CN204064335U - 实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种实时监测装置，包括监测单元及采集单元，所述监测单元包括第一无线通信模块、电池模块以及传感器，所述电池模块用于给所述监测单元供电，所述传感器用于监测外界信号而得到监测数据；所述采集单元包括第二无线通信模块及供电模块；其中，所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块之间形成无线通信网络，所述监测单元与所述采集单元通过所述无线通信网络进行所述监测数据的传递；所述供电模块通过磁共振的方式给所述电池模块供电。本实用新型的实时监测装置为供电及通信一体化的监测装置，采集单元及监测单元之间没有物理线缆连接，结构简单明了，维护快捷方便，减少了对待监测本体的破坏。

Description

实时监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种实时监测装置，尤其涉及一种供电与通信一体化的实时监测装置。 

背景技术

现有的实时监测装置通常由中心端、采集机、末端传感器三部分构成。末端传感器的供电、通信依靠和采集机连接的线缆来完成，每一个传感器都需要独立的一根线缆，具体使用过程中一般采用RVSP4*1.0的带屏蔽线缆，所述带屏蔽线缆线径较细，不具备抗拉能力，裸露在空气中也容易被损坏和腐蚀，因此在施工过程中，在采集机和传感器之间需要预先铺设好钢管，再将线缆穿进钢管内进行保护。 

尤其是文物监测装置中，需要实时监测的要素多，且同一要素在不同部位、不同环境条件下其监测出来的数据是完全不同的，因此在同一部位需要同时安装几种不同要素类型的传感器，不同的部位也要安装同一要素类型的传感器进行数据的比对，这就造成了文物监测装置中，传感器的布点多、点位分散，这就造成了现有技术条件下，文物监测装置中，文物本体上线路复杂、钢管密布，为后期的传感器设备的维护带来很大的困难；文物监测装置中管路的固定需要在文物本体进行打孔或开挖等破坏性操作，文物本体上布设的线路越多，需要的管路就越多，对文物本体造成的破坏就越大，造成遗产价值的损失就越大；随着监测数据的研究分析，在后期需要在原来的基础上增加传感器，而现有技术条件下的文物监测装置中，每增加一个传感器都需要再次单独布线和采集机进行连接，在文物本体上重新布线的施工难度和施工量非常大，造成装置的扩展性很差；另外，文物是用于旅游、观赏和文化传承的，表面或内部大量的管线对文物的观赏性、文化景观也造成了很大的损害，业内专家对监测的争议也聚焦在于监测装置对文物的保护和破坏这个矛盾上。 

发明内容

本实用新型的目的之一在于提供一种实时监测装置。 

为实现上述实用新型目的之一，本实用新型的一实施方式提供了一种实时监测装置，包括监测单元及采集单元，所述监测单元包括第一无线通信模块、电池模块以及传感器，所述电池模块用于给所述监测单元供电，所述传感器用于监测外界信号而得到监测数据；所述采集单元包括第二无线通信模块及供电模块；其中，所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块之间形成无线通信网络，所述监测单元与所述采集单元通过所述无线通信网络进行所述监测数据的传递；所述供电模块通过磁共振的方式给所述电池模块供电。 

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述无线通信网络基于低功耗局域网协议实现。 

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述供电模块包括第二整流模块、震荡模块及发射线圈，所述第二整流模块用于将第一交流电能转换为第一直流电能；所述震荡模块用于将所述第一直流电能转换为第二交流电能，所述第二交流电能具有预设频率；所述发射线圈用于将所述第二交流电能转换为磁能，并且所述发射线圈将所述磁能传递至所述电池模块。 

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述电池模块包括接收线圈、第一整流模块及充电电池，所述接收线圈用于接收所述磁能并产生共振，从而所述接收线圈产生第三交流电能；所述第一整流模块用于将所述第三交流电能转换为第二直流电能；所述充电电池用于接收所述第二直流电能，从而实现对所述充电电池的充电。 

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述监测单元根据所述电池模块的电量大小产生电力请求信号或电力停止信号，所述监测单元与所述采集单元之间通过所述无线通信网络进行所述电力请求信号或所述电力停止信号的传递。 

