CN108593142B - 一种集成型测温系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成型测温系统及其工作方法，该系统包括硬件测温电路、移动终端和云端管理服务器，所述硬件测温电路设置于被测物品的表面或内部，硬件测温电路包括内置NFC通信模块的温度传感芯片、电源模块、串口模块、天线模块、LED模块、电容电阻模块以及均用于调节芯片工作状态的唤醒模块和复位模块，所述温度传感芯片分别连接电源模块、串口模块、天线模块、LED模块、电容电阻模块、唤醒模块和复位模块，温度传感芯片通过天线模块与移动终端无线连接，所述移动终端与云端管理服务器无线连接，所述温度传感芯片的型号为NHS3100。与现有技术相比，本发明具有测温电路的集成化、精度高、便利性强等优点。

Description

一种集成型测温系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种测温电路，尤其是涉及一种集成型测温系统及其工作方法。

背景技术

温度作为当前环境的重要因素之一，在工业制造、药物生产等领域起到了至关重要的作用。生活中常见的疫苗，一般储藏温度在2～8℃，有些需要在-18℃冷冻。还有更多的生物制品都对储运环境有着严格的要求，如血浆、血液制品、生物制剂等等，有些特殊的生物制品甚至要在-50℃低温下用干冰储运。一旦温度超过限定值，都将对这些生物制品的品质产生非常大的影响。一些生鲜和敏温食品，如速冻调理食品、冷鲜肉、鲜牛奶、酸奶、冰激凌、蔬菜、水果、海鲜、快餐等。这些产品从原料——加工——仓储——运输——货架这一过程中，都需要对温度进行严格的监测记录。

传统的测温系统面积过大，因此无法贴装在药物食品包装的表面或置于药物食品的内部进行更精确的温度测量；目前的温度记录产品中，大多不具备无线通信模块，需利用如USB数据接口来读取温度数据，因此不利于实时的温度数据读取与监控。

因此有必要提出一种新型的集成型测温系统，在实现高集成度硬件电路的同时，能够有效的实现对温度的监控与管理。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成型测温系统及其工作方法，硬件电路集成度高，能够通过便携式移动终端进行温度数据的读取，并且可将数据传输至云端管理服务器，进行温度数据存储与管理。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种集成型测温系统，包括硬件测温电路、移动终端和云端管理服务器，所述硬件测温电路设置于被测物品的表面或内部，硬件测温电路包括内置NFC通信模块的温度传感芯片、用于供电的电源模块、用于烧录程序的串口模块、用于NFC通信的天线模块、用于显示芯片工作状态的LED模块、电容电阻模块以及均用于调节芯片工作状态的唤醒模块和复位模块，所述温度传感芯片分别连接电源模块、串口模块、天线模块、LED模块、电容电阻模块、唤醒模块和复位模块，温度传感芯片通过天线模块与移动终端无线连接，所述移动终端与云端管理服务器无线连接，所述温度传感芯片的型号为NHS3100。

所述移动终端包括：

参数配置模块，用于设置测温间隔与报警范围；

状态信息模块，用于显示与温度测量对应的设备ID、起始时间、记录总数、温度范围、测量间隔、测量状态和实时温度；

测量报告模块，用于显示温度走势图，并将测量结果的温度数据传输至云端管理服务器或者本地端上位机。

所述设备ID用于记录硬件测温电路中的芯片型号，移动终端内预先将硬件测温电路中的芯片型号与对应的被测物品进行匹配，根据设备ID获得被测物品的信息名称；

所述起始时间用于记录硬件测温电路开始测温工作的时间；

所述记录总数、温度范围和测量间隔为硬件测温电路的基本工作信息；

所述测量状态用于显示硬件测温电路是否正常工作，若遇到存储容量已满或供电不足的情况，则通过测量状态进行报警；

所述实时温度用于显示被测物品的实时温度。

所述硬件测温电路集成在矩形的电路板上，所述电路板尺寸为4.2±0.5cm*3.0±0.5cm。

所述温度传感芯片的工作温度范围在-40°C至+85°C之间。

所述电源模块包括纽扣电池、肖特基二极管D1和电容C1，所述纽扣电池的正极连接肖特基二极管D1的正极，肖特基二极管D1的负极分别连接温度传感芯片的VDDBAT端和电容C1的一端，电容C1的另一端分别连接纽扣电池的负极和地端。

