CN113237514A - 一种基于物联网低功耗的流体温压测量装置及其数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于物联网的流体温压测量装置及其数据传输方法，包括MCU控制器、流体压力传感器、流体温度传感器、海拔压力传感器、无线通信模块、时钟计时模块、卫星定位模块、储存器和电池，MCU控制器收集并处理压力数据、温度数据、地理位置信息、海拔高度数据和电池电量信息，形成带时间信息的数据信息后存储于储存器中，并通过无线通信模块远程传输至远端信息监控平台，MCU控制器还通过无线通信模块获取远端信息监控平台的远程操作指令信息以实现远程控制。本发明通过集成低功耗物联网技术及设计可控制数据采集与传输频率的流体温压测量装置及其数据传输方法，使得耗电量大幅度降低，实现利用电池就可以保障物联网设备长时间稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于物联网低功耗的流体温压测量装置及其数据传输方法，属于物联网技术领域。
背景技术
随着计算机技术的发展，互联网的出现给现代生产和生活均带来了极大的便利。物联网作为具有能将任何物体与网络相连接，并进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能的新一代信息技术，近年来，得到了越来越广泛的应用。
社会快速发展过程中，生产生活所需的管网管道建设也全面铺开，特别是城镇及工业园区内管网管道覆盖面广，管线错综复杂，管理难度大。例如针对蒸汽、热水等流体管道，传统采用就地式的温度和压力测量仪，所测量数据必须人工去现场进行读取才能获取，不仅极大增加了人工管理难度及管理成本，而且由于不能及时获取温度和压力数据，无法做到对管道运行状态的及时监测，难以对突发事故进行预警。设计可以数据远传的温度和压力测量仪，关键难题在于解决温度和压力测量仪的电源问题，行业内常用的解决方法是采用太阳能发电结合储电技术，就地利用太阳能发电，给可实现数据远传温度和压力测量仪供电，并利用储电技术将多余电量进行储存，以解决太阳发电不足时的用电问题。但是，带有光储发电的温度和压力测量仪则造价太高，以致于企业望而却步。
本发明专利则是采用低功耗的NB-IoT技术，并利用MCU控制器(也称为单片微型计算机或者单片机)设计可控制数据信息采集与传输频率的流体温压测量装置及其数据传输方法，使得流体温压测量装置耗电得到大幅度降低，实现利用电池为其供电，也可以实现长时间的稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种基于物联网低功耗的流体温压测量装置及其数据传输方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于物联网低功耗的流体温压测量装置，其特征在于，包括：MCU控制器、流体压力传感器、流体温度传感器、无线通信模块、时钟计时模块、储存器和电池，其中，所述MCU控制器同时与流体压力传感器、流体温度传感器、无线通信模块、时钟计时模块、储存器和电池连接；
所述流体压力传感器用于测量流体的压力，并将获取的压力数据输送至MCU控制器；
所述流体温度传感器用于测量流体的温度，并将获取的温度数据输送至MCU控制器；
所述时钟计时模块用于记录实时时间信息，并向MCU控制器提供准确的时间信息；
所述电池用于向MCU控制器提供电源；
所述无线通信模块用于MCU控制器与远端信息监控平台进行数据交互；
所述MCU控制器用于收集并处理流体压力传感器获取的压力数据、流体温度传感器获取的温度数据和电池的电量使用信息，再将处理后的带时间参数的压力数据、带时间参数的温度数据和带时间参数的电量使用信息通过所述无线通信模块远程传输至远端信息监控平台，同时所述MCU控制器还通过所述无线通信模块获取远端信息监控平台的远程操作指令信息；
所述储存器用于MCU控制器将处理后的带时间参数的压力数据、带时间参数的温度数据和带时间参数的电量使用信息进行存储。
进一步而言，所述电池为锂电池，且锂电池为可拆卸式锂电池。
进一步而言，所述电池为蓄电池，且蓄电池为可拆卸式蓄电池。
进一步而言，所述无线通信模块是LoRa无线通信模块。
进一步而言，所述无线通信模块是NB-IoT无线通信模块，且安装有NB-IoT物联网卡。
进一步而言，还包括与MCU控制器连接的卫星定位模块，所述卫星定位模块用于获取流体温压测量装置实际安装的地理位置信息，并将获取的地理位置信息输送至MCU控制器。
进一步而言，还包括与MCU控制器连接的海拔压力传感器，所述海拔压力传感器用于获取流体温压测量装置实际安装位置的海拔高度，并将获取的海拔高度数据输送至MCU控制器。
