CN108717277A - 基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统及方法，它包括S1：检测与系统连接的传感器模块和通讯模块；S2：以预先设定的频率读取传感器模块数据，并将数据传输给处理器模块；S3：根据预设策略判断传感器数据是否触发联动控制；若是，则系统的输出端口与其他连接设备后进入步骤S4；反之，直接进入步骤S4；S4：判断是否有通讯模块，判断通讯模块数据是否成功发送；若无通讯模块，则进行其他联动控制动作。本发明取得的有益效果是：能够将各个传感器的数据采集到单片机后，经过加解密处理，再通过有线或无线数据帧的方式发送出去；当局域网信号发送失败时，可自动切换到广域网信号进行重试发送，保证了信号传输的可靠性。

Description

基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统及方法

技术领域

本发明涉及传感器及通讯技术领域，特别是一种基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统及方法。

背景技术

数字传感器是指将传统的模拟式传感器经过加装或改造A/D转换模块，使之输出信号为数字量(或数字编码)的传感器，主要包括：放大器、A/D转换器、微处理器(CPU)、存储器、通讯接口、温度测试电路等，在微处理器和传感器变得越来越便宜的今天，全自动或半自动(通过人工指令进行高层次操作，自动处理低层次操作)系统可以包含更多智能性功能，能从其环境中获得并处理更多不同的参数。

当前数字传感器普遍采用有线通讯、外接电源供电的方式，存在设计单一、布线困难、维护麻烦等缺点。并且这类传感器还有透明传输导致的数据安全性问题，因为技术可靠性和成本都不是很好控制。而且当前多功能传感器普及率还是比较低。所以，设置一种能够把多种传输和供电方式组合到一起的传感器系统就尤为重要。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统及方法，能够将各个传感器的数据采集到单片机后，经过高速率单片机进行加解密处理，再通过有线或无线数据帧的方式发送出去。当局域网信号发送失败时，可自动切换到广域网信号进行重试发送，保证了信号传输的可靠性。

本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种基于多传感器、多传输及多供电方式的传输方法，它包括有：

S1：处理器模块检测与系统连接的传感器模块和通讯模块；

S2：处理器模块以预先设定的频率读取传感器模块数据，并将数据传输给处理器模块；

S3：处理器模块根据预设策略判断传感器数据是否触发联动控制；若是，则处理器模块通过系统的输出端口控制其他连接设备后进入步骤S4；反之，直接进入步骤S4；

S4：处理器模块判断其他连接设备中是否有通讯模块，若有通讯模块，则判断通讯模块数据是否成功发送，若成功，返回步骤S2；若未成功发送，则继续发送；反之，若无通讯模块，则进行其他联动控制动作。

进一步，所述通讯模块包括有局域网通讯模块和广域网通讯模块。

进一步，所述步骤S4还包括有：

S41：处理器模块判断其他连接设备中是否有局域网通讯模块，若有，则判断局域网模块数据是否成功发送；若成功发送，则返回步骤S2，若发送失败或者无局域网模块，则进入步骤S42；