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述监测单元还包括第一控制模块，所述第一控制模块用于检测所述电池模块的电池能量，当所述电池能量低于预设的最小电量时，所述第一控制模块发送电力请求信号至所述第一无线通信模块，所述第一无线通信模块通过所述无线通信网络将所述电力请求信号传递至所述采集单元，从而所述采集单元供电给所述监测单元；当所述电池能量不低于预设的最小电量时，所述第一控制模块发送电力停止信号至所述第一无线通信模块，所述第一无线通信模块通过所述无线通信网络将所述电力停止信号传递至所述采集单元，从而所述采集单元停止供电给所述监测单元。 

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述采集单元包括第二控制模块，所述第二控制模块用于控制所述供电模块，当所述第二控制模块接收到所述电力请求信号时，所述第二控制模块控制所述供电模块工作；当所述第二控制模块接收到所述电力停止信号时，所述第二控制模块控制所述供电模块停止工作。 

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，当采集单元需要采集数据时，所述第二控制模块将数据采集命令通过所述无线通信网络传递给所述第一控制模块，所述第一控制模块控制所述电池模块供电给所述传感器，所述传感器开始监测并得到所述监测数据，所述传感器将所述监测数据传递给所述第一控制模块，所述第一控制模块将所述监测数据通过所述无线通信网络传递给第二控制模块。 

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述采集单元还包括存储模块，所述存储模块用于存储所述采集单元接收到的所述监测数据。 

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述实时监测装置还包括处理单元，所述处理单元用于接收所述采集单元传递的所述监测数据，并且所述处理单元对所述监测数据进行处理。 

与现有技术相比，本实用新型的实时监测装置为供电及通信一体化的监测装置，采集单元及监测单元之间没有物理线缆连接，结构简单明了，维护快捷方便；由于不需要在待监测本体上进行打孔或开挖来固定线缆，最大限度的减少了监测装置自身对待监测本体的破坏；在进行扩展时，直接将本实用新型的一体化装置监测单元安装在需要的监测点即可，不需要额外布线，扩展性好，安装方便，施工量小。 

附图说明

图1是本实用新型一实施方式的监测单元的框架示意图； 

图2是本实用新型一实施方式的采集单元的框架示意图；

图3是本实用新型一实施方式的供电过程的框架示意图；

图4是本实用新型一具体示例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。 

如图1及图2所示，为本实用新型一实施方式的监测单元及采集单元的框架示意图，本实用新型的一实施方式的实时监测装置包括监测单元100及采集单元200，所述监测单元100包括第一无线通信模块102、电池模块103以及传感器104，所述电池模块103用于给所述监测单元100供电，所述传感器104用于监测外界信号而得到监测数据S；所述采集单元200包括第二无线通信模块202及供电模块203；其中，所述第一无线通信模块102与所述第二无线通信模块202之间形成无线通信网络，所述监测单元100与所述采集单元200通过所述无线通信网络进行所述监测数据S的传递；所述供电模块203通过磁共振的方式给所述电池模块103供电。 

其中，所述无线通信网络基于低功耗局域网协议（Zigbee）实现。监测单元100及采集单元200之间可以通过无线通信网络进行数据、信号等的相互传递。例如，监测单元100可以通过所述无线通信网络将监测数据S或电池模块103的供电请求信号等传递给采集单元200，同时，采集单元200也可通过无线通信网络将数据采集命令等传递给监测单元100。另外，本实用新型一实施方式的供电过程通过磁共振的方法实现。如此一来，本实用新型一实施方式的监测单元100及采集单元200之间的供电及通信过程可以分别采用磁共振及无线通信网络，而不需要用到传统的物理线缆连接，结构简单明了，维护快捷方便；由于不需要在待监测本体上进行打孔或开挖来固定线缆，最大限度的减少了监测装置自身对待监测本体的破坏；在进行扩展时，直接将本实用新型的一体化装置监测单元安装在需要的监测点即可，不需要额外布线，扩展性好，安装方便，施工量小。 