所述串口模块采用JTAG接口，所述JTAG接口的VTREF端连接温度传感芯片的VDDBAT端，JTAG接口的SWDIO端连接温度传感芯片的PIO0_11端，JTAG接口的GND3端、GND5端、GND_DET端均连接地端，JTAG接口的SWDCLK端连接温度传感芯片的PIO0_10端，JTAG接口的nRESET端连接温度传感芯片的RESETN端。

所述天线模块采用电感L1，所述电感L1的一端连接温度传感芯片的LA端，电感L1的另一端连接温度传感芯片的LB端。

所述LED模块包括电阻R1和发光二极管LED1，所述电阻R1的一端连接温度传感芯片的PIO0_7端，电阻R1的另一端连接发光二极管LED1的正极，所述发光二极管LED1的负极连接地端。

所述电容电阻模块包括电阻R2、电阻R3和电容C2，所述电阻R2的一端连接温度传感芯片的PIO0_4端，电阻R2的另一端分别连接电阻R3的一端、电容C2的一端和温度传感芯片的PIO0_3端，所述电阻R3的另一端连接温度传感芯片的PIO0_5端，所述电容C2的另一端连接地端。

所述唤醒模块采用唤醒按键开关S1，所述唤醒按键开关S1的一端连接温度传感芯片的PIO0_0端，唤醒按键开关S1的另一端连接地端。

所述复位模块采用复位按键开关S2，所述复位按键开关S2的一端连接温度传感芯片的RESETN端，复位按键开关S2的另一端连接地端。

一种上述集成型测温系统的工作方法，包括以下步骤：

移动终端与硬件测温电路建立通信，移动终端根据用户命令设置测温间隔与报警范围，并向硬件测温电路发送测温间隔的设置命令；

硬件测温电路接收测温间隔的设置命令后开始工作，实时测量温度数据；

移动终端与硬件测温电路根据用户命令再次建立通信，移动终端接收硬件测温电路测量的温度数据，并显示硬件测温电路对应设备的状态信息和温度走势图；

移动终端根据用户命令选择是否要将测量结果的温度数据传输至云端管理服务器或者本地端上位机；

当移动终端收到结束测量的命令后，向硬件测温电路发送重置复位命令，使得硬件测温电路恢复初始化。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用了NHS3100温度传感芯片进行设计，实现了测温电路的集成化。温度传感芯片NHS3100采用了NFC无线通信模块，相比于传统的有线数据传输，能够置放于被测物品的表面或内部，在测量温度的同时也能够进行数据传输，同时由于更接近被测物品，所测得的温度精度更高，准确并且实时的在移动终端（例如手机）读取测量的温度数据；

2、在移动终端方面，本发明具有很大的便利性，移动终端不仅能够设置温度采集的时间间隔、温度报警范围，能够从状态信息界面获取测温设置信息、物品的名称编号与实时温度，过程结果可由温度走势图呈现，移动终端可选择性地将温度数据本地生成或者传输至云端管理服务器，能够同时方便本地操作人员与云端管理人员对温度数据进行管理记录。