S42：广域网通讯模块开始发送数据，若数据成功发送，则返回步骤S2；反之，进行其他联动控制动作。

进一步，整个传输过程可以通过外部电源供电或者内置电池供电。

进一步，所述传感器模块包括有：GPIO接口传感器模块、I2C接口传感器模块、UART接口传感器模块和SPI接口传感器模块；

所述GPIO接口传感器模块包括但不限于：GPIO接口温湿度传感器、红外人体感应传感器、烟雾传感器、GPIO接口有害气体传感器、门磁传感器和水浸传感器；

所述I2C接口传感器包括但不限于：I2C接口温湿度传感器、可吸入颗粒物传感器和I2C接口有害气体传感器；

所述UART接口传感器包括但不限于：UART接口温湿度传感器、配电参数传感器和蓄电池监控传感器；

所述SPI接口传感器包括但不限于：SPI接口温湿度传感器。

本发明的另一个目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统，它包括有：

处理器模块、电源模块、通讯模块、传感器模块和输入输出模块；

所述电源模块与所述处理器模块、通讯模块、传感器模块和输入输出模块连接，用于提供电源；

所述处理器模块还与通讯模块、传感器模块和输入输出模块连接；用于采集、处理和传输数据；

所述通讯模块包括有广域网通讯模块和局域网通讯模块。

进一步，所述处理器模块为单片机，所述电源模块可为外部电源或内置电源。

进一步，所述传感器模块包括有：GPIO接口传感器模块、I2C接口传感器模块、UART接口传感器模块和SPI接口传感器模块；

所述GPIO接口传感器模块包括但不限于：GPIO接口温湿度传感器、红外人体感应传感器、烟雾传感器、GPIO接口有害气体传感器、门磁传感器和水浸传感器；

所述I2C接口传感器包括但不限于：I2C接口温湿度传感器、可吸入颗粒物传感器和I2C接口有害气体传感器；

所述UART接口传感器包括但不限于：UART接口温湿度传感器、配电参数传感器和蓄电池监控传感器；

所述SPI接口传感器包括但不限于：SPI接口温湿度传感器。

进一步，所述局域网通讯模块包括但不限于：RJ45网线接口模块、WIFI模块、Zigbee通讯模块、LoRa通讯模块和433/470MHz通讯模块；

所述广域网通讯模块包括但不限于：2G/3G/4G/5G通讯模块、LTE模块和NB-Iot通讯模块。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

(1)不再需要复杂的布线，提供多种传感器接口，可接入市面上各类传感器，灵活组合，满足不同应用场景的需要；能够将各个传感器的数据采集到单片机后，经过高速率单片机进行加解密处理，再通过有线或无线数据帧的方式发送出去；数据的加密保障了数据的安全可靠；

(2)当局域网信号发送失败时，可自动切换到广域网信号进行重试发送；数据传输具备局域网和广域网双通道，保证了数据的传输可靠性；

(3)当使用电池供电时，空闲时候系统会关闭所有的外设，进入休眠模式，极大的降低待机电流，低功耗的设计、可调整的工作占空比，延长了电池的使用寿命；

(4)实时监测电池状态，将电压数值发送到后台服务器，以便通知工作人员即时更换旧电池，保障系统的持续运行，对电池状态有实时检测，为更换电池提供依据；

(5)可按照设定的策略，利用输入输出端口进行联动控制，实现采集、处理、传输、控制一体化。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为基于多传感器、多传输及多供电方式的传输方法的流程示意图。

图2为基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统的连接示意图。

图3为基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统中电源模块的电路连接示意图。

图4为基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统中局域网通讯模块的电路连接示意图。

图5为基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统中广域网通讯模块的电路连接示意图。

图6为基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统中输入模块的电路连接示意图。

图7为基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统中输出模块的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例：如图1至图7所示；一种基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统，它包括有：

S1：处理器模块检测与系统连接的传感器模块和通讯模块；

S2：处理器模块以预先设定的频率读取传感器模块数据，并将数据传输给处理器模块；

S3：处理器模块根据预设策略判断传感器数据是否触发联动控制；若是，则处理器模块通过系统的输出端口控制其他连接设备后进入步骤S4；反之，直接进入步骤S4；

S41：处理器模块判断其他连接设备中是否有局域网通讯模块，若有，则判断局域网模块数据是否成功发送；若成功发送，则返回步骤S2，若发送失败或者无局域网模块，则进入步骤S42；

S42：广域网通讯模块开始发送数据，若数据成功发送，则返回步骤S2；反之，进行其他联动控制动作。

传输过程如下：系统上电时检测安装到该系统的传感器模块、通讯模块的类型、数量，确定系统工作方式。按照设定的采集频率去采集传感器的数据，判断其是否满足联动控制条件并进行控制，以设定的通讯频率与后台进行通讯。通讯时，系统智能选择通讯方式。

