CN111366271A - 基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其包括蓝牙测温杆、汇聚节点、中继节点、基站、PC上位机、移动终端；蓝牙测温杆插于窖池内，其与移动终端和汇聚节点均通过蓝牙无线通信连接；汇聚节点与中继节点之间、中继节点与基站之间均通过433M无线模块无线通信连接；基站与PC上位机有线串行通信连接。本系统不会对封闭窖池内的发酵环境造成破坏，测量精度高且节约人力物力，监测系统成本低，易于系统维护和升级；结合蓝牙技术和433M无线技术构建层簇式的异构网络拓扑，实现数据的合理传输和管理，不易出现网络信号冲突、数据丢失的现象；可利用蓝牙通信技术，实现移动终端对窖池温度的就近采样查询。

Description

基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统

技术领域

本发明涉及白酒固态窖池温度监测技术领域，具体而言，涉及一种基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统。

背景技术

温度作为白酒发酵环境中的一个重要指标，往往需要进行周期性的监测。目前对于白酒窖池温度采集的方式主要有以下三种：

第一种方式传统的人工插拔测温计的采集方式，这种方式不仅会对封闭的窖池内的发酵环境造成破坏，影响发酵效果，还存在测量精度低、读取值受人为主观因素影响、浪费人力物力等诸多不足之处；

第二种方式通过在窖池周围布线的方式进行有线测量，主要在窖池不同位置固定测温计，并通过线缆将测温计的测量值传回中间控制器或PC机，这种方式需要在窖池周围密布众多的电缆，占用窖池空间，破坏发酵环境，系统的成本也相对较高，多路电缆的布置也使得系统的安全性不高，而且实时检测效果差，也不利于现代技术的升级与更新；

第三种方式是无线采集方式，通过ZigBee技术采集温度并集中传回汇聚节点，这种方式没有考虑到固态发酵对节点的影响，未能考虑无线网络拓扑结构，同时集中式的采集方式容易造成网络信号冲突，数据丢失等现象。

发明内容

本发明在于提供一种基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其能够缓解上述问题。

为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：

一种基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，包括蓝牙测温杆、汇聚节点、中继节点、基站、PC上位机、移动终端；所述蓝牙测温杆插于窖池内，用于获取窖池内上、中、下三个高度位置的温度数据，其与所述移动终端和所述汇聚节点均通过蓝牙无线通信连接；所述汇聚节点与所述中继节点之间、所述中继节点与所述基站之间均通过433M无线模块无线通信连接；所述基站与所述PC上位机有线串行通信连接。

本技术方案的技术效果是：不会对封闭窖池内的发酵环境造成破坏，测量精度高且节约人力物力，无需布置众多的电缆，不会占用窖池空间，监测系统成本低，易于系统维护和升级；结合蓝牙技术和433M无线技术构建层簇式的异构网络拓扑，实现数据的合理传输和管理，不易出现网络信号冲突、数据丢失的现象；可利用蓝牙通信技术，实现移动终端对窖池温度的就近采样查询。

进一步地，每一窖池布置有一蓝牙测温杆，每一汇聚节点同时与六个蓝牙测温杆无线通信连接，每一蓝牙测温杆仅与一汇聚节点无线通信连接。

更进一步地，所述PC上位机与所述基站通过RS232串口通信有线连接。

本技术方案的技术效果是：信号线少，波特率选择灵活，传送距离远。

更进一步地，所述蓝牙测温杆包括杆体以及单片机测温系统；所述杆体竖直布置于窖池内；所述单片机测温系统包括三个温度传感器，三个所述温度传感器分别安装于所述杆体的上段、中段和下段，用于检测窖池内上、中、下三个高度位置的温度数据；所述单片机测温系统除温度传感器的其它部分集中安装于所述杆体的顶部。

更进一步地，所述杆体为管状金属杆，其管壁开设有安装孔，所述温度传感器可拆卸的固定于所述杆体的安装孔。

本技术方案的技术效果是：便于安装传感器，且蓝牙测温杆的整体重量更轻巧。

更进一步地，所述单片机测温系统还包括单片机、LCD显示屏、蓝牙模块以及报警电路，其LCD显示屏、蓝牙模块、报警电路以及温度传感器均与其单片机信号连接，其蓝牙模块用于实现其单片机与所述汇聚节点无线通信。

更进一步地，所述汇聚节点包括依次通信连接的蓝牙模块、单片机和433M无线模块；所述中继节点包括单片机和433M无线模块，其单片机和433M无线模块通信连接；所述基站包括单片机和433M无线模块，其单片机和433M无线模块通信连接。

