CN109816930B - 一种温湿监测单元及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温湿监测单元及其实现方法，单元在于包括：温湿采集模块，温感开关，含有三个压力开关的压力开关模块，第四至第七场效应管；压力开关模块的控制电压输出分别与第七场效应管柵极和温湿采集模块A/D相接；第四场效应管栅极与温湿采集模块输出相连；第六场效应管柵极与第四和第五场效应管漏极及温感开关的一端相互并接，第七场效应管漏极与第五场效应管栅极相接；温湿采集模块通过无线与信息收发控制终端连接；第六场效应管的开关跨在电池与温湿采集模块电源输入通路上。方法在于，压力开关模块的控制电压输出小于等于电池端电压的三分之一时，认定当前正在翻仓或放粮或粮食被盗，上传有输出信息至信息收发控制终端。

Description

一种温湿监测单元及其实现方法

技术领域

本发明属于粮仓安全的技术领域，具体地讲是涉及处于粮仓监控管理系统中末端的粮仓内温湿、翻仓、防盗等监测与上传及实现方法。

背景技术

众所周知，粮食储藏过程中，容易受温度、湿度及其它因素的影响，可能出现发热、霉变、虫害滋生等问题。为了减少粮食储藏过程中的损失，保障粮食的品质和质量，粮仓监控管理系统根据末端节点的传感装置监测上传的粮仓中粮食的温度与湿度的具体情况采取相应措施，进行降温、排湿、或翻仓处理。目前，粮仓监控管理系统：根据末端节点的传感装置上传的温度与湿度的具体情况，需降温和/或排湿时可以做到自动完成，但需翻仓时必须有人工参与，当翻仓的工作人员责任心不强，可能少翻，甚至不翻，现没有自动检测手段监管翻仓质量，除非现场有监管翻仓质量的管理人员。

众所周知，粮仓监控管理系统中末端用于防盗的传感装置节点，一般为人体红外传感器和/或摄像头，一旦他人突破人体红外传感器和摄像头防线，就有可能把粮食盗走。且众所周知，粮食储藏多数采用堆积式，粮食堆积量减少和/或堆积的粮食垮塌均会引起粮仓内压力变化。偷盗时，粮食堆积量就会减少，甚至引起堆积的粮食垮塌。目前：在防盗期间，没有粮仓监控管理系统末端节点为堆积式粮仓内压力变化的传感装置进行辅助防盗。

众所周知，粮仓监控管理系统中末端设置在堆积式粮仓内的温湿传感装置节点，要求分布设置在粮堆中，且粮堆中温湿传感装置节点布置水平方向行列间距不大于5米，垂直方向间距不大于3米，温湿传感装置节点从通信方式分有无线(如基于Zigbee技术的温湿传感装置节点)和有线(如插杆式的温湿传感装置节点)的两种。有线方式的温湿传感装置节点供电方便，但向粮堆中设置不方便；而无线方式的温湿传感装置节点埋入粮堆中方便，但供电必须以无线和/或电池供电，且无电池供电，若温湿超限时无法实时监控，即无法上传至粮仓监控管理系统。有线方式的温湿传感装置能够做到不仅方便粮仓监控管理系统定时巡检，还方便做到不在巡检期间，温湿超限能实时上传至粮仓监控管理系统，因为有线方式的温湿传感装置供电方便，故有线方式的温湿传感装置时时刻刻可以做到处于带电工作状态，但有线方式的温湿传感装置节点不方便设置于堆积式粮仓内；无线方式的温湿传感装置节点能够做到方便粮仓监控管理系统定时巡检，且无线方式的温湿传感装置节点设于堆积式粮仓内比有线方式的温湿传感装置节点方便，但粮仓监控管理系统不在巡检期间，若温湿超限需实时上传至粮仓监控管理系统，无线方式的温湿传感装置节点必须自带供电电池，因为电池的电量是有限的，故必须考虑节能的状态下，粮仓监控管理系统不在巡检期间，若温湿超限实时上传至粮仓监控管理系统，同时需考虑方便对电池补充电量的问题。经查目前还没有很好的方案，解决用于具有温湿超限实时上传至粮仓监控管理系统的无线方式的温湿传感装置的节能问题，以及解决其电池电量补充问题，因为一旦无线方式的温湿传感装置嵌入堆积式粮仓内，取出不方便，待翻仓或放粮时才方便温湿传感装置取出。

众知：温度越高，粮食的安全性含水分就会下降，经查当粮堆温度每升高5℃，粮食安全储藏水分相降低1个百分点。从而当温度升高，还保持原有的含水分，就会加速粮食变质。故当温度升高到极限，实时提示尤为重要。

发明内容

本发明的目的和解决的技术问题是针对以上现有技术存生的缺陷，提出一种温湿监测单元及其实现方法，实现：①具有巡检和超温实时报警；②集翻仓、偷盗行为发生时提示和报警；③电池充满，巡检激发信号，超温，翻仓，放粮，偷盗任一情行发生时电池才供电工作。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案是：

一种温湿监测单元，为粮仓监控管理系统末端设于粮堆内的传感监测单元，其通过无线方式与粮仓监控管理系统设置在同仓的激发/充电源模块及信息收发控制终端相连接；温湿监测单元包括：整流模块、解调解码控制模块、电池充电模块、温湿采集模块、温感开关、压力开关模块、低频天线、电池、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、电阻R3；低频天线通过无线方式与粮仓内的激发/充电源模块相连接，接收激发/充电源模块发送的激发/充电源信号；低频天线分别与整流模块和解调解码控制模块的输入相连接；整流模块的输出分别与解调解码控制模块的电源输入和第三场效应管的源极相连接，第三场效应管的漏极与电池充电模块的输入相连接，第三场效应管的柵极与第二场效应管的漏极相连接，第二场效应管的柵极与解调解码控制模块的一输出相连接，第二场效应管的源极与电池的负极相连接；电池充电模块的充电输出与压力开关模块的电源输入相并接后接入电池的正极；电池充电模块的一信号输出与温湿采集模块的输入相连接，电池充电模块的另一信号输出与解调解码控制模块的输入相连接；第一场效应管的柵极与解调解码控制模块的另一输出相连接，第一场效应管的源极与电池的负极相连接；压力开关模块的控制电压输出分别与第七场效应管的柵极和温湿采集模块的A/D输入相连接；第五场效应管的栅极与第七场效应管的漏极及电阻R3的一端相互并接，电阻R3的另一端与电池的负极相连接，第五场效应管的源极与电池的负极相连接；第四场效应管的栅极与温湿采集模块的输出相连接，第四场效应管的的源极与电池的负极相连接；第六场效应管的源极与第七场效应管的源极并接后接入电池的正极相连接，第六场效应管的漏极接入温湿采集模块的电源输入，第六场效应管的柵极与第一场效应管的漏极、第四场效应管的漏极、第五场效应管的漏极及温感开关的一端相互并接，温感开关的另一端与电池的负极相连接；温湿采集模块通过无线方式与信息收发控制终端相连接；整流模块的电源负极、电池充电模块的电源负极、温湿采集模块的电源负极及压力开关模块的电源负极与电池的负极相连接。