所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置的数据传输方法，其特征在于，所述数据传输方法包括：
步骤S1：
当流体温压测量装置完成安装后，MCU控制器通过无线通信模块获取远端信息监控平台的远程时间同步操作指令，根据操作指令，对时钟计时模块的时间参数与远端信息监控平台的时间参数进行同步；
此时，利用卫星定位模块对流体温压测量装置进行定位，获取流体温压测量装置实际安装的地理位置信息数据，并利用海拔压力传感器对流体温压测量装置实际安装位置的海拔高度进行测量，获取流体温压测量装置实际安装位置的海拔高度数据，然后将地理位置信息数据和海拔高度数据输送至MCU控制器，此时，MCU控制器利用时钟计时模块提供的时间信息对地理位置信息数据和海拔高度数据进行处理后形成带时间参数的地理位置信息数据和带时间参数的海拔高度数据，然后将带时间参数的地理位置信息数据和带时间参数的海拔高度数据存储于储存器之中；
步骤S2：
MCU控制器通过无线通信模块获取远端信息监控平台的远程设定时间间隔操作指令，根据操作指令，将MCU控制器获取流体压力和流体温度的时间间隔设定为α，将MCU控制器获取电池电量使用信息的时间间隔设定为β，将流体温压测量装置向远端信息监控平台远程传输数据信息的时间间隔设定为
且
步骤S3：
每当经过时间α时，MCU控制器通过流体压力传感器和流体温度传感器同时获取流体的压力数据和温度数据，此时，MCU控制器利用时钟计时模块提供的时间信息对压力数据和温度数据进行处理后形成带时间参数的压力数据和带时间参数的温度数据，然后将带时间参数的压力数据和带时间参数的温度数据存储于储存器之中；
每当经过时间β时，MCU控制器获取电池的电量使用信息，并利用时钟计时模块提供的时间信息对电量使用信息进行处理后形成带时间参数的电量使用信息，然后将带时间参数的电量使用信息存储于储存器之中；
步骤S4：
每当经过时间
时，MCU控制器通过无线通信模块将储存器中存储的全部数据信息远程传输至远端信息监控平台，然后对储存器中存储的数据信息进行全部删除处理后，储存器则重新用于存储MCU控制器处理后的新数据信息。
进一步而言，每当对电池进行拆卸更换时，在完成电池拆卸更换后，MCU控制器均通过远端信息监控平台的远程时间同步操作指令，对时钟计时模块的时间参数与远端信息监控平台的时间参数进行重新同步。
进一步而言，每当远端信息监控平台远程获取流体温压测量装置的数据信息异常时，则利用卫星定位模块对流体温压测量装置进行重新定位，并将获取的流体温压测量装置的新地理位置信息数据输送至MCU控制器，MCU控制器利用时钟计时模块提供的时间信息对地理位置信息数据进行重新处理后形成带时间参数的地理位置信息数据，然后MCU控制器将带时间参数的地理位置信息数据通过无线通信模块远程传输至远端信息监控平台；然后，根据新地理位置信息的变化情况来判定流体温压测量装置是否被盗或发生故障，即：当地理位置信息发生变化时，则流体温压测量装置被盗；当地理位置信息未发生变化时，则流体温压测量装置发生故障。
进一步而言，当流体压力变化范围超过规定的阀值时，流体压力传感器和流体温度传感器实时测量流体的压力和温度，并经过MCU控制器采集与处理后，直接通过无线通信模块实时远程传输至远端信息监控平台，此时，同时将储存器中存储的数据信息远程传输至远端信息监控平台，并对储存器中存储的数据信息进行全部删除处理。
进一步而言，当流体温度变化范围超过规定的阀值时，流体压力传感器和流体温度传感器实时测量流体的压力和温度，并经过MCU控制器采集与处理后，直接通过无线通信模块实时远程传输至远端信息监控平台，此时，同时将储存器中存储的数据信息远程传输至远端信息监控平台，并对储存器中存储的数据信息进行全部删除处理。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点和效果：(1)集成低功耗的物联网技术，并实现数据信息采集与传输的频率次数得到合理控制，使得设备耗电量得到大幅度降低；(2)基于设备耗电量大幅降低，实现利用电池供电就可以使得物联网设备长时间稳定运行，大幅降低了流体温压测量的设备成本，有效降低了企业进行设备升级的投资成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中一种基于物联网低功耗的流体温压测量装置及其数据传输方法的系统示意图。
具体实施方式