更进一步地，所述单片机测温系统的单片机、LCD显示屏、温度传感器以及蓝牙模块的型号分别为STC15F2K60S2、LCD1602、DS18B20和HC-05；所述汇聚节点、所述中继节点和所述基站的单片机型号均为ATMEL AVR MEGA162，蓝牙模块型号均为HC-05。

更进一步地，所述移动终端和所述PC上位机的屏幕均能显示各窖池的温度数据。

本技术方案的技术效果是：便于通过移动终端或PC上位机直观的观察到各窖池的温度数据。

更进一步地，所述基站仅接收来自中继节点的数据，每一汇聚节点仅向一中继节点发送数据。

本技术方案的技术效果是：能够避免各中继节点重复接收同一温度数据，避免基站重复多次接收同一温度数据。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的系统结构框图；

图2为本发明的系统运行示意图；

图3为本发明的蓝牙测温杆示意图；

图4为本发明的单片机测温系统电路图；

图5为本发明的系统蓝牙技术异构网络拓扑结构图；

图6为本发明的蓝牙测温杆的工作程序流程图；

图7为本发明的433M发送/接收程序流程图；

图中：1-PC上位机，2-基站，3-中继节点，4-汇聚节点，5-移动终端，6-蓝牙测温杆，7-窖池，61-单片机测温系统，62-杆体，611-温度传感器，612-温度传感器，613-温度传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1～图3，本实施例提供了一种基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，包括蓝牙测温杆、汇聚节点、中继节点、基站、PC上位机、移动终端；蓝牙测温杆插于窖池内，用于获取窖池内上、中、下三个高度位置的温度数据，其与移动终端和汇聚节点均通过蓝牙无线通信连接；汇聚节点与中继节点之间、中继节点与基站之间均通过433M无线模块无线通信连接；基站与PC上位机有线串行通信连接。

在本实施例中，每一窖池布置有一蓝牙测温杆，每一汇聚节点同时与六个蓝牙测温杆无线通信连接，每一蓝牙测温杆仅与一汇聚节点无线通信连接，如图5所示。

在本实施例中，PC上位机与基站通过RS232串口通信有线连接。

在本实施例中，蓝牙测温杆包括杆体以及单片机测温系统；杆体竖直布置于窖池内；单片机测温系统包括三个温度传感器，三个温度传感器分别安装于杆体的上段、中段和下段，用于检测窖池内上、中、下三个高度位置的温度数据；单片机测温系统除温度传感器的其它部分集中安装于杆体的顶部。

其中，杆体在插入窖池内后，其顶部是伸出窖池的，便于对单片机测温系统进行维护、升级。

在本实施例中，杆体为管状金属杆，其管壁开设有安装孔，温度传感器可拆卸的固定于杆体的安装孔。

在本实施例中，单片机测温系统还包括单片机、LCD显示屏、蓝牙模块以及报警电路，其LCD显示屏、蓝牙模块、报警电路以及温度传感器均与其单片机信号连接，其蓝牙模块用于实现其单片机与汇聚节点无线通信。

其中，单片机测温系统的单片机周期性采集三个温度传感器的数据，即检测窖池内上、中、下三个高度位置的温度数据，LCD显示屏用于显示三个温度数据，报警电路用于警示异常温度数据，蓝牙模块用于将单片机处理好的温度数据发送至汇聚节点。

在本实施例中，汇聚节点包括依次通信连接的蓝牙模块、单片机和433M无线模块；中继节点包括单片机和433M无线模块，其单片机和433M无线模块通信连接；基站包括单片机和433M无线模块，其单片机和433M无线模块通信连接。

其中，汇聚节点的蓝牙模块接收来自附近六个窖池的蓝牙测温杆的数据，汇聚节点的单片机对数据进行处理后通过433M无线模块发送给上级中继节点，中继节点收集处理自己覆盖区汇聚节点的数据并通过433M无线模块发送给基站，基站通过RS232串口发送数据给PC上位机，PC上位机数据库存储并界面显示每个窖池的温度数据。

请参照图4，本实施例所述单片机测温系统的电路包括单片机U1、LCD显示屏、温度传感器、蓝牙模块Bluetooth、蜂鸣器、整流二极管、继电器、三极管，它们的型号分别为8位STC15F2K60S2、LCD1602、DS18B20、HC-05、SFM-27-II、IN4007、SRD-05VDC和PNP 8550；除此之外，电路还包括辅助的100Ω-10K电阻、LED发光二极管、跳线帽及导线等；

其中，DS18B20型号传感器为防水型传感器，其通过一条信号线与单片机U1连接实现双向通讯，其中每条信号线外接10k欧姆的上拉电阻确保输出提供有效的高电平，三个DS18B20并联在三条线连接到单片机U1的三个引脚，使用中不需要任何外围元件；