下面详述本实用新型一实施方式的供电及通信过程。本实施方式的供电过程如下所示，所述供电模块203包括第二整流模块204、震荡模块205及发射线圈206，所述第二整流模块204用于将第一交流电能转AC1换为第一直流电能DC1，第二整流模块204由整流变压器、整流主电路及滤波器组成，整流主电路可采用桥式整流电路；所述震荡模块205用于将所述第一直流电能DC1转换为第二交流电能AC2，所述第二交流电能AC2具有预设频率，震荡模块205主要有LC振荡电路、石英晶体振荡电路和RC振荡电路等几种，由于石英晶体振荡器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，本实施方式的震荡模块205采用石英晶体振荡器；所述发射线圈206用于将所述第二交流电能AC2转换为磁能E，并且所述发射线圈206将所述磁能E传递至所述电池模块103，震荡模块205输出的经过调制的具有设定频率的第二交流电能AC2输出到发射线圈206上，在发射线圈206周围就形成了交变的磁力线圈，发射线圈206通过磁能E的方式将第二交流电能AC2发送出去。所述电池模块103包括接收线圈105、第一整流模块106及充电电池107，所述接收线圈105用于接收所述磁能E并产生共振，在接收线圈105中产生相应交变的第三交流电能AC3；所述第一整流模块106用于将所述第三交流电能AC3转换为第二直流电能DC2，并经过稳压后输出给充电电池107，对充电电池107进行充电，从而充电电池107可以给传感器104供电，使得传感器104可以正常工作，充电电池107可采用锂离子电池，锂离子电池具有电压高、电量大、无记忆效应、自放电少、循环次数多和使用温度范围宽等优点。上述供电过程中，采集单元200采用了磁共振的方式对监测单元100供电，省略了物理线缆，供电过程方便快捷，但当充电电池107满载或者传感器104不工作等情况下时，此时无需给充电电池107供电，避免电力在空载状态下的损耗。因此，本实施方式还提供了优化的实施方式。 

在所述优化的实施方式中，所述监测单元100根据所述电池模块103的电量大小产生电力请求信号或电力停止信号，所述监测单元100与所述采集单元200之间通过所述无线通信网络进行所述电力请求信号或所述电力停止信号的传递。具体的，如图1及图2所示，所述监测单元100还包括第一控制模块101，第一控制模块101与第一无线通信模块102、电池模块103以及传感器104均电性连接，所述第一控制模块101用于检测所述电池模块103的电池能量，当所述电池能量低于预设的最小电量时，所述第一控制模块101发送电力请求信号至所述第一无线通信模块102，所述第一无线通信模块102通过所述无线通信网络将所述电力请求信号传递至所述采集单元200，从而所述采集单元200供电给所述监测单元100；当所述电池能量不低于预设的最小电量时，所述第一控制模块101发送电力停止信号至所述第一无线通信模块102，所述第一无线通信模块102通过所述无线通信网络将所述电力停止信号传递至所述采集单元200，从而所述采集单元200停止供电给所述监测单元100。相应的，所述采集单元200包括第二控制模块201，所述第二控制模块201与所述第二无线通信模块202及所述供电模块203均电性连接，所述第二控制模块201用于控制所述供电模块203，当所述第二控制模块201接收到所述第一控制模块101发送的所述电力请求信号时，所述第二控制模块201控制所述供电模块203工作，即此时所述第二控制模块201控制所述第二整流模块204开启，进行电力的发送；当所述第二控制模块201接收到所述电力停止信号时，所述第二控制模块201控制所述供电模块203停止工作，但不以此为限，例如当第二控制模块201在设定的时间间隔内没有收到电力请求信号时，第二控制模块201也控制所述供电模块203停止工作。如此一来，实际的供电过程中，采集单元200可以根据接收到的信号的不同而选择是否需要给监测单元100供电，本实施方式通过无线通信网络来控制电力的传送，实现在监测单元100有需要的时候控制采集单元200进行供电，不需要的时候控制采集单元200停止电力的传输，避免了电力在空载状态下的损耗。 