以上所述的压力开关模块包括：第一压力获取单元、第二压力获取单元、第三压力获取单元、电阻R2；所述的第一压力获取单元、第二压力获取单元及第三压力获取单元相互并联后，其输入端接入电阻R2的一端，输出端与电池的负极相连接；电阻R2的另一端与电池的正极相连接；从电阻R2与并联的压力获取单元的连接线上获取控制电压引至第七场效应管的柵极和温湿采集模块的A/D输入。

以上所述的压力获取单元包括：电阻R1、电阻R4、受力按钮、电容C；电容C的正极依次串接受力按钮AN的常闭触点、电阻R4后接入输入端；受力按钮的常开触点的一端与电容C的正极相连接，受力按钮的常开触点的另一端串接电阻R1后与电容C的负极及输出端相连接。

以上所述的第一场效应管、第二场效应管、第四场效应管及第五场效应管均为N沟道增强型MOS管；所述的第三场效应管、第六场效应管及第七场效应管均为P沟道增强型MOS管。

以上所述的温湿采集模块包括温湿检测处理控制单元、无线收发单元、温度传感器、湿度传感器、高频天线、指示灯单元、振动传感器；所述温湿检测处理控制单元依次串接无线收发单元、高频天线后，以无线方式与信息收发控制终端建立连接；温湿检测处理控制单元输入接有温度传感器、湿度传感器、振动传感器、压力开关模块及电池充电模块；温湿检测处理控制单元输出接有第四场效应管的栅极和指示灯单元；所述的振动传感器与温湿检测处理控制单元中断输入相连接；所述的压力开关模块与温湿检测处理控制单元的A/D输入相连接。

以上所述的指示灯单元包含有6个指示灯。

以上所述的粮仓监控管理系统包括设于监控中心的粮仓管理信息系统和设于每个粮仓的信息收发控制终端和温湿监测单元及激发/充电源模块，以及相应的降温、除湿和通风设备；每个粮仓的信息收发控制终端通过通信网络与粮仓管理信息系统相连接，信息收发控制终端通过控制信号与降温、除湿和通风设备相连接，温湿监测单元通过高频无线方式与同舱的信息收发控制终端相连接，激发/充电源模块通过无线或有线的方式与同舱的信息收发控制终端相连接，激发/充电源模块通过低频无线方式与同舱的温湿监测单元相连接。

以上所述的电容C为漏钽电容或铌电容。

以上所述的受力按钮为双路触点开关，一路为常开，另一路为常闭。

为了实现上述的目的，本发明的另一技术方案是：

一种温湿监测单元的实现方法，包括以下步骤：

⑴设置受力按钮受力面受力为：受力大于等于5千克力时，常开触点闭合，常闭触点断开；受力小于5千克力时，常开触点断开，常闭触点闭合；

⑵温湿监测单元设置于承载盒内，三个压力获取单中的受力按钮的受力面分别成凹型设于承载盒的同轴受力的三个方向的面板上，指示灯单元中6个指示灯分别设置在承载盒的六个面上；

⑶设置待通过A/D口监测到从压力开关模块获取的控制电压小于等于电池端电压的三分之一时，认定当前正在翻仓或放粮或粮食被盗，上传压力开关模块有输出信息至信息收发控制终端，信息收发控制终端根据当前设定回传相应的标识码：

①当回传的标识码为翻仓/放粮标识码，点亮指示灯：设定待连续2次检测识别到压力开关模块获取的控制电压从等于电池端电压到小于等于电池端电压的三分之二，且连续2次的时间小于5秒时，熄灭点亮的指示灯，输出低电平至第四场效应管的栅极，并进入休眠状态，直至温湿采集模块400失电，

②当回传的标识码为防盗标识码，输出低电平至第四场效应管的栅极，并进入休眠状态，直至温湿采集模块400失电。

有益效果：

本发明的一种温湿监测单元及其实现方法，①具有巡检和超温实时报警；②具有翻仓、偷盗行为发生时提示和报警；③电池充满，巡检激发信号，超温，压力开关模块产生激发信号的任一情行发生后电池才供电工作，从而有利于电池节能；④压力开关模块产生激发信号既可作为翻仓行为发生的信号，又可作偷盗行为发生的信号，从而实时监控翻仓行为和偷盗行为；⑤翻仓和放粮行为发生后，点亮承载盒六个面上指示灯，便于翻仓和放粮过程中找到温湿监测单元，重新设放温湿监测单元；⑥放入粮堆时不需考虑受力面朝向的问题，从而实现盲放。