为了本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本实施例涉及的一种基于物联网低功耗的流体温压测量装置，其特征在于，包括：MCU控制器001、流体压力传感器002、流体温度传感器003、无线通信模块005、时钟计时模块006、储存器007和电池008，其中，MCU控制器001同时与流体压力传感器002、流体温度传感器003、无线通信模块005、时钟计时模块006、储存器007和电池008连接；流体压力传感器002用于测量流体的压力，并将获取的压力数据输送至MCU控制器001；流体温度传感器003用于测量流体的温度，并将获取的温度数据输送至MCU控制器001；时钟计时模块006用于记录实时的时间信息，并向MCU控制器001提供准确的时间信息；电池008用于向MCU控制器001提供电源；无线通信模块005用于MCU控制器001与远端信息监控平台010进行数据交互；MCU控制器001用于收集并处理流体压力传感器002获取的压力数据、流体温度传感器003获取的温度数据和电池的电量使用信息，再将处理后的带时间参数的压力数据、带时间参数的温度数据和带时间参数的电量使用信息通过无线通信模块005远程传输至远端信息监控平台010，同时MCU控制器001还通过无线通信模块005获取远端信息监控平台010的远程操作指令信息；储存器007用于MCU控制器001将处理后的带时间参数的压力数据、带时间参数的温度数据和带时间参数的电量使用信息进行存储。
在本实施例中，电池008为锂电池，且锂电池为可拆卸式锂电池。
在本实施例中，电池008为蓄电池，且蓄电池为可拆卸式蓄电池。
在本实施例中，无线通信模块005是LoRa无线通信模块。
在本实施例中，无线通信模块005是NB-IoT无线通信模块，且安装有NB-IoT物联网卡。
在本实施例中，还包括与MCU控制器001连接的卫星定位模块009，卫星定位模块009用于获取流体温压测量装置实际安装的地理位置信息，并将获取的地理位置信息输送至MCU控制器001。
在本实施例中，还包括与MCU控制器001连接的海拔压力传感器004，海拔压力传感器004用于获取流体温压测量装置实际安装位置的海拔高度，并将获取的海拔高度数据输送至MCU控制器001。
本实施例涉及的流体温压测量装置的数据传输方法如下：
步骤S1：
当流体温压测量装置完成安装后，MCU控制器001通过无线通信模块005获取远端信息监控平台010的远程时间同步操作指令，根据操作指令，对时钟计时模块006的时间参数与远端信息监控平台010的时间参数进行同步；
此时，利用卫星定位模块009对流体温压测量装置进行定位，获取流体温压测量装置实际安装的地理位置信息数据，并利用海拔压力传感器004对流体温压测量装置实际安装位置的海拔高度进行测量，获取流体温压测量装置实际安装位置的海拔高度数据，然后将地理位置信息数据和海拔高度数据输送至MCU控制器001，此时，MCU控制器001利用时钟计时模块006提供的时间信息对地理位置信息数据和海拔高度数据进行处理后形成带时间参数的地理位置信息数据和带时间参数的海拔高度数据，然后将带时间参数的地理位置信息数据和带时间参数的海拔高度数据存储于储存器007之中；
步骤S2：
MCU控制器001通过无线通信模块获取远端信息监控平台010的远程设定时间间隔操作指令，根据操作指令，将MCU控制器001获取流体压力和流体温度的时间间隔设定为α，将MCU控制器001获取电池008电量使用信息的时间间隔设定为β，将流体温压测量装置向远端信息监控平台010远程传输数据信息的时间间隔设定为
且
步骤S3：
每当经过时间α时，MCU控制器001通过流体压力传感器002和流体温度传感器003同时获取流体的压力数据和温度数据，此时，MCU控制器001利用时钟计时模块006提供的时间信息对压力数据和温度数据进行处理后形成带时间参数的压力数据和带时间参数的温度数据，然后将带时间参数的压力数据和带时间参数的温度数据存储于储存器007之中；
每当经过时间β时，MCU控制器001获取电池008的电量使用信息，并利用时钟计时模块006提供的时间信息对电量使用信息进行处理后形成带时间参数的电量使用信息，然后将带时间参数的电量使用信息存储于储存器007之中；
步骤S4：
每当经过时间
时，MCU控制器001通过无线通信模块将储存器007中存储的全部数据信息远程传输至远端信息监控平台010，然后对储存器007中存储的数据信息进行全部删除处理后，储存器007则重新用于存储MCU控制器001处理后的新数据信息。
在本实施例的数据传输方法中，每当对电池008进行拆卸更换时，在完成电池008拆卸更换后，MCU控制器001均通过远端信息监控平台010的远程时间同步操作指令，对时钟计时模块006的时间参数与远端信息监控平台010的时间参数进行重新同步。