附图说明

图1为集成型测温系统的整体结构框图；

图2为硬件测温电路的电路原理图；

图3为参数配置模块的界面示意图；

图4为状态信息模块的界面示意图；

图5为测量报告模块的界面示意图；

图6为集成型测温系统的整体工作流程图。

图中，1、硬件测温电路，101、温度传感芯片，102、电源模块，103、串口模块，104、天线模块，105、LED模块，106、电容电阻模块，107、唤醒模块，108、复位模块，2、移动终端，3、云端管理服务器，4、本地端上位机，5、被测物品。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种集成型测温系统，包括硬件测温电路1、移动终端2和云端管理服务器3，硬件测温电路1设置于被测物品5的表面或内部，硬件测温电路1包括内置NFC通信模块的温度传感芯片101、用于供电的电源模块102、用于烧录程序的串口模块103、用于NFC通信的天线模块104、用于显示芯片工作状态的LED模块105、用于提高芯片工作稳定性的电容电阻模块106以及均用于调节芯片工作状态的唤醒模块107和复位模块108，温度传感芯片101分别连接电源模块102、串口模块103、天线模块104、LED模块105、电容电阻模块106、唤醒模块107和复位模块108，温度传感芯片101通过天线模块104与移动终端2无线连接，移动终端2分别与云端管理服务器3和本地端上位机4无线连接。

如图2所示，温度传感芯片101的型号为NHS3100，温度传感芯片101的工作温度范围在-40°C至+85°C之间，其绝对温度误差在0.3°C至0.5°C之间，内置ARM Cortex-M0+的微处理单元与电源管理单元，能够实现芯片的低功耗运作，并且具备NFC通信功能。将硬件测温电路1置于被测物品5的表面或内部，先通过移动终端2设置硬件测温电路1的测温间隔、报警范围，而后利用移动终端2本地生成所测量所得的温度数据或将数据传输至云端管理服务器3的系统。各模块功能及核心设计原理如下所述：

电源模块102包括纽扣电池battery、肖特基二极管D1和电容C1，纽扣电池的正极连接肖特基二极管D1的正极，肖特基二极管D1的负极分别连接温度传感芯片101的VDDBAT端和电容C1的一端，电容C1的另一端分别连接纽扣电池的负极和地端。本实施例中电源模块102采用纽扣电池CR1220进行供电，肖特基二极管D1的型号为1N5819。

串口模块103采用JTAG接口，JTAG接口的VTREF端连接温度传感芯片101的VDDBAT端，JTAG接口的SWDIO端连接温度传感芯片101的PIO0_11端，JTAG接口的GND3端、GND5端、GND_DET端均连接地端，JTAG接口的SWDCLK端连接温度传感芯片101的PIO0_10端，JTAG接口的nRESET端连接温度传感芯片101的RESETN端。

天线模块104采用电感L1，电感L1的一端连接温度传感芯片101的LA端，电感L1的另一端连接温度传感芯片101的LB端。

LED模块105包括电阻R1和发光二极管LED1，电阻R1的一端连接温度传感芯片101的PIO0_7端，电阻R1的另一端连接发光二极管LED1的正极，发光二极管LED1的负极连接地端。

电容电阻模块106包括电阻R2、电阻R3和电容C2，电阻R2的一端连接温度传感芯片101的PIO0_4端，电阻R2的另一端分别连接电阻R3的一端、电容C2的一端和温度传感芯片101的PIO0_3端，电阻R3的另一端连接温度传感芯片101的PIO0_5端，电容C2的另一端连接地端。电容电阻模块106减少外部信息的干扰，提升芯片工作的稳定性。

唤醒模块107采用唤醒按键开关S1，唤醒按键开关S1的一端连接温度传感芯片101的PIO0_0端，唤醒按键开关S1的另一端连接地端。

复位模块108采用复位按键开关S2，复位按键开关S2的一端连接温度传感芯片101的RESETN端，复位按键开关S2的另一端连接地端。

整个硬件测温电路1集成在矩形的电路板上，电路板尺寸为4.2±0.5cm*3.0±0.5cm，相比于传统的测温电路系统，本发明将测温电路实现的更加微型化，集成化，因此也便于置放于被测物品5的表面或内部。图2中电阻均为0402贴装；电容均为100nf，也均为0402贴装。