附图说明

图1为本发明的一种温湿监测单元的原理框图；

图2以本发明一种温湿监测单元为粮仓监控管理系统末端设于粮堆内的传感监测单元，其与同仓的激发/充电源模块及信息收发控制终端连接关系示意图；

图3为本发明中压力获取单元的原理连接示意图；

图中：100.整流模块，200.解调解码控制模块，300.电池充电模块，400.温湿采集模块，500.温感开关，700.压力开关模块，600.低频天线，E.电池，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7.第一至第七场效应管，410.温湿检测处理控制单元，420.无线收发单元，430.温度传感器，440.湿度传感器，450.高频天线，460.指示灯单元，470.振动传感器，AN.受力按钮，C.电容，R1、R2、R3、R4.电阻，A1、A2、An.温湿监测单元，n.为设置在一粮仓粮堆内温湿监测单元的数量，701、702、703.压力获取单元，A.压力获取单元的输入端，B.压力获取单元的输出端。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种温湿监测单元，为粮仓监控管理系统末端设于粮堆内的传感监测单元，其通过无线方式与粮仓监控管理系统设置在同仓的激发/充电源模块及信息收发控制终端相连接；温湿监测单元包括：整流模块100、解调解码控制模块200、电池充电模块300、温湿采集模块400、温感开关500、压力开关模块700、低频天线600、电池E、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6、第七场效应管Q7、电阻R3；低频天线600通过无线方式与粮仓内的激发/充电源模块相连接，接收激发/充电源模块发送的激发/充电源信号；低频天线600分别与整流模块100和解调解码控制模块200的输入相连接；整流模块100的输出分别与解调解码控制模块200的电源输入和第三场效应管Q3的源极相连接，第三场效应管Q3的漏极与电池充电模块300的输入相连接，第三场效应管Q3的柵极与第二场效应管Q2的漏极相连接，第二场效应管Q2的柵极与解调解码控制模块200的一输出相连接，第二场效应管Q2的源极与电池E的负极相连接；电池充电模块300的充电输出与压力开关模块700的电源输入相并接后接入电池E的正极；电池充电模块300的一信号输出与温湿采集模块400的输入相连接，电池充电模块300的另一信号输出与解调解码控制模块200的输入相连接；第一场效应管Q1的柵极与解调解码控制模块200的另一输出相连接，第一场效应管Q1的源极与电池E的负极相连接；压力开关模块700的控制电压输出分别与第七场效应管Q7的柵极和温湿采集模块400的A/D输入相连接；第五场效应管Q5的栅极与第七场效应管Q7的漏极及电阻R3的一端相互并接，电阻R3的另一端与电池E的负极相连接，第五场效应管Q5的源极与电池E的负极相连接；第四场效应管Q4的栅极与温湿采集模块400的输出相连接，第四场效应管Q4的的源极与电池E的负极相连接；第六场效应管Q6的源极与第七场效应管Q7的源极并接后接入电池E的正极相连接，第六场效应管Q6的漏极接入温湿采集模块400的电源输入，第六场效应管Q6的柵极与第一场效应管Q1的漏极、第四场效应管Q4的漏极、第五场效应管Q5的漏极及温感开关500的一端相互并接，温感开关500的另一端与电池E的负极相连接；温湿采集模块400通过无线方式与信息收发控制终端相连接；整流模块100的电源负极、电池充电模块300的电源负极、温湿采集模块400的电源负极及压力开关模块700的电源负极与电池E的负极相连接。

以上所述的第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第四场效应管Q4及第五场效应管Q5均为N沟道增强型MOS管；以上所述的第三场效应管Q3、第六场效应管Q6及第七场效应管Q7均为P沟道增强型MOS管。

以上所述的粮仓监控管理系统包括设于监控中心的粮仓管理信息系统和设于每个粮仓的信息收发控制终端和温湿监测单元及激发/充电源模块，以及相应的降温、除湿和通风设备；每个粮仓的信息收发控制终端通过通信网络与粮仓管理信息系统相连接，信息收发控制终端通过控制信号与降温、除湿和通风设备相连接，温湿监测单元通过高频无线方式与同舱的信息收发控制终端相连接，激发/充电源模块通过无线或有线的方式与同舱的信息收发控制终端相连接，激发/充电源模块通过低频无线方式与同舱的温湿监测单元相连接。

在粮堆集过程中，工作人员从底往上以垂直1.5米层厚、每层上以小于5米的间距放置温湿监测单元，用于监测保存过程中粮堆内温湿及粮堆对其压力的变化，监管系统通过设定功能，判别粮堆对温湿监测单元压力的变化是什么行为引起的：当该时间段的功能设定为翻仓，则该时间段内监测到对温湿监测单元压力的变化，认定为正在翻仓，监管系统通过设置在粮堆内监测到压力变化的温湿监测单元数量，计算其占所有设置在粮堆内的温湿监测单元总量的比率，用来判别翻仓质量好坏，比率越高，认定翻仓质量越好，反之相反，还可以用单位时间内监测到压力变化的温湿监测单元数量，来评判翻仓效率；当该时间段的功能设定为放粮，则该时间段内监测到对温湿监测单元压力的变化，认定为正在放粮，可用单位时间内监测到压力变化的温湿监测单元数量，来评判放食速度；当该时间段的功能设定为防盗，则该时间段内监测到对温湿监测单元压力的变化，认定为有正在人偷盗，监管系统通过设置在粮堆内监测到压力变化的温湿监测单元数量，计算其占所有设置在粮堆内的温湿监测单元总量的比率，认定偷盗量，并根据偷盗量进行分级报警，偷盗量越大，设置增加报警的次数和逐层向上报警的顶层级别越高，反之相反。

温湿监测单元安装于承载盒内，监测粮堆对其压力的变化的受力面成凹型设于温湿监测单元承载盒的面板上，即受力面凹入承载盒的面板，从而有利于在温湿监测单元的运输、备用存放过程中不易受外部压力影响触发电池E供电电路通电，从而提高电池E使用寿命。当安装于承载盒内的温湿监测单元只在承载盒的一面板设置受力面时，将温湿监测单元放入粮堆时，得注意将其设置在承载盒面板上监测压力的变化的受力面朝向或朝下放入粮堆。本发明优选：在其承载盒的同轴受力方向各设置一个凹入承载盒面板的受力面，即在承载盒上下面板设置一个，前后面板设置一个，左右面板设置一个，且放入粮堆中的温湿监测单元，监测到其中一个受力面有压力的变化，就认为粮仓中粮食正在翻仓或放粮或偷盗。从而有利于将温湿监测单元盲放于粮堆，即放入时不要考虑受力面监测不到粮堆压力变化问题。

