CN110095158A - 一种环境参数记录溯源系统 - Google Patents

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阳仲松
陈彦斌
邓提高
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Abstract

本发明公开一种环境参数记录溯源系统，包括环境参数记录溯源仪、服务器和客户端，所述服务器分别与每个环境参数记录溯源仪、客户端通过网络实现交互连接。通过溯源仪获取监测数据，并对监测数据进行分析处理，实现异常报警、统计、绘图分析等功能。环境参数记录溯源系统可以根据产品特性设置相关环境参数，实时监测周边环境的温湿度、大气压数据、运动数据并记录和存储下来，一旦发生超过您的预定设置，立即实时发出警报，警示并提醒您及时规范操作、正确操作。

Description

一种环境参数记录溯源系统
技术领域
本发明涉及环境参数监测领域，特别涉及一种用于产品的环境监测的环境参数记录溯源系统。
背景技术
复杂的武器装备、精密仪器、艺术品、危险化学品、食品、药品及不稳定材料等产品在生产、存储、运输等过程中，会因温度、湿度、大气压、加速度等环境因素变化而产生氧化、老化、性能退化等化学、物理改变，从而影响其固有的特性，甚至失效、损坏、报废。因此相对上述产品货物在生产、存储、运输过程中所处环境的有效监测及相关数据至关重要。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种环境参数记录溯源系统，旨在实现产品在生产、存储、运输过程中所处环境的有效数据采集、存储、分析，达到环境监测及溯源的目的。
本发明提出一种环境参数记录溯源系统，包括环境参数记录溯源仪、服务器和客户端，所述服务器分别与每个环境参数记录溯源仪、客户端通过网络实现交互连接；
所述环境参数记录溯源仪用于对环境温度、湿度、气压及XYZ轴加速度的数据采集及存储，并将采集数据上传给服务器；
所述服务器用于数据传输、数据处理及统计分析、数据储存，对采集数据处理后通过网络发送数据到客户端显示，并接收所述客户端发送的业务数据；
所述客户端用于数据统计，以文字、图表的形式显示环境温度、湿度、气压及XYZ轴加速度的实时数据和历史数据，并能通过客户端对系统参数进行设置；
所述环境参数记录溯源仪包括壳体和安装在所述壳体内的MCU单元、无线通信模块、存储芯片、温湿度传感器、气压传感器、三轴加速度传感器和为电路供电的可充电电源模块，所述壳体上设有用于数据传输及充电的通讯端口，所述可充电电源模块与所述MCU单元、所述无线通信模块相连，所述无线通信模块、所述温湿度传感器、所述气压传感器、所述三轴加速度传感器、所述存储芯片与所述MCU单元相连；所述壳体上设有用于温度、湿度采集的若干通孔。
优选地，所述无线通信模块为NB-IOT模块，包括BC28多频段NB-IOT无线通信模块、SIM卡接口和eSIM芯片，所述eSIM芯片的IO管脚与所述SIM卡接口的IO管脚相连，并共同与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_DATA管脚相连；
所述eSIM芯片的CLK管脚与所述SIM卡接口的CLK管脚相连，并共同与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_CLK管脚相连；所述eSIM芯片的RST管脚与所述SIM卡接口的RST管脚相连，并共同与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_RST管脚相连；所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_GND、SIM_VDD管脚依次与所述SIM卡接口的GND、VCC管脚相连。
优选地，所述NB-IOT模块还包括ESD静电保护二极管阵列SRV05-4，所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第一管脚与所述eSIM芯片的RST管脚、所述SIM卡接口的RST管脚相连；所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第二管脚与所述eSIM芯片的GND管脚相连；所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第三管脚与所述eSIM芯片的CLK管脚、所述SIM卡接口的CLK管脚相连；所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第四管脚与所述eSIM芯片的IO管脚、所述SIM卡接口的IO管脚相连；所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第五管脚与所述eSIM芯片的VCC管脚相连。