液晶显示屏LCD1602的RW是读/写选择引脚，接单片机U1的一个I/O，当RW为低电平时，向LCD1602写入命令或数据，当RW为高电平时，从LCD1602读取状态或数据，RS是命令/数据选择引脚，接单片机U1的一个I/O，当RS为低电平时，选择命令，当RS为高电平时，选择数据，E是执行命令的使能引脚，接单片机U1的一个I/O，D0-D7引脚接单片机U1的P0-P3任意的8个I/O口并行输入/输出数据，这11个引脚均外接1k欧姆的上拉电阻确保电平的稳定，单片机U1可输出低电平到PNP型三极管Q5的基极导通点亮LCD1602的背光，其中Q5基极接单片机U1的一个I/O，中间接100欧姆的限流电阻控制电流的大小保护U1的I/O口，Q5集电极接LCD1602背光正极引脚BLA，背光负极BLK接GND；

HC-05型号的蓝牙模块Bluetooth通信距离10m左右，能有效覆盖6个窖池的通信，(如图5所示，汇聚节点左右各3个窖池)，蓝牙模块Bluetooth的RXD(接收端)与单片机U1的TXD(发送端)相连负责接收数据，TXD与单片机U1的RXD相连负责发送数据，电路中JP1-JP3跳线帽设计起电路信号连接作用，可人为控制蓝牙模块HC-05的通断，需要蓝牙通信时盖上跳线帽实现对蓝牙发送TX、接收RX、状态STATE的控制，需要断开蓝牙时，跳线帽拿下来就断开了，这样可释放相应的引脚用作它用；

程序设计测温点之间的温差出现较大差异或异常时进行声光报警，对于声音报警，单片机U1检测到温度异常时控制连接PNP型三极管Q4基极的I/O口输出低电平导通Q4的发射极与集电极，此时与Q4集电极串联的继电器线圈通电，常开触头闭合，致使扬声器所在支路通电，从而发出声音进行报警，同时继电器的线圈上反向并联一只整流二极管IN4007用来构成续流回路，避免线圈上存储过多能量，扬声器所在回路串联一个10K的电位器用来调节报警时的声音响度，对于灯光报警，单片机U1连接PNP型三极管Q1、Q2、Q3的基极控制发光二极管LED1，LED2、LED3的通断，其中Q1、Q2、Q3的基极分别连接U1的一个I/O，中间接100欧姆的限流电阻控制电流的大小保护U1的I/O口，Q1、Q2、Q3集电极分别接1k欧姆的限流电阻控制电流的大小保护电路的稳定，当程序检测到某个传感器温度异常时，单片机U1输出低电平导通对应的PNP型三极管点亮LED报警(点亮蓝灯LED1表示上部温度异常，点亮绿灯LED2表示中部温度异常，点亮红灯LED3表示底部温度异常)，同时将异常值通过异构网络上传以方便管理人员及时了解并排除异常情况。

蓝牙测温杆的工作流程如图6所示，主要步骤如下：

步骤1：初始化，上电后首先对STC15F2K60S2单片机及每个模块进行相应的配置，其中所有I/O口配置为准双向口模式，LCD1602的显示模式为5x7的点阵、8位数据接口模式并隐藏光标，定时器T1作为串口波特率的发生器，设置串口1使用方式1作为通信方式；

步骤2：蓝牙测温杆与汇聚节点或移动终端进行蓝牙配对；

步骤3：数据采集，对白酒窖池的温度进行采集；

步骤4：液晶显示，获取温度数据后通过LCD1602液晶屏显示数据；

步骤5：数据发送，数据通过蓝牙模块Bluetooth发送至汇聚节点或移动终端；

步骤6：报警检测，如果出现温度异常的情况，及时报警。

请参照图1，蓝牙测温杆与汇聚节点、移动终端的通信是通过蓝牙配对连接完成的，本发明采用命令响应工作模式，设置蓝牙主机、从机进行一对一的配对，汇聚节点、移动终端为主机搜索其他蓝牙模块并主动建立连接，无线蓝牙测温杆为从机接收其他主机的连接，上电后主、从模块自动配对，且分别与各自单片机串口相连实现数据的透明传输。汇聚节点、中继节点和基站的单片机型号均为ATMEL AVR MEGA162，蓝牙模块型号均为HC-05。ATMEL AVR MEGA162为双串口，1个SPI接口；433M无线模块均采用CC1100作为无线射频通信芯片，433MHZ频率小于2.4G，波长较长，穿障能力强，适合于地形复杂的厂房应用，CC1100最大发射功率为10dbm，有效通信距离在100m以内，非常适合厂房通信需求。