以上所述的压力开关模块700包括：第一压力获取单元701、第二压力获取单元702、第三压力获取单元703、电阻R2；所述的第一压力获取单元701、第二压力获取单元702及第三压力获取单元703相互并联后，其输入端A接入电阻R2的一端，输出端B与电池E的负极相连接；电阻R2的另一端与电池E的正极相连接；从电阻R2至压力获取单元输入端A的连接线上获取控制电压分别至第七场效应管Q7的柵极和温湿采集模块400的A/D输入，即相当于电池E串接电阻R2后为控制电压输出，分别接入第七场效应管Q7的柵极和温湿采集模块400的A/D输入，且控制电压输出受三个压力获取单元的输入端A并接控制，三个压力获取单元相似于以线与的方式控制电池E串接电阻R2后的控制电压输出，即以输入端A最低电平的压力获取单元的电位钳位。

如图3所示，以上所述的第一压力获取单元701和第二压力获取单元702及第三压力获取单元703均由：电阻R1、电阻R4、受力按钮AN、电容C构成；电容C的正极依次串接受力按钮AN的常闭触点、电阻R4后接入输入端A；受力按钮AN的常开触点的一端与电容C的正极相连接，受力按钮AN的常开触点的另一端串接电阻R1后与电容C的负极及输出端B相连接。由于三个压力获取单元并接后对电池E串接电阻R2后的控制电压输出控制，每个压力获取单元中电容C上电压都是经过电阻R4接入其输入A端，从而使三个压力获取单元并接后相互之间电容C上电压不能突变不会发生冲突。

以上所述的受力按钮AN为双路触点开关，一路为常开，另一路为常闭，并设置受力按钮AN受力面受力为：受力大于等于5千克力时，常开的一路触点闭合，常闭的一路触点断开；受力小于5千克力时，常开的一路触点断开(保持常开)，常闭的一路触点闭合(保持常闭)。即当受力按钮AN的受力面受力大于等于5千克力时，常开的一路触点闭合，常闭的一路触点断开，当受力按钮AN的受力面受力小于5千克力时，常开的一路触点恢复为断开，常闭的一路触点恢复为接通(闭合)。

温湿监测单元安装于承载盒内，第一压力获取单元701和第二压力获取单元702及第三压力获取单元703中受力按钮AN的的受力面，成凹型设于其承载盒的面板上，即受力按钮AN的受力面凹入承载盒的面板，从而有利于在温湿监测单元运输、备用存放过程中不易受外部压力影响触发电池E供电电路通电，提高电池E使用寿命。且第一压力获取单元701和第二压力获取单元702及第三压力获取单元703中三个受力按钮AN的受力面分别设置在其承载盒的同轴受力的三个方向的面板上，即承载盒上下面板设置一个，前后面板设置一个，左右面板设置一个。如若将第一压力获取单元701中受力按钮AN的受力面设于承载盒的上面板或下面板上，第二压力获取单元702中受力按钮AN的受力面设于承载盒的前面板或后面板上，则第三压力获取单元703中受力按钮AN的的受力面设于承载盒的左面板或右面板上。

以上所述的电容C选择漏电少的电容，如钽电容、铌电容等。

压力开关模块700中，电池E正极经电阻R2送至每个压力获取单元的输入端A，每个压力获取单元的输入端A接入电阻R4一端，电阻R4的另一端串接受力按钮AN的常闭触点后与电容C的正极相连接，电容C的负极接入输出端B，输出端B接入电池E负极，从而形成对应电容C的充电回路；电阻R2与每个压力获取单元各自形成的对应电容C的充电回路，其断开与接通由串接在各自充电回路中的受力按钮AN的常闭触点控制。受力按钮AN的常闭触点接通，电池E经电阻R2对接通的充电回路中电容C充电，受力按钮AN的常开触点断开，电阻R1不起作用。受力按钮AN的常闭触点断开，受其控制的电容C与电阻R2形成的充电回路断开，受力按钮AN的常开触点接通，受其控制的电容C通过电阻R1放电。保证安全的情况下，电阻R1尽量小，以确保受力按钮AN的受力面受力大于等于5千克力时，即受力按钮AN的常开触点接通后，对应的电容C以较短的时间放完电。从电阻R2与并联的压力获取单元的连接线上获取控制电压分别引至第七场效应管Q7的柵极和温湿采集模块400的A/D输入。三个并联的压力获取单元在其输入端A的电位比较，获取的控制电压钳位为：最小的那个压力获取单元在其输入端A的电位。由于压力获取单元中因输入端A串接电阻R4后到电容C，故每个压力获取单元在输入端A的最小电位至少为：电阻R2、电阻R4串联分得的电池E端电压在电阻R4上的降压。本发明设置电阻R4的阻值小于二十分之一电阻R2的阻值。三个压力获取单元中受力按钮AN的常闭触点均断开或受力按钮AN的常闭触点接通回路中电容C充满，从电阻R2与并联的压力获取单元的连接线上获取控制电压为电池E的端电压。三个压力获取单元中受力按钮AN的常闭触点同时接通数越多，获取的控制电压小于电池E端电压的时间越长，反之相反。

不考虑并联情况，即对单压力获取单元来说：电池E经电阻R2、电阻R4、受力按钮AN的常闭触点及电容C形成的充电回路的充电过程中，电阻R2与电阻R4的连接线上的电压，其随着电容C的充电，从等于电阻R2、电阻R4串联分得的电池E端电压在电阻R4上的降压，逐渐增大接近电池E的端电压，待电容C充满或受力按钮AN的常闭触点断开时，电阻R2与电阻R4的连接线上的电压为电池E的端电压。

考虑并联情况，即对并联的压力获取单元来说：从电阻R2与并联的压力获取单元的连接线上获取控制电压钳位为刚接通受力按钮AN的常闭触点的压力获取单元其输入端A的电位。任一受力按钮AN的常闭触点接通，第七场效应管Q7导通，随着电容C的充电或受力按钮AN的常闭触点断开，第七场效应管Q7从导通又变为截止。