优选地，所述MCU单元包括STM32L152C8T6A微控制器，所述存储模块包括AT24C1024BN-SH存储芯片，所述AT24C1024BN-SH存储芯片的VCC、SCL、SDA管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PB2、PB6、PB7管脚相连；所述STM32L152C8T6A微控制器的PA8、PA9、PA10管脚依次与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的RI、RXD、TXD管脚相连。
优选地，所述温湿度传感器为HTS221温湿度传感器，所述气压传感器为LPS22HB气压传感器，所述三轴加速度传感器为LIS2DW12三轴加速度传感器。
优选地，所述电源模块包括升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH和升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY；所述升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的电源输出端VOUT与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的VBAT1、VBAT2相连，所述升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的使能脚EN与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA11管脚相连，所述升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH的电源输出端VOUT与所述STM32L152C8T6A微控制器的VBAT、VDD1、VDD2、VDD_USB、VDDA/VREF+、VSSA/VREF-管脚相连。
优选地，还包括电子纸显示屏和字库模块，所述字库模块包括GT5SL24K4W20字库芯片，所述GT5SL24K4W20字库芯片的SI、SCLK、CS、SO管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA7、PA5、PA4、PA6管脚相连；所述STM32L152C8T6A微控制器的PB3/JTDO-TSWO、PB4/NJTRST、PB9、PB12、PB13、PB15管脚依次与所述电子纸显示屏的CS、D/C、RES、BUSY、D0(SCK)、D1(SDI)管脚相连。
优选地，所述壳体内还设置有GPS/BDS定位芯片，所述GPS/BDS定位芯片与所述MCU单元相连。
优选地，所述壳体内还设置有报警装置，所述报警装置与所述MCU单元相连。
优选地，所述壳体的两侧面设有凹位，所述通讯端口设置在一侧的所述凹位中，所述通孔设置在另一侧的所述凹位中。
优选地，所述壳体四周位置设置有安装用的安装孔。
本发明的环境参数记录溯源系统通过溯源仪获取监测数据，并对监测数据进行分析处理，实现异常报警、统计、绘图分析等功能。环境参数记录溯源系统可以根据产品特性设置相关环境参数，实时监测周边环境数据并记录和存储下来，一旦发生超过您的预定设置，立即实时发出警报，警示并提醒您及时规范操作、正确操作。通过监测记录并存储中的大数据来分析并获取：产品自身原因因素，则为产品改进、改良或产品储运环境改善提供可靠的参考依据；或是人为操控不当或操作不规范或操作不正确等原因因素，则可溯源到相关环节，追溯到相关责任人。
附图说明
图1为本发明的环境参数记录溯源仪的电路框图；
图2为本发明的环境参数记录溯源仪的电源模块的电路图；
图3为本发明的环境参数记录溯源仪的无线通信模块的电路图；
图4为本发明的环境参数记录溯源仪的MCU单元的电路图；
图5为本发明的环境参数记录溯源仪的电子纸显示屏和温度传感器的电路图；
图6为本发明的环境参数记录溯源仪的主视图；
图7为本发明的环境参数记录溯源仪的左视图；
图8为本发明的环境参数记录溯源仪的立体图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1至图8，提出本发明的环境参数记录溯源系统的一实施例：
一种环境参数记录溯源系统，包括环境参数记录溯源仪、服务器和客户端，服务器分别与每个环境参数记录溯源仪、客户端通过网络实现交互连接。
环境参数记录溯源仪用于对环境温度、湿度、气压及XYZ轴加速度的数据采集及存储，并将采集数据上传给服务器，也可通过数据线与客户端连接导出数据；
服务器用于数据传输、数据处理及统计分析、数据储存，对采集数据处理后通过网络发送数据到客户端显示，并接收客户端发送的业务数据；
客户端用于数据统计，以文字、图表的形式显示环境温度、湿度、气压及XYZ轴加速度的实时数据和历史数据，并能通过客户端对系统参数进行设置。
环境参数记录溯源仪包括壳体20和安装在壳体20内的MCU单元2、无线通信模块、存储芯片、温湿度传感器7、气压传感器5、三轴加速度传感器6、GPS/BDS定位芯片8、报警装置9和为电路供电的可充电电源模块1，壳体20上设有用于数据传输及充电的USB接口21，可充电电源模块1与MCU单元2、无线通信模块相连，无线通信模块、温湿度传感器7、气压传感器5、三轴加速度传感器6、GPS/BDS定位芯片8、存储芯片、报警装置9与MCU单元2相连。壳体20上设有用于温度、湿度采集及报警装置9出声的若干通孔22。