本实用新型一实施方式的通信过程如下所示，如图1及图2所示，当采集单元200需要采集数据时，所述第二控制模块201将数据采集命令通过所述无线通信网络传递给所述第一控制模块101，所述第一控制模块101控制所述电池模块103供电给所述传感器104，所述传感器104开始监测并得到所述监测数据S，具体的，传感器104可将监测到的物理信号转换为电信号，物理信号例如为温度信号、湿度信号、压强信号等等。所述传感器104将所述监测数据S传递给所述第一控制模块101，所述第一控制模块101将所述监测数据S通过所述无线通信网络传递给第二控制模块201。所述采集单元200还包括存储模块207，所述存储模块207用于存储所述第二控制模块201接收到的所述监测数据S。所述实时监测装置还包括处理单元，所述采集单元200可以将存储于存储模块207中的监测数据S上传至处理单元，所述处理单元对所述监测数据S进行处理。其中，所述数据采集命令可以由处理单元发出至采集单元200，或者采集单元200本身设置有数据采集周期，根据数据采集周期间断地发送数据采集命令至监测单元100；所述采集单元200可以根据处理单元要求的时间间隔，间断地将监测数据S打包上传给处理单元。如此一来，本实施方式的通信过程无需采用线缆，数据采集命令及监测数据S均可以通过无线通信网络进行传递，实现方式简单。 

如上所述，因为第一控制模块101会发送监测数据S以及电力请求信号或电力停止信号至第二控制模块201，第二控制模块201所需做出的回应不同，因此，当第二控制模块201接收到第一控制模块101发送过来的信号时，需要先对所述信号进行解析，当判断是监测数据S时，则对监测数据S进行存储；当判断是电力请求信号或电力停止信号时，则第二控制模块201执行相应的供电或停止供电动作。 

下面以一具体示例来说明本实用新型的实时监测装置。所述具体示例以实时监测装置用于文物监测为例。 

如图4所示，结合图1-图3，此时需要对古城墙300进行监测。本示例以两个监测单元100为例，将第一监测单元100a及第二监测单元100b分别置于古城墙300的不同位置，将采集单元200置于临近古城墙300的地面上，采集单元200与监测单元100的距离控制在无线通信网络可覆盖的范围内。地面上的采集单元200将电能以磁共振的方式发射出去，给古建筑表面安装的监测单元100的传感器104进行供电，传感器104感知的监测数据S，以无线的方式发回给采集单元200，完成电能和信号的无线传输。在电能和信号的传输过程中，不需要布线，也不需要额外穿管，当后期需要增加传感器104时，只需直接将一体化的监测单元100安装在监测点位即可，施工量大大减小，实施简单快捷。下面详述本示例的供电过程及通信过程。 

（1）供电过程： 

监测单元100的第一控制模块101监测对应的电池模块103的剩余电量，当判断剩余电量低于预设的最小电量时，第一控制模块101发送电力请求信号至第一无线通信模块102，第一通信模块102通过监测单元100与采集单元200之间的无线通信网络将电力请求信号传递至第二无线通信模块202，第二无线通信模块202再将电力请求信号发送至第二控制模块201，当第二控制模块201经过解析判断此时信号为电力请求信号时，第二控制模块201发送供电命令，第二控制模块201启动第二整流模块204进行电能的转换输出，经过震荡模块205及发射线圈206，以磁能E的方式给监测单元100进行供电。

监测单元100持续监测对应的电池模块103的剩余电量，当监测单元100监测到电池模块103已完成充电或者剩余电量不低于预设的最小电量时，第一控制模块101发送电力停止信号至第一无线通信模块102，第一通信模块102通过监测单元100与采集单元200之间的无线通信网络将电力请求信号传递至第二无线通信模块202，第二无线通信模块202再将电力停止信号发送至第二控制模块201，当第二控制模块201经过解析判断此时信号为电力停止信号时，第二控制模块201发送停止供电命令，第二控制模块201控制第二整流模块204停止工作，从而停止供电给监测单元100。其中，当第二控制模块201在设定的时间间隔内没有收到电力请求信号时，第二控制模块201也控制所述供电模块203停止工作。 

（2）通信过程： 

采集单元200的第二控制模块201达到设定的数据采集时间，或者接收到处理单元的数据采集命令后，第二控制模块201通过第二无线通信模块202将数据采集命令发送给监测单元100的第一无线通信模块102，第一无线通信模块102将数据采集命令传递给第一控制模块101，第一控制模块101解析到接收到的信号为数据采集命令时，第一控制模块101控制传感器104开启，传感器104监测古城墙300而得到监测数据S，传感器104将得到的监测数据S传递回第一控制模块101，第一控制模块101再将监测数据S传递给第一无线通信模块102，第一无线通信模块102通过无线通信网络将监测数据S传递给第二无线通信模块202，第二无线通信模块202再将监测数据S传递给存储模块207进行存储，存储模块207可位于第二控制模块201中，第二控制模块201可将存储模块207中的监测数据S上传至处理单元，处理单元再对监测数据S进行处理。