便携式移动终端2包括：

参数配置模块，用于设置测温间隔与报警范围；

状态信息模块，用于显示与温度测量对应的设备ID、起始时间、记录总数、温度范围、测量间隔、测量状态和实时温度；

测量报告模块，用于显示温度走势图，并将测量结果的温度数据传输至云端管理服务器3或者本地端上位机4。

硬件测温电路1的测量设置需由移动终端2来实现。如图3所示，在移动终端2与硬件测温电路1通信成功之后，用户可以自主设置测量的时间间隔以及所需的报警温度范围，而后点击发送便可将测试指令传输给硬件测温电路1，进而硬件测温电路1进行工作，所测得温度数据也将保留在NHS3100的内部存储器中。用户可通过重置按键，进行硬件测温电路1的初始化工作，进而硬件测温电路1恢复初始状态，存储器中的温度数据也将被清除。

移动终端2的读取界面如图4所示，本界面主要用于获取硬件测温电路1的基本信息。设备ID是用于记录硬件测温电路1中的芯片型号，在实际应用过程之前，APP设计师可将根据用户场景与用户需求，将对应的芯片型号与对应的被测物品5进行匹配，则在实际应用中，可以通过芯片型号获取对应被测物品5的名称，方便记录与分类，此类方式比较适合应用于物品的出库、入库登记等应用场景；起始时间用于记录硬件测温电路1是何时开始测温工作的；记录总数、温度范围和测量间隔则是获取硬件测温电路1的基本工作信息；测量状态用于判断硬件测温电路1是否正常工作，实际应用中，如若遇到存储容量已满或供电不足等情况，则可通过测量状态进行报警；实时温度则是用于测量被测物品5的实时温度信息，用户在查看上述信息的同时，也可通过此模块进行实时温度监控。图5是移动终端2的测量报告界面，用户可在这一界面获取到硬件测温电路1的测量数据。所测量到的结果将以走线图的形式呈现出来，用户可以在这一界面上清晰的查看所测得的温度数据与设置的报警范围。不仅如此，用户还可以自选择的将数据在本地生成或上传至云端管理服务器3进行管理。

在硬件测温电路1首次上电之后，需要先将测温程序烧录至NHS3100中。如图6所示，集成型测温系统的工作方法包括以下步骤：

移动终端2与硬件测温电路1建立通信，移动终端2根据用户命令设置测温间隔与报警范围，并向硬件测温电路1发送测温间隔的设置命令；

硬件测温电路1接收测温间隔的设置命令后开始工作，实时测量温度数据；

移动终端2与硬件测温电路1根据用户命令再次建立通信，移动终端2接收硬件测温电路1测量的温度数据，并显示硬件测温电路1对应设备的状态信息和温度走势图；

移动终端2根据用户命令选择是否要将测量结果的温度数据传输至云端管理服务器3或者本地端上位机4；

当移动终端2收到结束测量的命令后，向硬件测温电路1发送重置复位命令，使得硬件测温电路1恢复初始化，方便下次测量工作的进行。

Claims (7)

1.一种集成型测温系统，其特征在于，包括硬件测温电路、移动终端和云端管理服务器，所述硬件测温电路设置于被测物品的表面或内部，硬件测温电路包括内置NFC通信模块的温度传感芯片、用于供电的电源模块、用于烧录程序的串口模块、用于NFC通信的天线模块、用于显示芯片工作状态的LED模块、电容电阻模块以及均用于调节芯片工作状态的唤醒模块和复位模块，所述温度传感芯片分别连接电源模块、串口模块、天线模块、LED模块、电容电阻模块、唤醒模块和复位模块，温度传感芯片通过天线模块与移动终端无线连接，所述移动终端与云端管理服务器无线连接，所述温度传感芯片的型号为NHS3100；