对电容C和电阻R2大小选择的要求是：三个压力获取单元中任意两个受力按钮AN的常闭触点接通使其控制的电容C已充满后，其余的一个受力按钮AN的常闭触点自接通的充电过程中，电阻R2两端取得的大于第七场效应管Q7开启电压∣UGS(th)∣的控制电压，得保持到温湿采集模块400通电控制第四场效应管Q4从截止进入导通状态之后，且温湿采集模块400通过A/D对从压力开关模块700获取控制电压检测能识别到小于电池E的三分之一。

以上所述的激发/充电源模块用于对温湿监测单元产生激发和充电的信号，其含有受信息收发控制终端控制发送的激发信号程序模块和充电信号程序模块。激发/充电源模块通过无线方式与温湿监测单元中低频天线600相连接。激发/充电源模块并与信息收发控制终端相连接，激发/充电源模块所发信号受信息收发控制终端控制。当信息收发控制终端输出巡检控制信息至激发/充电源模块，激发/充电源模块接收到巡检控制信息，执行激发信号程序模块，发出激发信号，所发出的激发信号中含有激发编码，且设置同一个粮仓内温湿监测单元中激发编码一致；当信息收发控制终端输出停止巡检控制信息至激发/充电源模块，激发/充电源模块接收到停止巡检控制信息，停止执行激发信号程序模块，激发/充电源模块终止激发信号发出。当信息收发控制终端输出充电控制信息至激发/充电源模块，激发/充电源模块接收到充电控制信息，执行充电信号程序模块，发出充电信号，所发出的充电信号中含有充电编码，同样设置同一个粮仓内温湿监测单元中充电编码一致；当信息收发控制终端输出停止充电控制信息至激发/充电源模块，激发/充电源模块接收到停止充电控制信息，停止执行充电信号程序模块，激发/充电源模块终止充电信号发出。

所述信息收发控制终端为中间节点，用于具体对粮仓内温湿监测单元巡检和实时接收，以及对激发/充电源模块输出信号控制，信息收发控制终端通过高频无线方式与温湿监测单元中温湿采集模块400相连接，信息收发控制终端通过网络与监控中心的粮仓管理信息系统相连接，并通过有线或无线与激发/充电源模块相连接，根据要求输出相应的控制信号至激发/充电源模块；且信息收发控制终端还连接有至调温、排湿、通风设备的控制信号，以及与红外、摄像防盗末端装置相连接。

当信息收发控制终端要求对温湿监测单元巡检，输出巡检控制信息至激发/充电源模块，信息收发控制终端待到与所在粮仓内3个以上温湿监测单元建立通信连接，则输出停止巡检控制信息至激发/充电源模块，并传递巡检信息标记至粮堆中所有的温湿监测单元。

当信息收发控制终端要求对温湿监测单元中电池E补充电量，输出充电控制信息至激发/充电源模块，信息收发控制终端待接收到所在粮仓内所有的温湿监测单元发出电池充满信号，输出停止充电控制信息至激发/充电源模块。

当充电过程中需巡检，信息收发控制终端立即输出停止充电控制信息至激发/充电源模块，跟着输出巡检控制信息至激发/充电源模块。

所述的低频天线600对激发/充电源模块所发信号接收，送整流模块100的电源输入端和解调解码控制模块200的信号输入端，所述整流模块100对低频天线600所接信号整流稳压输出工作电压至解调解码控制模块200的电源输入端和第三场效应管Q3的源端。

所述解调解码控制模块200对低频天线600所接信号解调和解码，解调解码控制模块200并存有激发编码和充电编码，解调解码控制模块200将所解的编码与所存储的激发编码和充电编码比较：为激发编码时，输出高电位(大于等于第一场效应管Q1的开启电压UGS(th))至第一场效应管Q1的柵极，输出低电位(小于第二场效应管Q2的开启电压UGS(th))至第二场效应管Q2的柵极，第一场效应管Q1导通，第二场效应管Q2截止；为充电编码时，输出低电位(小于第一场效应管Q1的开启电压UGS(th))至第一场效应管Q1的柵极，输出高电位(大于等于第二场效应管Q2的开启电压UGS(th))至第二场效应管Q2的柵极，第一场效应管Q1截止，第二场效应管Q2导通。解调解码控制模块200未接收其激发编码和充电编码信号，输出低电位至第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的柵极，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2均截止。

解调解码控制模块200在通过第二场效应管Q2控制第三场效应管Q3导通，整流模块100的输岀经第三场效应管Q3送电池充电模块300对电池E充电期间，解调解码控制模块200响应电池充电模块300输入的电池是否充满信号，解调解码控制模块200待接收到电池充电模块300输入的电池充满信号，解调解码控制模块200输出高电位至第一场效应管Q1的柵极，输出低电位至第二场效应管Q2的柵极，第一场效应管Q1导通，第二场效应管Q2截止，解调解码控制模块200暂停相应充电信号，延时3秒输出低电位至第一场效应管Q1的柵极，使第一场效应管Q1进入截止，或不延时，待解调解码控制模块200无工作电源结束，即电池E充满后，解调解码控制模块200接收到充电信号，仍然保持输出低电位至第二场效应管Q2的柵极，并保持输出至第一场效应管Q1的柵极的控制电压不变。

待解调解码控制模块200无供电，输出至第一场效应管Q1和第二场效应管Q2栅极的电压为零，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2截止，暂停功能自动消失。

解调解码控制模块200暂停相应充电信号期间，解调解码控制模块200不失工作电源，情况下，待接收到激发编码后，解除暂停充电功能，即待接收到激发编码后，解调解码控制模块200下次又相应充电信号。

第二场效应管Q2截止，第三场效应管Q3截止；第二场效应管Q2导通，第三场效应管Q3导通。

第三场效应管Q3截止，整流模块100的输出不能经第三场效应管Q3通过电池充电模块300对电池E充电，即第三场效应管Q3截止，整流模块100输出的电压停止经第三场效应管Q3通过电池充电模块300对电池E充电。第三场效应管Q3导通，整流模块100输出的电压经第三场效应管Q3通过电池充电模块300对电池E充电。