综上所述，本实用新型的实时监测装置为供电及通信一体化的监测装置，采集单元及监测单元之间没有物理线缆连接，结构简单明了，维护快捷方便；由于不需要在待监测本体上进行打孔或开挖来固定线缆，最大限度的减少了监测装置自身对待监测本体的破坏；在进行扩展时，直接将本实用新型的一体化装置监测单元安装在需要的监测点即可，不需要额外布线，扩展性好，安装方便，施工量小。 

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种实时监测装置，其特征在于包括监测单元及采集单元，所述监测单元包括第一无线通信模块、电池模块以及传感器，所述电池模块用于给所述监测单元供电，所述传感器用于监测外界信号而得到监测数据；所述采集单元包括第二无线通信模块及供电模块；

其中，所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块之间形成无线通信网络，所述监测单元与所述采集单元通过所述无线通信网络进行所述监测数据的传递；所述供电模块通过磁共振的方式给所述电池模块供电。

2.如权利要求1所述的实时监测装置，其特征在于，所述无线通信网络基于低功耗局域网协议实现。

3.如权利要求1所述的实时监测装置，其特征在于，所述供电模块包括：

第二整流模块，所述第二整流模块用于将第一交流电能转换为第一直流电能；

震荡模块，所述震荡模块用于将所述第一直流电能转换为第二交流电能，所述第二交流电能具有预设频率；

发射线圈，所述发射线圈用于将所述第二交流电能转换为磁能，并且所述发射线圈将所述磁能传递至所述电池模块。

4.如权利要求3所述的实时监测装置，其特征在于，所述电池模块包括：

接收线圈，所述接收线圈用于接收所述磁能并产生共振，从而所述接收线圈产生第三交流电能；

第一整流模块，所述第一整流模块用于将所述第三交流电能转换为第二直流电能；

充电电池，所述充电电池用于接收所述第二直流电能，从而实现对所述充电电池的充电。

5.如权利要求1所述的实时监测装置，其特征在于，所述监测单元根据所述电池模块的电量大小产生电力请求信号或电力停止信号，所述监测单元与所述采集单元之间通过所述无线通信网络进行所述电力请求信号或所述电力停止信号的传递。

6.如权利要求1所述的实时监测装置，其特征在于，所述监测单元还包括第一控制模块，所述第一控制模块用于检测所述电池模块的电池能量，当所述电池能量低于预设的最小电量时，所述第一控制模块发送电力请求信号至所述第一无线通信模块，所述第一无线通信模块通过所述无线通信网络将所述电力请求信号传递至所述采集单元，从而所述采集单元供电给所述监测单元；当所述电池能量不低于预设的最小电量时，所述第一控制模块发送电力停止信号至所述第一无线通信模块，所述第一无线通信模块通过所述无线通信网络将所述电力停止信号传递至所述采集单元，从而所述采集单元停止供电给所述监测单元。

7.如权利要求6所述的实时监测装置，其特征在于，所述采集单元包括第二控制模块，所述第二控制模块用于控制所述供电模块，当所述第二控制模块接收到所述电力请求信号时，所述第二控制模块控制所述供电模块工作；当所述第二控制模块接收到所述电力停止信号时，所述第二控制模块控制所述供电模块停止工作。

8.如权利要求7所述的实时监测装置，其特征在于，当采集单元需要采集数据时，所述第二控制模块将数据采集命令通过所述无线通信网络传递给所述第一控制模块，所述第一控制模块控制所述电池模块供电给所述传感器，所述传感器开始监测并得到所述监测数据，所述传感器将所述监测数据传递给所述第一控制模块，所述第一控制模块将所述监测数据通过所述无线通信网络传递给第二控制模块。

9.如权利要求1所述的实时监测装置，其特征在于，所述采集单元还包括存储模块，所述存储模块用于存储所述采集单元接收到的所述监测数据。

10.如权利要求1所述的实时监测装置，其特征在于，所述实时监测装置还包括处理单元，所述处理单元用于接收所述采集单元传递的所述监测数据，并且所述处理单元对所述监测数据进行处理。