局域网通讯模块包括但不限于RJ45网线接口模块、WIFI模块、Zigbee通讯模块、LoRa通讯模块和433/470MHz通讯模块。广域网通讯模块包括但不限于2G/3G/4G/5G通讯模块和NB-Iot通讯模块。

处理器模块为单片机，整个传输过程可以通过外部电源供电或者内置电池供电。

传感器模块包括有：GPIO接口传感器模块、I2C接口传感器模块、UART接口传感器模块和SPI接口传感器模块；

GPIO接口传感器模块包括但不限于：GPIO接口温湿度传感器、红外人体感应传感器、烟雾传感器、GPIO接口有害气体传感器、门磁传感器和水浸传感器；

I2C接口传感器包括但不限于：I2C接口温湿度传感器、可吸入颗粒物传感器和I2C接口有害气体传感器；

UART接口传感器包括但不限于：UART接口温湿度传感器、配电参数传感器和蓄电池监控传感器；

SPI接口传感器包括但不限于：SPI接口温湿度传感器。

一种基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统，它包括有：单片机模块、电源模块、局域网通讯模块、广域网通讯模块、GPIO接口传感器模块、I2C接口传感器模块、UART接口传感器模块、SPI接口传感器模块、输入输出模块、设备编号设置模块；电源模块为整个系统提供电源，如果是内置电池供电，则检测电池电压；

传感器模块包括有：GPIO接口传感器模块、I2C接口传感器模块、UART接口传感器模块和SPI接口传感器模块；

GPIO接口传感器模块包括但不限于：GPIO接口温湿度传感器、红外人体感应传感器、烟雾传感器、GPIO接口有害气体传感器、门磁传感器和水浸传感器；

I2C接口传感器包括但不限于：I2C接口温湿度传感器、可吸入颗粒物传感器和I2C接口有害气体传感器；

UART接口传感器包括但不限于：UART接口温湿度传感器、配电参数传感器和蓄电池监控传感器；

SPI接口传感器包括但不限于：SPI接口温湿度传感器。

单片机模块的AD采样接口K12与电源及检测模块的测量点接口K21相连；

单片机模块的UART1接口K13与局域网通讯模块的UART接口K31相连；

单片机模块的UART2接口K14与广域网通讯模块的UART接口K41相连；

单片机模块的GPIO接口K15与GPIO接口传感器模块的接口K51相连；

单片机模块的I2C接口K16与I2C接口传感器模块的接口K61相连；

单片机模块的UART接口K17与UART接口传感器模块的接口K71相连；

单片机模块的SPI接口K18与SPI接口传感器模块的接口K81相连；

单片机模块的GPIO接口K19与输入输出模块的接口K91相连；

单片机模块的GPIO接口K110与设备编号设置模块的输出端K101相连。

局域网通讯模块包括但不限于：RJ45网线接口模块、WIFI模块、Zigbee通讯模块、LoRa通讯模块和433/470MHz通讯模块；

广域网通讯模块包括但不限于：2G/3G/4G/5G通讯模块、LTE模块和NB-Iot通讯模块。

工作时，外接电源或内置电池经过电源模块给单片机模块、局域网通讯模块、广域网通讯模块、GPIO接口传感器模块、I2C接口传感器模块、UART接口传感器模块、SPI接口传感器模块、输入输出模块、设备编号设置模块供电。

单片机模块待机时关闭以上所有或部分模块的供电，并且自身进入休眠模式以降低功耗；定时唤醒单片机后，单片机开启其它模块的供电，开始检测各个传感器模块的数值，然后通过局域网通讯模块将数据传输出去。

如果信号传输失败，则开启广域网通讯模块进行数据传输。数据传输完成后，单片机关闭其余模块的供电，并进入休眠。通过在设备编号设置模块上设置的设备编号，后台以区分同一个网络中的不同本发明装置。

如图3所示，电源及检测模块由电源芯片及一系列电阻电容元件组成。工作时，电池电压经过电源芯片降压到5V和3.3V，给单片机等模块供电。同时，电池电压经过R31和R36分压后接入单片机AD采样引脚进行电压检测。