电池充电模块300包含有对电池E充电电路和电池E容量监测电路。电池充电模块300的充电输出与电池E的正极相连接，电池E容量监测电路的输出与解调解码控制模块200的输入和温湿采集模块400的输入相连接。

当第一场效应管Q1、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5及温感开关500中，任一开关接通时，加至第六场效应管Q6柵源间控制电压UGS小于等于其开启电压UGS(th)，第六场效应管Q6导通。

当第一场效应管Q1、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5及温感开关500的开关均断开时，加至第六场效应管Q6柵源间控制电压UGS大于其开启电压UGS(th)，第六场效应管Q6截止。

第五场效应管Q5通断受第七场效应管Q7控制：第七场效应管Q7导通，第五场效应管Q5导通；第七场效应管Q7截止，第五场效应管Q5截止。

所述温感开关500用于超温时触发开启电池E供电，实现超温实时报警。

所述温感开关500为无源物理触点开关，其触点为常开型，即：设置温感开关500感应到温度小于其设定温度时，温感开关500的触点处于断开，正常工作状态；温感开关500感应到温度大于等于其设定温度时，温感开关500的触点接通(闭合)，闭合后的温感开关500待感应到温度小于其设定温度，温感开关500的触点恢复为正常工作状态，即断开。

一般粮仓粮堆内温度常年要求保持在30℃以下，则本发明采用温感开关500的设定温度为：30℃加上5℃，即当温感开关500感应到温度大于等于35℃时，温感开关500接通。

所述温湿采集模块400，用于具体的温湿、防盗、翻仓、放粮、电池E电量等釆集读取并上至信息收发控制终端进行相应控制，其包括温湿检测处理控制单元410、无线收发单元420、温度传感器430、湿度传感器440、高频天线450、指示灯单元460、振动传感器470；所述温湿检测处理控制单元410依次串接无线收发单元420、高频天线450后以无线方式与信息收发控制终端建立连接；温湿检测处理控制单元410输入接有温度传感器430、湿度传感器440、振动传感器470、压力开关模块700及电池充电模块300；温湿检测处理控制单元410输出接有第四场效应管Q4的栅极和指示灯单元460；所述的振动传感器470与温湿检测处理控制单元410中断输入相连接；所述的压力开关模块700与温湿检测处理控制单元410的A/D输入相连接。所述的温湿检测处理控制单元410是进行信息处理控制单元，对相应的输入信号进行采集处理和上传，并根据处理结果通过输出相应控制，温湿检测处理控制单元410包括：中央处理器、与输入/输出电路相适应的输入/输出接口、EEPROM存储器，并设有相应的ID编码，以及嵌入相应的检测识别控制程序模块和与信息收发控制终端通信的程序模块，还嵌入振动中断服务程序模块；还含有电池E的电压监测电路。

当从压力开关模块700获取的控制电压小于电池E的端电压时，说明三个受力按钮AN的常闭触点至少一个处于接通，即说明三个受力按钮AN的受力面至少一个受力小于5千克力，且常闭触点处于接通时间的小于电容C充满所需要的时间，也可以说常闭触点接通维持的时间小于电容C充满所需要的时间。当从压力开关模块700获取控制电压越接近等于电阻R2、电阻R4串联分得的电池E端电压在电阻R4上的降压，说明常闭触点接通是刚刚发生。当从压力开关模块700获取的控制电压越大，说明常闭触点接通并维持到当前的时间越长。当从压力开关模块700获取的控制电压等于电池E的端电压时，说明三个受力按钮AN的常闭触点均处于断开或接通常闭触点维持到当前的时间大于等于电容C充满所需要的时间，即当从压力开关模块700获取的控制电压等于电池E的端电压时，说明粮堆中的温湿监测单元中受力按钮AN的受力面受力大于等于5千克力或/和说明受力面受力小于5千克力的受力按钮AN维持到当前的时间已久远。

由于设于粮堆中的温湿监测单元，平时是处静状态，且处于静态状态的时间远远大于其电容C的充满需要的时间，故粮堆中温湿监测单元平时处静状态时，不管其受力按钮AN的受力面受力大小如何，从压力开关模块700获取的控制电压均等于电池E的端电压。

故本发明向粮堆中设入温湿监测单元时，上层得保证其受力按钮AN的受力面受力大于等于5千克力。

于翻仓和放粮及防盗应是实时捕捉当前的行为，故本发明振动中断服务程序模块中和上电初始通过A/D口检测从压力开关模块700获取的控制电压过程中，设置：检测识别到从压力开关模块700获取的控制电压小于等于电池E的端电压三分之一时，认定当前正在翻仓或放粮或粮食被盗，接管对第四场效应管Q4关断的控制；检测识别到从压力开关模块700获取的控制电压大于电池E的端电压三分之一时，认定当前既不在翻仓和放粮，粮食也没有被盗。

温湿采集模块400中温湿检测处理控制单元410通电处始化后，立即输岀高电平至第四场效应管Q4的栅极和通过A/D口检测从压力开关模块700获取的控制电压；输岀高电平至第四场效应管Q4的栅极，第四场效应管Q4导通，从而使第六场效应管Q6导通/保持导通；通过A/D口检测识别到压力开关模块700输出的控制电压小于等于电池E的端电压三分之一，认定压力开关模块700有输出信息，说明当前正在翻仓或放粮或粮食被盗，屏蔽振动传感器470中断申请，接管对第四场效应管Q4关断控制，并上传压力开关模块700有输出信息至信息收发控制终端；若通过A/D口检测识别到压力开关模块700输出的控制电压大于电池E的端电压三分之一，认定压力开关模块700无输出信息，不屏蔽振动传感器470中断申请，且不将压力开关模块700无输出信息传至信息收发控制终端。