在本实施例的数据传输方法中，每当远端信息监控平台010远程获取流体温压测量装置的数据信息异常时，则利用卫星定位模块009对流体温压测量装置进行重新定位，并将获取的流体温压测量装置的新地理位置信息数据输送至MCU控制器001，MCU控制器001利用时钟计时模块006提供的时间信息对地理位置信息数据进行重新处理后形成带时间参数的地理位置信息数据，然后MCU控制器001将带时间参数的地理位置信息数据通过无线通信模块005远程传输至远端信息监控平台010；然后，根据新地理位置信息的变化情况来判定流体温压测量装置是否被盗或发生故障，即：当地理位置信息发生变化时，则流体温压测量装置被盗；当地理位置信息未发生变化时，则流体温压测量装置发生故障。
在本实施例的数据传输方法中，当
与
时：
经过第n个时间α时，流体压力传感器002和流体温度传感器003同时测量流体的压力和温度，并将获取的压力数据和温度数据输送至MCU控制器001，此时，MCU控制器001利用时钟计时模块006提供的时间信息对压力数据和温度数据进行处理后形成带时间参数的压力数据和带时间参数的温度数据，然后将带时间参数的压力数据和带时间参数的温度数据直接通过无线通信模块005远程传输至远端信息监控平台010；
经过第k个时间β时，MCU控制器001获取电池008的电量使用信息，并利用时钟计时模块006提供的时间信息对电量使用信息进行处理后形成带时间参数的电量使用信息，然后将带时间参数的电量使用信息直接通过无线通信模块005远程传输至远端信息监控平台010。
在本实施例的数据传输方法中，MCU控制器001还可以通过无线通信模块005获取远端信息监控平台010的远程实时采集操作指令，同时实现对流体压力和流体温度的实时采集，并经过无线通信模块005实时远程传输至远端信息监控平台010。
在本实施例中，远端信息监控平台010利用获取的海拔高度信息，计算得出当前地理位置的地势高差，然后利用地势高差对流体压力进行修正处理，然后产生高精度的压力数据来辅助远端信息监控平台010进行管网水力分析。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明专利所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、方法、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明专利所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明专利的技术内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于物联网低功耗的流体温压测量装置，其特征在于，包括：MCU控制器、流体压力传感器、流体温度传感器、无线通信模块、时钟计时模块、储存器和电池，其中，所述MCU控制器同时与流体压力传感器、流体温度传感器、无线通信模块、时钟计时模块、储存器和电池连接；
所述流体压力传感器用于测量流体的压力，并将获取的压力数据输送至MCU控制器；
所述流体温度传感器用于测量流体的温度，并将获取的温度数据输送至MCU控制器；
所述时钟计时模块用于记录实时时间信息，并向MCU控制器提供准确的时间信息；
所述电池用于向MCU控制器提供电源；
所述无线通信模块用于MCU控制器与远端信息监控平台进行数据交互；
所述MCU控制器用于收集并处理流体压力传感器获取的压力数据、流体温度传感器获取的温度数据和电池的电量使用信息，再将处理后的带时间参数的压力数据、带时间参数的温度数据和带时间参数的电量使用信息通过所述无线通信模块远程传输至远端信息监控平台，同时所述MCU控制器还通过所述无线通信模块获取远端信息监控平台的远程操作指令信息；
所述储存器用于MCU控制器将处理后的带时间参数的压力数据、带时间参数的温度数据和带时间参数的电量使用信息进行存储。
2.根据权利要求1所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置，其特征在于，所述电池为锂电池，且锂电池为可拆卸式锂电池。
3.根据权利要求1所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置，其特征在于，所述电池为蓄电池，且蓄电池为可拆卸式蓄电池。
4.根据权利要求1所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置，其特征在于，所述无线通信模块是LoRa无线通信模块。
5.根据权利要求1所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置，其特征在于，所述无线通信模块是NB-IoT无线通信模块，且安装有NB-IoT物联网卡。
