CN204128574U - 环境数据记录仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种数据记录装置，该环境数据记录仪包括核心功能电子线路板和包覆该线路板的防护外壳，所述核心功能电子线路板上设有：传感器，被设定为采集所处环境状态的数据；数据存储器，用于存储所述传感器所采集数据；实时时钟电路，赋予所述采集数据以时间戳；数据收发接口，用于与外界装置交换信息；被编程的微处理器，耦合有所述的传感器、数据存储器、实时时钟电路及数据收发接口；电源隔离机构，用于隔断电池和核心功能电子线路板的电气连接，本实用新型的优点是：体积小、成本低、便于携带、运输，设置与操作简便，启动便捷，能更精准的记录环境状态数据，工作可靠性高。

Description

环境数据记录仪

技术领域

本实用新型涉及一种环境数据记录仪，尤指一种外形轻薄、功耗极低、启用前可自行设置运行参数、运行中将采集到数据以特定的文件格式存储在自身的文件系统中及符合食品、医药行业相关管理规范和标准的环境数据记录仪。 

背景技术

在食品药品等温度敏感行业中，原材料的生产配送和销售环节都要特别注意保持温度的一致性以保证产品的品质稳定，在有许多先进的制冷保暖设备支持下的温度敏感行业的物流和仓储系统中，由于温度湿度出现不允许的变化波动而导致的产品质量事故时有发生，给行业带来了很大的经济损失。再者，温度敏感行业的物流系统中有很多的利益相关者，一旦发生上述的产品质量事故，责任难以界定，究其原因，很大程度上都是因为物流系统运行过程中由于温度监控不力造成的。正是基于这点，电子温度记录仪器作为第三方监测者，得到了广泛的应用。 

目前已经有很多种类型的电子温度记录仪器面市，它们普遍的特点是体积较大、使用不便、设置和操作步骤烦琐、数据读取不稳定易丢失以及价格昂贵。尤其是在使用前的设置比较复杂，不够傻瓜化，导致一定的误操作和客户效率的损失。而且很多电子温度记录仪器都是采用串行口进行数据传输，有的甚至还在利用并行口进行数据传输，存在数据下载速率低，传输不稳定等缺点。现在流行的电子温度记录仪器价格昂贵，给客户的成本预算造成很大的压力。 

同样的，在其他对于湿度、压力、振动、倾斜角度等敏感的行业中，目前也不具有一种小体积、使用方便、具有人性化的操作步骤设计的记录仪。 

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种含有独立文件系统的环境数据记录仪，该记录仪将一具有烧写了固件程序的微处理器的核心功能电子线路板包覆于机械外壳中，在实现精准的记录环境数据的同时，实现了设置与操作的简便，且便于携带、运输。 

本实用新型目的实现由以下技术方案完成： 

一种环境数据记录仪，可一次性或重复性使用，它包括核心功能电子线路板和包覆在核心功能线路板之外的机械外壳，其特征在于所述核心功能电子线路板上设有：用于采集所处环境状态数据的传感器、用于存储所述传感器所采集数据的数据存储器、赋予所述采集数据以时间戳的实时时钟电路、用于与外界装置交换信息的数据收发接口，以及被编程的微处理器，所述微处理器耦合所述传感器、所述数据存储器、所述实时时钟电路、人机界面及所述数据收发接口。

所述机械外壳内还包括电池，以及用于隔断所述电池与核心功能电子线路板之电气连接的电源隔离机构。 

所述的电源隔离机构是一机械开关装置。 

所述传感器为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、气体传感器、振动传感器或角度传感器中的一种或者是至少两种的组合。 

所述数据收发接口是基于USB通信协议、按照USB接口机械特性和电气规范的要求设计的接口。所述数据收发接口基于USB通信协议，用于与通用计算机的USB端口建立通信连接。所述数据收发接口基于USB通信协议，按照USB接口机械特性和电气规范的要求设计，使得本记录仪可以作为HID设备、MSD设备或者其他类型的USB设备中的一种或几种的组合形式而存在。当记录仪做为一个HID设备并连接到通用计算机时，使用者可用通过专用的上位机软件对其记录间隔、记录周期、报警参数等运行参数进行设置并可以下载其内部所存储的环境数据。当记录仪做为一个MSD设备并连接到通用计算机时，记录仪可以做为通用计算机的一个普通磁盘驱动器，其上保存了环境数据的报告文件。 