在温湿采集模块400通电工作过程中，振动传感器470中断处于非屏蔽期间，振动传感器470振动，温湿检测处理控制单元410响应振动传感器470发出的中断申请，通过A/D口检测识别到压力开关模块700输出的控制电压小于等于电池E的端电压三分之一，认定压力开关模块700有输出信息，说明当前正在翻仓或放粮或粮食被盗，屏蔽振动传感器470中断申请，接管对第四场效应管Q4关断控制，并上传压力开关模块700有输出信息至信息收发控制终端；若通过A/D口检测识别到压力开关模块700输出的控制电压大于电池E的端电压三分之一，认定压力开关模块700无输出信息，此次振动认定为干扰，不屏蔽振动传感器470中断申请，且不将压力开关模块700无输出信息传至信息收发控制终端。

温湿检测处理控制单元410待通过A/D口检测识别到压力开关模块700输出的控制电压小于等于电池E的端电压三分之一，屏蔽温湿检测及电池充满识别，直到温湿采集模块400失电。

指示灯单元460包含有6个指示灯，指示灯单元460用于翻仓和放粮期间，温湿检测处理控制单元410识别到正在此位置翻仓或放粮，控制指示灯单元460中6个指示灯闪烁点亮，6个指示灯分别设置在温湿监测单元的承载盒的六个面上，从而更方便翻仓和放粮过程中找到对应的温湿监测单元。

所述的信息收发控制终端嵌入有翻仓质量评价程序模块和根据偷盗量分级报警程序模块。当时间段设置为翻仓，执行翻仓质量评价程序模块，当时间段设置为防盗，执行根据偷盗量分级报警程序模块。

当温湿检测处理控制单元410向信息收发控制终端上传压力开关模块700有输出信息后，温湿检测处理控制单元410等待信息收发控制终端对有输出信息的响应信息，当该时间段设定为翻仓或放粮，不管是翻仓或放粮，统一反馈翻仓/放粮标识码至相应的温湿监测单元中温湿检测处理控制单元410，若且为翻仓时间段，进行翻仓质量判断；当该时间段设定为防盗，反馈防盗标识码至相应的温湿监测单元中温湿检测处理控制单元410，且进行有偷盗报警提示；若为放粮时间段，不做任何评价。

温湿检测处理控制单元410识别到反馈的为翻仓/放粮标识码，温湿检测处理控制单元410点亮指示灯单元460中指示灯。温湿检测处理控制单元410点亮指示灯单元460中指示灯后，温湿检测处理控制单元410检测压力开关模块700的输出的控制电压，设定待连续2次检测识别到压力开关模块700输出的控制电压从等于电池E端电压到小于等于电池E端电压的三分之二，且连续2次的时间小于5秒，则温湿检测处理控制单元410熄灭点亮的指示灯单元460中指示灯，否则，保持指示灯单元460中指示灯点亮；熄灭点亮的指示灯单元460中指示灯后，温湿检测处理控制单元410输出低电平至第四场效应管Q4的栅极，并进入休眠状态，直至温湿采集模块400失电。

温湿检测处理控制单元410识别到反馈的为防盗标识码，温湿检测处理控制单元410输出低电平至第四场效应管Q4的栅极，并进入休眠状态，直至温湿采集模块400失电。

当信息收发控制终端在其设置的翻仓时间段，则进行翻仓质量判断：对该时间段内粮堆中上传过有输出信息的温湿监测单元进行累计，并计算其占粮堆中所设置的温湿监测单元总量的比率，且将该比率设定为：有输出信息的总占比率，并设定采用有输出信息的总占比率来作为翻仓质量的评定指标，有输出信息的总占比率越高，认定翻仓质量越好，反之相反。本发明设定：有输出信息的总占比率达到大于等于95％时，认定翻仓质量为优秀；有输出信息的总占比率达到大于等于85％，小于95％，认定翻仓质量为合格；有输出信息的总占比率达不到85％，认定翻仓质量为不合格。

当信息收发控制终端在其设置的防盗时间段，则进行报警分级判断：同样是从该时间段设定开始至当前，对粮堆中上传过有输出信息的温湿监测单元进行累计，并计算其占粮堆中所设置的温湿监测单元总量的比率，且将该比率设定为：有输出信息的总占比率，但设定采用有输出信息的总占比率来作为报警分级的评定指标，有输出信息的总占比率越高，认定偷盗数量多，设置增加报警的次数和逐层向上报警的顶层级别越高，反之相反。举例：如假设：最低级别为具体管理层，中间级别为地方政府和本地区公民，最高级别为国家粮食局；本发明设定：有输出信息的总占比率达不到10％(且大于0)，只向最低级别管理层报警，且每天2次，直到防盗解除；有输出信息的总占比率达到大于等于10％，小于50％，则向最低级别管理层报警的同时，且向中间级别的地方政府和本地区公民报警，报警的次数增到每天4次，直到防盗解除；有输出信息的总占比率达到大于等于50％，除向最低级别管理层及中间级别的地方政府和本地区公民外，还向最高级别的国家粮食局报警，报警的次数增到每天6次，直到防盗解除。报警可通过手机、电视、网络等终端呈现。

温湿监测单元中温湿采集模块400通电控制第四场效应管Q4导通后，待认定压力开关模块700有输出信息，则接管对第四场效应管Q4关断的控制，其控制由信息收发控制终端返回的翻仓/放粮标识码和防盗标识码决定，否则，由原功能决定。原功能的决定是：待完成温度、湿度及电池E充满标记检测识别并上传任务后，输出低电平至第四场效应管Q4的栅极；输出低电平至第四场效应管Q4的栅极后，若温湿采集模块400不失电，则继续进行温度和湿度检测并上传，直至温湿采集模块400失电。

信息收发控制终端根据接收的温湿信息进行处理并根据结果进行相应的降温和排湿控制。

将温湿监测单元布入粮堆过程是：在粮堆集过程中从底往上以垂直1.5米层厚放入温湿监测单元，且在每层上以小于5米的间距放置，并将具体放入设定层面的温湿监测单元相应ID编号录入粮仓管理系统。

Claims (8)

