数据。然后，将数据封装为JSON格式，通过HTTP响应流的形式返回给专用传感器应用程序。
换能器探头至少包含探头外壳、传感器下位机和换能器。如图3所示。
探头外壳是一个由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)注塑成型的容器。探头外壳为中空结构，其内部空间能够容纳传感器下位机、换能器。探头外壳具有一个RS485总线的数据接口，通过MODBUS协议的信号线与探头外壳内部的传感器下位机连接。探头外壳RS485接口通过MODBUS协议的信号线与网关外壳RS485接口连接。
传感器下位机是一个由龙芯1D作为芯片的MCU(测量控制单元)，具有模数转换(ADC)接口。传感器下位机通过MODBUS协议总线与网关外壳RS485接口连接，通过ADC接口与换能器连接。传感器下位机将ADC接口输入的电位信号转换为数字形式，并通过RS485总线发送至传感器上位机。
换能器是一个聚四氟乙烯膜片玻璃电极，能够将其所测量到的离子浓度数值转换为电位信号。换能器通过ADC接口与传感器下位机连接。无线传感器网关与换能器探头通过其各自外壳上的RS485接口使用MODBUS协议信号线进行连接。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种手持式智能通用传感器系统，其特征在于：包括智能移动设备、无线传感器网关和换能器探头；
所述智能移动设备设有人机交互界面和无线局域网通信模块，并在其操作系统上安装了专用传感器应用程序，所述专用传感器应用程序具备访问无线局域网通信模块的权限，以无线局域网方式连接无线传感器网关，通过应用层协议发送和接收数据包，并显示数据；
所述无线传感器网关包括网关外壳、无线通信模块、供电模块和传感器上位机；网关外壳为中空结构，其内部容纳前述无线通信模块、供电模块和传感器上位机，网关外壳的外侧设有开关，该开关通过信号线与网关外壳内部的供电模块连接，网关外壳设有至少数据接口，该数据接口通过信号线与网关外壳内部的传感器上位机连接；无线通信模块具备无线局域网通信功能，它通过高速总线与传感器上位机连接；传感器上位机是一个单片机系统，它通过供电线与供电模块连接，在其操作系统上安装了网关程序，所述网关程序能够以公共网关接口的形式查询换能器探头数据，并将查询结果返回给专用传感器应用程序；
所述换能器探头包括探头外壳、换能器和传感器下位机；探头外壳为中空结构，其内部容纳前述传感器下位机和换能器，探头外壳的外侧设有数据接口，该数据接口通过信号线与探头外壳内部的传感器下位机连接，探头外壳的数据接口通过信号线与网关外壳的数据接口连接，网关外壳的数据接口和探头外壳的数据接口为RS232或RS485总线接口；换能器是一个能量转换装置，能够将测量信号转换为模拟电信号；传感器下位机是一个可编程逻辑控制器，它具有模数转换接口，传感器下位机通过模数转换接口与换能器连接，换能器输出的模拟电信号经模数转换变为数字信号，送入传感器下位机。
2.根据权利要求1所述手持式智能通用传感器系统，其特征在于：所述网关外壳和探头外壳均为由有机高分子聚合物材料注塑成型的容器，具备防水、防尘、抗紫外线和抗腐蚀的能力。
3.根据权利要求1所述手持式智能通用传感器系统，其特征在于：所述供电模块包括电池管理芯片和锂电池，当网关外壳外侧的开关按下时，电池管理芯片自动切换至供电工作状态，当锂电池的放电电压低于截止电压时，电池管理芯片自动停止电池放电。
4.根据权利要求1所述手持式智能通用传感器系统，其特征在于：传感器上位机与无线通信模块之间的高速总线为UART或SPI。
5.根据权利要求1所述手持式智能通用传感器系统，其特征在于：所述应用层协议为高文本传输协议。
6.根据权利要求1所述手持式智能通用传感器系统，其特征在于：所述智能移动设备为智能手机、平板电脑或个人数字助理。
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