环境参数记录溯源仪为方形薄型产品，壳体20四周位置设置有安装用的安装孔23。壳体20的两侧面设有凹位，USB接口21设置在一侧的凹位中，通孔22设置在另一侧的凹位中。
如图3所示，无线通信模块为NB-IOT模块3，包括BC28多频段NB-IOT无线通信模块、SIM卡接口和eSIM芯片，eSIM芯片的IO管脚与SIM卡接口的IO管脚相连，并共同与BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_DATA管脚相连。
eSIM芯片的CLK管脚与SIM卡接口的CLK管脚相连，并共同与BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_CLK管脚相连；eSIM芯片的RST管脚与SIM卡接口的RST管脚相连，并共同与BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_RST管脚相连；BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_GND、SIM_VDD管脚依次与SIM卡接口的GND、VCC管脚相连。
NB-IOT模块3还包括ESD静电保护二极管阵列SRV05-4，ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第一管脚与eSIM芯片的RST管脚、SIM卡接口的RST管脚相连；ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第二管脚与eSIM芯片的GND管脚相连；ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第三管脚与eSIM芯片的CLK管脚、SIM卡接口的CLK管脚相连；ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第四管脚与eSIM芯片的IO管脚、SIM卡接口的IO管脚相连；ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第五管脚与eSIM芯片的VCC管脚相连。
本发明采用NB-IoT(Narrow Band Internet of Things-基于蜂窝的窄带物联网)进行无线传输数据，NB-IoT是低功耗物联网，更加节能。溯源仪内嵌eSIM芯片，通过eSIM芯片连接物联网，从而无需插拔式的SIM卡，无需在溯源仪上设置插槽，使溯源仪体积更小。
溯源仪上设置有USB接口21，还可通过USB数据线与客户端连接导出数据，具有实时无线读取，USB读取双模式功能。
USB接口21可设置为安卓式充电接口，既可充电，又可更新升级程序软件，且可导出存储数据。
如图4所示，MCU单元2包括STM32L152C8T6A微控制器，存储模块4包括AT24C2024BN-SH存储芯片，AT24C2024BN-SH存储芯片的VCC、SCL、SDA管脚依次与STM32L152C8T6A微控制器的PB2、PB6、PB7管脚相连；STM32L152C8T6A微控制器的PA8、PA9、PA20管脚依次与BC28多频段NB-IOT无线通信模块的RI、RXD、TXD管脚相连。
如图2所示，电源模块1包括升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH和升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY；升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的电源输出端VOUT与BC28多频段NB-IOT无线通信模块的VBAT1、VBAT2相连，升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的使能脚EN与STM32L152C8T6A微控制器的PA21管脚相连，升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH的电源输出端VOUT与STM32L152C8T6A微控制器的VBAT、VDD1、VDD2、VDD_USB、VDDA/VREF+、VSSA/VREF-管脚相连。为无线通信模块和MCU单元2提供电源。
温湿度传感器7为HTS221温湿度传感器7，用于所处环境的温度和湿度的数据采集并发送给MCU单元2。气压传感器5为LPS22HB气压传感器5，用于所处环境的大气压数据的采集，并发送给MCU单元2。三轴加速度传感器6为LIS2DW22三轴加速度传感器6，用于XYZ轴加速度的数据采集，并发送给MCU单元2。MCU单元2将采集的监测周边环境数据记录和存储至存储模块4中，并通过无线通信模块将环境数据发送至服务器，由服务器分析出被监测对象的三维姿态和碰撞强度以及周边环境的温湿度、大气压，实现实时监测周边环境数据并记录和存储下来。
报警装置9用于在一旦发生监测的环境数据超过预定设置时，MCU单元2控制报警装置9立即实时发出警报，警示并提醒用户及时规范操作、正确操作。