1.一种温湿监测单元，为粮仓监控管理系统末端设于粮堆内的传感监测单元，其通过无线方式与粮仓监控管理系统设置在同仓的激发/充电源模块及信息收发控制终端相连接；其特征在于，温湿监测单元包括：整流模块、解调解码控制模块、电池充电模块、温湿采集模块、温感开关、压力开关模块、低频天线、电池、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、电阻R3；低频天线通过无线方式与粮仓内的激发/充电源模块相连接，接收激发/充电源模块发送的激发/充电源信号；低频天线分别与整流模块和解调解码控制模块的输入相连接；整流模块的输出分别与解调解码控制模块的电源输入和第三场效应管的源极相连接，第三场效应管的漏极与电池充电模块的输入相连接，第三场效应管的柵极与第二场效应管的漏极相连接，第二场效应管的柵极与解调解码控制模块的一输出相连接，第二场效应管的源极与电池的负极相连接；电池充电模块的充电输出与压力开关模块的电源输入相并接后接入电池的正极；电池充电模块的一信号输出与温湿采集模块的输入相连接，电池充电模块的另一信号输出与解调解码控制模块的输入相连接；第一场效应管的柵极与解调解码控制模块的另一输出相连接，第一场效应管的源极与电池的负极相连接；压力开关模块的控制电压输出分别与第七场效应管的柵极和温湿采集模块的A/D输入相连接；第五场效应管的栅极与第七场效应管的漏极及电阻R3的一端相互并接，电阻R3的另一端与电池的负极相连接，第五场效应管的源极与电池的负极相连接；第四场效应管的栅极与温湿采集模块的输出相连接，第四场效应管的源极与电池的负极相连接；第六场效应管的源极与第七场效应管的源极并接后接入电池的正极，第六场效应管的漏极接入温湿采集模块的电源输入，第六场效应管的柵极与第一场效应管的漏极、第四场效应管的漏极、第五场效应管的漏极及温感开关的一端相互并接，温感开关的另一端与电池的负极相连接；温湿采集模块通过无线方式与信息收发控制终端相连接；整流模块的电源负极、电池充电模块的电源负极、温湿采集模块的电源负极及压力开关模块的电源负极与电池的负极相连接；所述的压力开关模块包括：第一压力获取单元、第二压力获取单元、第三压力获取单元、电阻R2；所述的第一压力获取单元、第二压力获取单元及第三压力获取单元相互并联后，其输入端接入电阻R2的一端，输出端与电池的负极相连接；电阻R2的另一端与电池的正极相连接；从电阻R2与并联的压力获取单元的连接线上获取控制电压引至第七场效应管的柵极和温湿采集模块的A/D输入；所述的第一场效应管、第二场效应管、第四场效应管及第五场效应管均为N沟道增强型MOS管；所述的第三场效应管、第六场效应管及第七场效应管均为P沟道增强型MOS管。

2.根据权利要求1所述的一种温湿监测单元，其特征在于，所述的第一压力获取单元、第二压力获取单元和第三压力获取单元均包括：电阻R1、电阻R4、受力按钮、电容C；电容C的正极依次串接受力按钮的常闭触点、电阻R4后接入输入端；受力按钮的常开触点的一端与电容C的正极相连接，受力按钮的常开触点的另一端串接电阻R1后与电容C的负极及输出端相连接。

3.根据权利要求1所述的一种温湿监测单元，其特征在于，所述的温湿采集模块包括温湿检测处理控制单元、无线收发单元、温度传感器、湿度传感器、高频天线、指示灯单元、振动传感器；所述温湿检测处理控制单元依次串接无线收发单元、高频天线后，以无线方式与信息收发控制终端建立连接；温湿检测处理控制单元输入接有温度传感器、湿度传感器、振动传感器、压力开关模块及电池充电模块；温湿检测处理控制单元输出接有第四场效应管的栅极和指示灯单元；所述的振动传感器与温湿检测处理控制单元中断输入相连接；所述的压力开关模块与温湿检测处理控制单元的A/D输入相连接。

4.根据权利要求3所述的一种温湿监测单元，其特征在于，所述的指示灯单元包含有6个指示灯。

5.根据权利要求1所述的一种温湿监测单元，其特征在于，所述的粮仓监控管理系统包括设于监控中心的粮仓管理信息系统和设于每个粮仓的信息收发控制终端和温湿监测单元及激发/充电源模块，以及相应的降温、除湿和通风设备；每个粮仓的信息收发控制终端通过通信网络与粮仓管理信息系统相连接，信息收发控制终端通过控制信号与降温、除湿和通风设备相连接，温湿监测单元通过高频无线方式与同仓的信息收发控制终端相连接，激发/充电源模块通过无线或有线的方式与同仓的信息收发控制终端相连接，激发/充电源模块通过低频无线方式与同仓的温湿监测单元相连接。

6.根据权利要求2所述的一种温湿监测单元，其特征在于，所述的电容C为钽电容或铌电容。

7.根据权利要求2所述的一种温湿监测单元，其特征在于，所述的受力按钮为双路触点开关，一路为常开，另一路为常闭。

8.一种根据权利要求1至5任意一项所述的一种温湿监测单元的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

⑴设置受力按钮受力面受力为：受力大于等于5千克力时，常开触点闭合，常闭触点断开；受力小于5千克力时，常开触点断开，常闭触点闭合；

⑵温湿监测单元设置于承载盒内，三个压力获取单元中的受力按钮的受力面分别成凹型设于承载盒的同轴受力的三个方向的面板上，指示灯单元中6个指示灯分别设置在承载盒的六个面上；

⑶设置待通过A/D口监测到从压力开关模块获取的控制电压小于等于电池端电压的三分之一时，认定当前正在翻仓或放粮或粮食被盗，上传压力开关模块有输出信息至信息收发控制终端，信息收发控制终端根据当前设定回传相应的标识码：

①当回传的标识码为翻仓/放粮标识码，点亮指示灯：设定待连续2次检测识别到压力开关模块获取的控制电压从等于电池端电压到小于等于电池端电压的三分之二，且连续2次的时间小于5秒时，熄灭点亮的指示灯，输出低电平至第四场效应管的栅极，并进入休眠状态，直至温湿采集模块失电，

②当回传的标识码为防盗标识码，输出低电平至第四场效应管的栅极，并进入休眠状态，直至温湿采集模块失电。

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