6.根据权利要求1所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置，其特征在于，还包括与MCU控制器连接的卫星定位模块，所述卫星定位模块用于获取流体温压测量装置实际安装的地理位置信息，并将获取的地理位置信息输送至MCU控制器。
7.根据权利要求1所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置，其特征在于，还包括与MCU控制器连接的海拔压力传感器，所述海拔压力传感器用于获取流体温压测量装置实际安装位置的海拔高度，并将获取的海拔高度数据输送至MCU控制器。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置的数据传输方法，其特征在于，所述数据传输方法包括：
步骤S1：
当流体温压测量装置完成安装后，MCU控制器通过无线通信模块获取远端信息监控平台的远程时间同步操作指令，根据操作指令，对时钟计时模块的时间参数与远端信息监控平台的时间参数进行同步；
此时，利用卫星定位模块对流体温压测量装置进行定位，获取流体温压测量装置实际安装的地理位置信息数据，并利用海拔压力传感器对流体温压测量装置实际安装位置的海拔高度进行测量，获取流体温压测量装置实际安装位置的海拔高度数据，然后将地理位置信息数据和海拔高度数据输送至MCU控制器，此时，MCU控制器利用时钟计时模块提供的时间信息对地理位置信息数据和海拔高度数据进行处理后形成带时间参数的地理位置信息数据和带时间参数的海拔高度数据，然后将带时间参数的地理位置信息数据和带时间参数的海拔高度数据存储于储存器之中；
步骤S2：
MCU控制器通过无线通信模块获取远端信息监控平台的远程设定时间间隔操作指令，根据操作指令，将MCU控制器获取流体压力和流体温度的时间间隔设定为，将MCU控制器获取电池电量使用信息的时间间隔设定为，将流体温压测量装置向远端信息监控平台远程传输数据信息的时间间隔设定为，且；
步骤S3：
每当经过时间时，MCU控制器通过流体压力传感器和流体温度传感器同时获取流体的压力数据和温度数据，此时，MCU控制器利用时钟计时模块提供的时间信息对压力数据和温度数据进行处理后形成带时间参数的压力数据和带时间参数的温度数据，然后将带时间参数的压力数据和带时间参数的温度数据存储于储存器之中；
每当经过时间时，MCU控制器获取电池的电量使用信息，并利用时钟计时模块提供的时间信息对电量使用信息进行处理后形成带时间参数的电量使用信息，然后将带时间参数的电量使用信息存储于储存器之中；
步骤S4：
每当经过时间时，MCU控制器通过无线通信模块将储存器中存储的全部数据信息远程传输至远端信息监控平台，然后对储存器中存储的数据信息进行全部删除处理后，储存器则重新用于存储MCU控制器处理后的新数据信息。
9.根据权利要求8所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置的数据传输方法，其特征在于：
每当对电池进行拆卸更换时，在完成电池拆卸更换后，MCU控制器均通过远端信息监控平台的远程时间同步操作指令，对时钟计时模块的时间参数与远端信息监控平台的时间参数进行重新同步；
每当远端信息监控平台远程获取流体温压测量装置的数据信息异常时，则利用卫星定位模块对流体温压测量装置进行重新定位，并将获取的流体温压测量装置的新地理位置信息数据输送至MCU控制器，MCU控制器利用时钟计时模块提供的时间信息对地理位置信息数据进行重新处理后形成带时间参数的地理位置信息数据，然后MCU控制器将带时间参数的地理位置信息数据通过无线通信模块远程传输至远端信息监控平台；然后，根据新地理位置信息的变化情况来判定流体温压测量装置是否被盗或发生故障，即：当地理位置信息发生变化时，则流体温压测量装置被盗；当地理位置信息未发生变化时，则流体温压测量装置发生故障。
10.根据权利要求8所述的基于物联网低功耗的流体温压测量装置的数据传输方法，其特征在于：
当流体压力变化范围超过规定的阀值时，流体压力传感器和流体温度传感器实时测量流体的压力和温度，并经过MCU控制器采集与处理后，直接通过无线通信模块实时远程传输至远端信息监控平台，此时，同时将储存器中存储的数据信息远程传输至远端信息监控平台，并对储存器中存储的数据信息进行全部删除处理；
当流体温度变化范围超过规定的阀值时，流体压力传感器和流体温度传感器实时测量流体的压力和温度，并经过MCU控制器采集与处理后，直接通过无线通信模块实时远程传输至远端信息监控平台，此时，同时将储存器中存储的数据信息远程传输至远端信息监控平台，并对储存器中存储的数据信息进行全部删除处理。
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