通过GPS定位芯片8或BDS北斗定位芯片8来实现定位功能。
环境参数记录溯源仪还包括电子纸显示屏10和字库模块11，字库模块11包括GT5SL24K4W20字库芯片，GT5SL24K4W20字库芯片的SI、SCLK、CS、SO管脚依次与STM32L152C8T6A微控制器的PA7、PA5、PA4、PA6管脚相连；STM32L152C8T6A微控制器的PB3/JTDO-TSWO、PB4/NJTRST、PB9、PB22、PB23、PB15管脚依次与电子纸显示屏10的CS、D/C、RES、BUSY、D0(SCK)、D1(SDI)管脚相连。
电子纸显示屏10的作用是触发实时显示，电子纸显示屏10低功耗、节能环保、断电显示内容不消失，可以实时定位记录储存并传输，并均可查看定位周围的实貌平行地图且可自由放大缩小。
本环境参数记录溯源系统的使用功能有：
1、溯源仪通过USB接口21和客户PC端连接，实现充电和上位机软件对设备的参数进行设置。
2、通过上位机软件对设备存储的数据导出并分析。
3、通过无线传输(NB-IoT)实现实时云端大数据、云数据采集、存储及分析。
4、实时触发显示并发出警报。
5、电子纸显示屏显示实时定位、温度、湿度、压力、XYZ加速度及时间。
客户PC端软件主要用来设置和读取溯源仪的参数信息，并溯源仪存储的记录数据进行导出，并通过图表曲线的形式显示。主界面上显示设备的参数信息，同时，可以在该界面设置系统的参数信息：加速度阈值范围为5～200g；实时数据显示周期的设置单位为毫秒，设置的范围为20～60000ms；定时采样周期的单位为秒，设置的时间范围为20s～60000s。
PC界面上还可显示数据存储空间信息，用户可以通过存储空间信息界面获取存储空间的使用情况，可以对存储空间的历史数据进行清除。
PC界面上还可显示实时数据，用户点击“实时数据”标签页，可以切换到实时数据显示页面，实时显示当前的环境数据和运动数据，以文字、图表的形式呈现。
PC界面上还可回放数据，用户点击“已存数据”标签页，可以切换到导出设备存储数据和历史数据回放页面，导出设备存储的温度、湿度、大气压数据，以文字、图表的形式呈现；导出设备存储的XYZ轴加速度数据，以文字、图表的形式呈现；为溯源提供数据分析。
本发明的环境参数记录溯源系统通过溯源仪获取监测数据，并对监测数据进行分析处理，实现异常报警、统计、绘图分析等功能，具有低功耗，节能环保、高效便捷、监测记录存储、追溯溯源、断电显示、实时更新、可视化、数字化、信息化、智能化的优点。
本产品可应用于大型货物运输中，用于监测包装箱在贮存、搬运和运输过程中所经受的振动、冲击过载及温湿度等，并且具有实时时钟，可定量、全程监控包装运输过程中的环境变化情况。为包装箱寿命评估和质量分析提供环境影响参数依据。
本产品还可广泛应用于生产车间、实验室、仓储、储藏、运输等场景，特别是食品、药品、危险品(如火药、生化品等)的安全可靠的有效实时监测和警报及溯源与追溯。
环境参数记录溯源系统可以根据产品特性设置相关环境参数，实时监测周边环境数据并记录和存储下来，一旦发生超过您的预定设置，立即实时发出警报，警示并提醒您及时规范操作、正确操作。通过监测记录并存储中的大数据来分析并获取：产品自身原因因素，则为产品改进、改良或产品储运环境改善提供可靠的参考依据；或是人为操控不当或操作不规范或操作不正确等原因因素，则可溯源到相关环节，追溯到相关责任人。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种环境参数记录溯源系统，其特征在于，包括环境参数记录溯源仪、服务器和客户端，所述服务器分别与每个环境参数记录溯源仪、客户端通过网络实现交互连接；
所述环境参数记录溯源仪用于对环境温度、湿度、气压及XYZ轴加速度的数据采集及存储，并将采集数据上传给服务器；
所述服务器用于数据传输、数据处理及统计分析、数据储存，对采集数据处理后通过网络发送数据到客户端显示，并接收所述客户端发送的业务数据；
所述客户端用于数据统计，以文字、图表的形式显示环境温度、湿度、气压及XYZ轴加速度的实时数据和历史数据，并能通过客户端对系统参数进行设置；
所述环境参数记录溯源仪包括壳体和安装在所述壳体内的MCU单元、无线通信模块、存储芯片、温湿度传感器、气压传感器、三轴加速度传感器和为电路供电的可充电电源模块，所述壳体上设有用于数据传输及充电的通讯端口，所述可充电电源模块与所述MCU单元、所述无线通信模块相连，所述无线通信模块、所述温湿度传感器、所述气压传感器、所述三轴加速度传感器、所述存储芯片与所述MCU单元相连；所述壳体上设有用于温度、湿度采集的若干通孔。
2.根据权利要求1所述的环境参数记录溯源系统，其特征在于，所述无线通信模块为NB-IOT模块，包括BC28多频段NB-IOT无线通信模块、SIM卡接口和eSIM芯片，所述eSIM芯片的IO管脚与所述SIM卡接口的IO管脚相连，并共同与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_DATA管脚相连；