所述核心功能电子线路板上设有用于启动环境数据记录仪并标记有存储运行中环境数据和时间的的启停标记电路，所述启停标记电路包含电容电阻感应触摸、光照或者机械按钮。所述启停标记电路可以采用电容电阻感应触摸、光照或者机械按钮等方式来触发记录仪开始采集数据、停止数据采集或者标记运行过程中的时间和环境数据。 

所述微处理器中含有程序固件，所述程序固件为用于使所述核心微处理器可以将数据存储器格式化形成一个独立的、可被计算机操作系统自动识别和兼容的文件系统，并将环境数据按一定的文件格式存储于数据存储器中的程序固件。例如PDF文件或自有的文件格式存储到文件系统中并进行加密，最终通过USB通信接口将报告直接呈现到外界装置，无需借助任何上位机软件即可获取环境数据报告文件。 

所述人机界面,用于显示记录仪的运行状态和环境数据信息,运行状态信息包括未启动状态、记录中状态、已停止状态、电池电量等,环境数据信息包括已记录的环境数据的最大最小值、平均值等. 

所述微处理器中包括有：设置模块，用于根据需要设定记录仪运行所需的各种工作参数；校准模块，耦合到所述设置模块，用于对所述传感器采集数据进行校准。

所述实时时钟电路可以赋予本记录仪所采集的环境数据以绝对的时间值，以确定环境数据被采集时刻的当前的绝对时间。真实时间可以为全球各地时间。 

所述的电源隔离机构是一种机械开关装置，用于隔离核心功能线路板和电池的电气连接。正式使用本记录仪时，可通过对电源隔离机构的特定的操作，使得核心功能线路板和电池的电气连接恢复。以便在记录仪未使用前最大程度的节省电池电量。它有机械弹片和隔离条构成。 

本实用新型的优点是：是一款外型轻便坚固，使用简便的数据记录装置，体积小、成本低、包装坚固可靠，便于携带、运输，设置与操作简便，启停便捷，能更精准的记录环境数据，工作可靠性好。 

附图说明

附图1是本实用新型核心功能线路板示意图； 

附图2是本实用新型电源隔离机构示意图；

附图3是本实用新型防护外壳示意图；

附图4是本实用新型设置环境数据记录仪示意图；

附图5本实用新型是获取环境数据报告文件示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解： 

如图1至图5所示，总参考标号1-20分别表示：核心功能线路板1、核心微处理器2、传感器3、人机界面4、实时时钟电路5、数据存储器6、数据收发接口7、电源隔离机构8、电池9、机械弹片10；绝缘隔离条11； 触点12、防护外壳13、启停标记动作操作部位14、人机界面显示部位15、USB接口16、通用计算机17、通用计算机上的USB接口18、专用上位机软件19、环境数据报告文件20。

本实施例中以温度传感器为例，详细介绍本实用新型中记录仪各个部件的相互连接及作用关系。但是本领域技术人员应当认识到，本实用新型的法律范围应当由本实用新型的权利要求书的言辞来限定，以下的实施例中的详细描述应当被解释为仅起到示例性的作用，并不是描述每一可能的实施例。实施例中的温度传感器可以被压力传感器、湿度传感器、流量传感器、振动传感器、角度传感器等等其他类型的传感器替代，而不影响其他结构功能的实现；同样的，也可以采用多个不同种的传感器与核心微处理器组成星形拓扑结构的方式，来实现对于周边环境多种状态参数的采集。 

参见图1，核心功能线路板1采用PCB和SMT工艺制作。PCB（PrintedCircuitBoard）又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。SMT是表面组装技术（Surface Mounted Technology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。本实用新型中的核心功能线路板1制作完成后，将固件程序烧写至核心微处理器2，再将电源隔离机构8和电池9焊接至核心功能线路板1，此处的电池可以是普通的锂电池或者印刷电池。其中人机界面4可以为LED、LCD或者e-ink等显示元件。 