局域网通讯过程，如图4所示，本实施例以Zigbee通讯模块为例；由一系列电阻和三极管等元器件组成。其中5VCC连接到电源及检测模块的5V输出接口，3.3V连接到电源及检测模块的3.3V输出接口，MCU_TX连接到单片机模块的TX接口，MCU_RX连接到单片机模块的RX接口，MCU_RST连接到单片机模块的GPIO接口。

工作时，当MCU_TX接口为高电平时，三极管Q4截止，三极管Q5的基极为高电平，Q5截止，此时MOD_RX接口为3.3V高电平；当MCU_TX接口为低电平时，三极管Q4导通，三极管Q5的基极为低电平，Q5导通，此时MOD_RX接口为低电平。同理当MCU_RST接口为高电平时，三极管Q2截止，三极管Q3的基极为高电平，Q3截止，此时MOD_RST接口为3.3V高电平；当MCU_RST接口为低电平时，三极管Q2导通，三极管Q3的基极为低电平，Q3导通，此时MOD_RST接口为低电平。当MOD_TX接口为高电平时，三极管Q6截止，三极管Q7的基极为高电平，Q7截止，此时MCU_RX接口为5V高电平；当MOD_TX接口为低电平时，三极管Q6导通，三极管Q7的基极为低电平，Q7导通，此时MUC_RX接口为低电平。

广域网通讯过程，如图5所示，本实施例以NB-IoT通讯模块为例，可直接与单片机模块的UART通讯接口和电源及检测模块的输出接口相连。工作时单片机与模块直接通讯。

如图6所示，输入模块由一系列电阻、三极管、光耦、发光二极管组成。其中IN_PORT1、IN_PORT2连接到单片机模块的GPIO接口。5V连接到电源及检测模块的输出接口。P8、P9则为对外的输入检测接口。

工作时，当P8、P9的两个端口没有导通时，光耦U7、U8的内部发光二极管不发光，输出端截止，IN_PORT1、IN_PORT2由于上拉电阻R54、R58的存在而为高电平。同时三极管Q20、Q21截止，发光二极管D5不发光。当P8、P9两个端口导通时，光耦U7、U8的内部发光二极管工作，输出端导通，IN_PORT1、IN_PORT2被拉低，表示检测到输入信号。同时三极管Q20、Q21导通，发光二极管D5发光。

如图7所示，输出模块由一系列电阻、三极管、继电器、发光二极管组成。其中OUT_PORT1、OUT_PORT2连接到单片机模块的GPIO接口。5V连接到电源及检测模块的输出接口。P10、P11则为对外的输出接口。

工作时，当OUT_PORT1、OUT_PORT2为高电平时，三极管Q12、Q13截止，继电器K1、K2触点断开，P4、P5的两个端口没有导通。同时三极管Q18、Q19截止，发光二极管D4不发光。当OUT_PORT1、OUT_PORT2为低电平时，三极管Q12、Q13导通，继电器K1、K2触点吸合，P4、P5的两个端口即导通。同时三极管Q18、Q19导通，发光二极管D4发光。

本发明采用工业级设计，可在-40℃～80℃正常工作，提高了系统的可靠性和适应性，适用面更广。本发明将各个传感器的数据采集到单片机后，经过高速率单片机进行加解密处理，再通过有线或无线数据帧的方式发送出去。当局域网信号发送失败时，可自动切换到广域网信号进行重试发送，保证了信号传输的可靠性。当使用电池供电时，空闲时候系统会关闭所有的外设，进入休眠模式，极大的降低待机电流，延长电池使用寿命。实时监测电池状态，将电压数值发送到后台服务器，以便通知工作人员即时更换旧电池，保障系统的持续运行。可按照设定的策略，利用输入输出端口进行联动控制，实现采集、处理、传输、控制一体化。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以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，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于多传感器、多传输及多供电方式的传输方法，包括有至少一个传感器模块、通讯模块和处理器模块，其特征在于，