所述移动终端包括：

参数配置模块，用于设置测温间隔与报警范围；

状态信息模块，用于显示与温度测量对应的设备ID、起始时间、记录总数、温度范围、测量间隔、测量状态和实时温度；

测量报告模块，用于显示温度走势图，并将测量结果的温度数据传输至云端管理服务器或者本地端上位机；

所述设备ID用于记录硬件测温电路中的芯片型号，移动终端内预先将硬件测温电路中的芯片型号与对应的被测物品进行匹配，根据设备ID获得被测物品的信息名称；

所述起始时间用于记录硬件测温电路开始测温工作的时间；

所述记录总数、温度范围和测量间隔为硬件测温电路的基本工作信息；

所述测量状态用于显示硬件测温电路是否正常工作，若遇到存储容量已满或供电不足的情况，则通过测量状态进行报警；

所述实时温度用于显示被测物品的实时温度；

所述LED模块包括电阻R1和发光二极管LED1，所述电阻R1的一端连接温度传感芯片的PIO0_7端，电阻R1的另一端连接发光二极管LED1的正极，所述发光二极管LED1的负极连接地端；

所述电容电阻模块包括电阻R2、电阻R3和电容C2，所述电阻R2的一端连接温度传感芯片的PIO0_4端，电阻R2的另一端分别连接电阻R3的一端、电容C2的一端和温度传感芯片的PIO0_3端，所述电阻R3的另一端连接温度传感芯片的PIO0_5端，所述电容C2的另一端连接地端；

所述唤醒模块采用唤醒按键开关S1，所述唤醒按键开关S1的一端连接温度传感芯片的PIO0_0端，唤醒按键开关S1的另一端连接地端；

所述复位模块采用复位按键开关S2，所述复位按键开关S2的一端连接温度传感芯片的RESETN端，复位按键开关S2的另一端连接地端。

2.根据权利要求1所述的一种集成型测温系统，其特征在于，所述硬件测温电路集成在矩形的电路板上，所述电路板尺寸为4.2±0.5cm*3.0±0.5cm。

3.根据权利要求1所述的一种集成型测温系统，其特征在于，所述温度传感芯片的工作温度范围在-40°C至+85°C之间。

4.根据权利要求1所述的一种集成型测温系统，其特征在于，所述电源模块包括纽扣电池、肖特基二极管D1和电容C1，所述纽扣电池的正极连接肖特基二极管D1的正极，肖特基二极管D1的负极分别连接温度传感芯片的VDDBAT端和电容C1的一端，电容C1的另一端分别连接纽扣电池的负极和地端。

5.根据权利要求1所述的一种集成型测温系统，其特征在于，所述串口模块采用JTAG接口，所述JTAG接口的VTREF端连接温度传感芯片的VDDBAT端，JTAG接口的SWDIO端连接温度传感芯片的PIO0_11端，JTAG接口的GND3端、GND5端、GND_DET端均连接地端，JTAG接口的SWDCLK端连接温度传感芯片的PIO0_10端，JTAG接口的nRESET端连接温度传感芯片的RESETN端。

6.根据权利要求1所述的一种集成型测温系统，其特征在于，所述天线模块采用电感L1，所述电感L1的一端连接温度传感芯片的LA端，电感L1的另一端连接温度传感芯片的LB端。

7.一种如权利要求1所述的集成型测温系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

移动终端与硬件测温电路建立通信，移动终端根据用户命令设置测温间隔与报警范围，并向硬件测温电路发送测温间隔的设置命令；

硬件测温电路接收测温间隔的设置命令后开始工作，实时测量温度数据；

移动终端与硬件测温电路根据用户命令再次建立通信，移动终端接收硬件测温电路测量的温度数据，并显示硬件测温电路对应设备的状态信息和温度走势图；

移动终端根据用户命令选择是否要将测量结果的温度数据传输至云端管理服务器或者本地端上位机；

当移动终端收到结束测量的命令后，向硬件测温电路发送重置复位命令，使得硬件测温电路恢复初始化。