所述eSIM芯片的CLK管脚与所述SIM卡接口的CLK管脚相连，并共同与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_CLK管脚相连；所述eSIM芯片的RST管脚与所述SIM卡接口的RST管脚相连，并共同与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_RST管脚相连；所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的SIM_GND、SIM_VDD管脚依次与所述SIM卡接口的GND、VCC管脚相连。
3.根据权利要求2所述的环境参数记录溯源系统，其特征在于，所述NB-IOT模块还包括ESD静电保护二极管阵列SRV05-4，所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第一管脚与所述eSIM芯片的RST管脚、所述SIM卡接口的RST管脚相连；所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第二管脚与所述eSIM芯片的GND管脚相连；所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第三管脚与所述eSIM芯片的CLK管脚、所述SIM卡接口的CLK管脚相连；所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第四管脚与所述eSIM芯片的IO管脚、所述SIM卡接口的IO管脚相连；所述ESD静电保护二极管阵列SRV05-4的第五管脚与所述eSIM芯片的VCC管脚相连。
4.根据权利要求3所述的环境参数记录溯源系统，其特征在于，所述MCU单元包括STM32L152C8T6A微控制器，所述存储模块包括AT24C1024BN-SH存储芯片，所述AT24C1024BN-SH存储芯片的VCC、SCL、SDA管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PB2、PB6、PB7管脚相连；所述STM32L152C8T6A微控制器的PA8、PA9、PA10管脚依次与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的RI、RXD、TXD管脚相连。
5.根据权利要求4所述的环境参数记录溯源系统，其特征在于，所述温湿度传感器为HTS221温湿度传感器，所述气压传感器为LPS22HB气压传感器，所述三轴加速度传感器为LIS2DW12三轴加速度传感器。
6.根据权利要求4所述的环境参数记录溯源系统，其特征在于，所述电源模块包括升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH和升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY；所述升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的电源输出端VOUT与所述BC28多频段NB-IOT无线通信模块的VBAT1、VBAT2相连，所述升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的使能脚EN与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA11管脚相连，所述升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH的电源输出端VOUT与所述STM32L152C8T6A微控制器的VBAT、VDD1、VDD2、VDD_USB、VDDA/VREF+、VSSA/VREF-管脚相连。
7.根据权利要求4所述的环境参数记录溯源系统，其特征在于，还包括电子纸显示屏和字库模块，所述字库模块包括GT5SL24K4W20字库芯片，所述GT5SL24K4W20字库芯片的SI、SCLK、CS、SO管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA7、PA5、PA4、PA6管脚相连；所述STM32L152C8T6A微控制器的PB3/JTDO-TSWO、PB4/NJTRST、PB9、PB12、PB13、PB15管脚依次与所述电子纸显示屏的CS、D/C、RES、BUSY、D0(SCK)、D1(SDI)管脚相连。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的环境参数记录溯源系统，其特征在于，所述壳体内还设置有GPS/BDS定位芯片，所述GPS/BDS定位芯片与所述MCU单元相连。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的环境参数记录溯源系统，其特征在于，所述壳体内还设置有报警装置，所述报警装置与所述MCU单元相连。
10.根据权利要求1所述的环境参数记录溯源系统，其特征在于，所述壳体的两侧面设有凹位，所述通讯端口设置在一侧的所述凹位中，所述通孔设置在另一侧的所述凹位中；所述壳体四周位置设置有安装用的安装孔。
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