S1：处理器模块检测与系统连接的传感器模块和通讯模块；

S2：处理器模块以预先设定的频率读取传感器模块数据，并将数据传输给处理器模块；

S3：处理器模块根据预设策略判断传感器数据是否触发联动控制；若是，则处理器模块通过系统的输出端口控制其他连接设备后进入步骤S4；反之，直接进入步骤S4；

S4：处理器模块判断其他连接设备中是否有通讯模块，若有通讯模块，则判断通讯模块数据是否成功发送，若成功，返回步骤S2；若未成功发送，则继续发送；反之，若无通讯模块，则进行其他联动控制动作。

2.如权利要求1所述的基于多传感器、多传输及多供电方式的传输方法，其特征在于，所述通讯模块包括有局域网通讯模块和广域网通讯模块。

3.如权利要求2所述的基于多传感器、多传输及多供电方式的传输方法，其特征在于，所述步骤S4还包括有：

S41：处理器模块判断其他连接设备中是否有局域网通讯模块，若有，则判断局域网模块数据是否成功发送；若成功发送，则返回步骤S2，若发送失败或者无局域网模块，则进入步骤S42；

S42：广域网通讯模块开始发送数据，若数据成功发送，则返回步骤S2；反之，进行其他联动控制动作。

4.如权利要求1所述的基于多传感器、多传输及多供电方式的传输方法，其特征在于，整个传输过程可以通过外部电源供电或者内置电池供电。

5.如权利要求1所述的基于多传感器、多传输及多供电方式的传输方法，其特征在于，所述传感器模块包括有：GPIO接口传感器模块、I2C接口传感器模块、UART接口传感器模块和SPI接口传感器模块；

所述GPIO接口传感器模块包括但不限于：GPIO接口温湿度传感器、红外人体感应传感器、烟雾传感器、GPIO接口有害气体传感器、门磁传感器和水浸传感器；

所述I2C接口传感器包括但不限于：I2C接口温湿度传感器、可吸入颗粒物传感器和I2C接口有害气体传感器；

所述UART接口传感器包括但不限于：UART接口温湿度传感器、配电参数传感器和蓄电池监控传感器；

所述SPI接口传感器包括但不限于：SPI接口温湿度传感器。

6.一种如权利要求1至5任一权利要求所述的基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统，其特征在于，所述系统包括有：处理器模块、电源模块、通讯模块、传感器模块和输入输出模块；

所述电源模块与所述处理器模块、通讯模块、传感器模块和输入输出模块连接，用于提供电源；

所述处理器模块还与通讯模块、传感器模块和输入输出模块连接；用于采集、处理和传输数据；

所述通讯模块包括有广域网通讯模块和局域网通讯模块。

7.如权利要求6所述的基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统，其特征在于，所述处理器模块为单片机，所述电源模块可为外部电源或内置电源。

8.如权利要求6所述的基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统，其特征在于，所述传感器模块包括有：GPIO接口传感器模块、I2C接口传感器模块、UART接口传感器模块和SPI接口传感器模块；

所述GPIO接口传感器模块包括但不限于：GPIO接口温湿度传感器、红外人体感应传感器、烟雾传感器、GPIO接口有害气体传感器、门磁传感器和水浸传感器；

所述I2C接口传感器包括但不限于：I2C接口温湿度传感器、可吸入颗粒物传感器和I2C接口有害气体传感器；

所述UART接口传感器包括但不限于：UART接口温湿度传感器、配电参数传感器和蓄电池监控传感器；

所述SPI接口传感器包括但不限于：SPI接口温湿度传感器。

9.如权利要求6所述的基于多传感器、多传输及多供电方式的传感器系统，其特征在于，所述局域网通讯模块包括但不限于：RJ45网线接口模块、WIFI模块、Zigbee通讯模块、LoRa通讯模块和433/470MHz通讯模块；

所述广域网通讯模块包括但不限于：2G/3G/4G/5G通讯模块、LTE模块和NB-Iot通讯模块。