请参照图7，发送端ATmega162单片机初始化后，当ATmega162单片机接收到蓝牙模块的温度信号后，该事件激活单片机系统，启动SPI接口经由CC1100向外发送数据，接收端CC1100配置为侦听状态，当侦听正确则开始接收数据，之后ATmega162单片机进行数据的处理；汇聚节点、中继节点、基站依次通过CC1100的无线通信完成数据的传递，最后基站通过RS232电平转换上传数据给PC上位机。

PC上位机通过数据库保存处理这些数据并通过软件界面显示和查询，鉴于数据量，采用Access小型数据库存储无线蓝牙测温杆采集的温度数据，包括各设备地址、温度等；采用C#语言设计输入输出软件界面，具有数据统计、存储、显示、上传等功能，用户可按日期、节点号查询，能下载厂房平面图，定位节点的准确位置，能根据采集的数据记录画出某节点的温度变化曲线图。

本发明系统蓝牙技术异构网络拓扑结构如图5所示，基于此系统运行温度监测方法包括：

每一个窖池配置一个蓝牙测温杆，测温杆周期性的采集窖池内的上中下三处温度并通过蓝牙通信发送给汇聚节点；

每个汇聚节点负责收集自己蓝牙模块覆盖区域6个窖池的温度数据，汇聚节点单片机系统处理压缩数据后通过433M无线通信技术发送给负责自己区域的中继节点；

每个中继节点为避免重复接收或信号冲突只接收自己负责区域固定地址的汇聚节点的数据，单片机系统处理压缩后数据通过433M无线通信技术发送给基站；

基站为避免多源信号冲突只接收中继节点的数据，接收的数据通过RS232电平转换上传给PC上位机，上位机通过数据库保存处理这些数据并通过软件界面显示和查询；

工人可手持带蓝牙模块的移动终端进入厂房，与就近的无线蓝牙测温杆建立连接后可接收来自其的温度数据。

本实施例提所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统结构完整、功能齐全，基于蓝牙技术设计无线蓝牙测温杆实现窖池温度的均匀采集和在线监测；结合蓝牙技术和433M无线技术构建层簇式的异构网络拓扑，实现数据的合理传输和管理；利用蓝牙技术的通信，实现移动终端对窖池温度的就近采样查询；该监测系统解放了人力、提高了测量精度、保证了数据稳定传输。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，包括蓝牙测温杆、汇聚节点、中继节点、基站、PC上位机、移动终端；所述蓝牙测温杆插于窖池内，用于获取窖池内上、中、下三个高度位置的温度数据，其与所述移动终端和所述汇聚节点均通过蓝牙无线通信连接；所述汇聚节点与所述中继节点之间、所述中继节点与所述基站之间均通过433M无线模块无线通信连接；所述基站与所述PC上位机有线串行通信连接。

2.根据权利要求1所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，每一窖池布置有一蓝牙测温杆，每一汇聚节点同时与六个蓝牙测温杆无线通信连接，每一蓝牙测温杆仅与一汇聚节点无线通信连接。

3.根据权利要求1或2所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，所述PC上位机与所述基站通过RS232串口通信有线连接。

4.根据权利要求1或2所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，所述蓝牙测温杆包括杆体以及单片机测温系统；所述杆体竖直布置于窖池内；所述单片机测温系统包括三个温度传感器，三个所述温度传感器分别安装于所述杆体的上段、中段和下段，用于检测窖池内上、中、下三个高度位置的温度数据；所述单片机测温系统除温度传感器的其它部分集中安装于所述杆体的顶部。

5.根据权利要求4所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，所述杆体为管状金属杆，其管壁开设有安装孔，所述温度传感器可拆卸的固定于所述杆体的安装孔。

6.根据权利要求4所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，所述单片机测温系统还包括单片机、LCD显示屏、蓝牙模块以及报警电路，其LCD显示屏、蓝牙模块、报警电路以及温度传感器均与其单片机信号连接，其蓝牙模块用于实现其单片机与所述汇聚节点无线通信。

7.根据权利要求6所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，所述汇聚节点包括依次通信连接的蓝牙模块、单片机和433M无线模块；所述中继节点包括单片机和433M无线模块，其单片机和433M无线模块通信连接；所述基站包括单片机和433M无线模块，其单片机和433M无线模块通信连接。

8.根据权利要求7所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，所述单片机测温系统的单片机、LCD显示屏、温度传感器以及蓝牙模块的型号分别为STC15F2K60S2、LCD1602、DS18B20和HC-05；所述汇聚节点、所述中继节点和所述基站的单片机型号均为ATMEL AVR MEGA162，蓝牙模块型号均为HC-05。

9.根据权利要求2所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，所述移动终端和所述PC上位机的屏幕均能显示各窖池的温度数据。

10.根据权利要求2所述基于蓝牙异构技术的白酒固态窖池智能温度监测系统，其特征在于，所述基站仅接收来自中继节点的数据，每一汇聚节点仅向一中继节点发送数据。

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