参见图2，为本实施例的电源隔离机构8，电池9的负极和核心功能线路板1的电源电路的地线直接相连接，电池9的正极和机械弹片10的其中一端直接相连接，而机械弹片10的另外一端并不和核心功能线路板1电源电路的正极触点12直接连接，两者中间存在绝缘隔离条11。这就意味着隔离条11存在时，电池9并不会给核心功能线路板1供电，当要启用记录仪时，抽出绝缘隔离条11，电池9才会给核心功能线路板1供电，保证记录仪在启用之前最大程度的节省电量。上述有关电池9和核心功能线路板1，以及和机械弹片10的极性连接的对应关系反之亦可。 

参见图3，为本实施例的防护外壳13，其中启停标记动作操作部位14，用于接收使用者对记录仪执行的启动、停止和标记动作，使用者的动作类型可以为触摸、滑动、压按等，启停标记动作操作部位14接收到相关动作后会触发核心功能线路板上的启停标记电路开始工作，记录仪就会执行相应的行为，包括开始记录、停止记录或者标记当前温度和时间。使用者可以通过人机界面显示部位15观察人机界面4上的显示信息，USB接口16可以为符合USB协议物理层规范的各种接插件。 

参见图4，在启动环境数据记录仪进入记录环境数据之前，先将USB接口16连接至通用计算机17上的USB接口18,再运行预先安装在通用计算机上的专用上位机软件19,对环境数据记录仪的各项运行参数进行设置,这些参数包括记录周期、记录间隔、启动方式、报警限、报警类型、温度单位制等等. 

参见图5,当环境数据记录仪在记录中状态或完成记录时,将USB接口16连接至通用计算机上的USB接口18,等待环境数据记录仪将采集到的温度数据经过加密并转化成.pdf、.txt和.xls等等格式的环境数据报告文件20并保存在自身的文件系统(文件系统格式包括FAT,NTFS等)中后，会在通用计算机的操作系统中生成一个标识当前环境数据记录仪的磁盘驱动器盘符，打开这个盘符后复制其中的数据文件并粘贴到适当的路径即可。各种文件格式可以利用相应的第三方软件程序来打开浏览，例如.pdf格式的数据文件可以用Adobe系统公司Adobe Reader软件来打开并浏览，.xls格式的文件可以由microsoft公司的Excel软件来打开并浏览等等，也可利用专用上位机软件19，并利用此专用上位机软件实现对报告的权限分类、备份、数据提取和分析以及上传至中心服务器等等操作。 

在本实施例中，所述核心功能线路板上含有传感器3，被设定为采集周边环境状态的数据；数据存储器6，用于存储所述传感器3所采集数据；实时时钟电路5，赋予所述采集数据以时间戳；启停标记电路，用于启动记录仪进入工作状态或停止记录仪工作，并可在记录仪运行过程中进行当前温度和时间的标记和存储。数据收发接口7，用于与外界装置交换信息；被编程的微处理器，耦合有所述的传感器、数据存储器、实时时钟电路及数据收发接口；电源隔离机构，用于隔断电池和核心功能电子线路板的电气连接。 

其中，核心功能线路板上的电源电路中，电源采用市场上常见的各种型号和大小的钮扣电池或者体积轻薄的印刷电池。核心微处理器采用市场上现成的而且品质稳定的小型的各类单片机，实现对其他部件的控制。核心功能电子线路板上含有传感器，传感器采用市场上现成的而且品质稳定的各类数字化温度传感器、RTD、NTC或者PTC等，负责采集环境温度，模拟式的温度传感器经过信号调理以及模数转换后并发送给核心微处理器处理。由温度传感器采集到的环境温度数据和实时时钟电路提供的时间戳经过核心微处理器的处理后发送给数据存储器予以存储，数据存储器采用市场上现成的而且品质稳定的各类EEPROM或者FLASH，存储空间大小视需要记录的温度数据量多少而定。核心微处理器通过数据收发接口获取外部设备给予的绝对时间，并将此绝对时间和实时时钟电路进行同步，同步后的实时时钟电路开始记数并自增，在核心处理器记录温度数据的同时，给此温度数据打上时间戳。 

核心功能线路板上还设计了启停标记电路，此电路用以接受电容电阻感应触摸、光照或者机械按钮等启停标记条件或者柔性线路板（FPC）启动条的启动信号，启停标记电路接受此信号后，将触发核心微处理器执行开始记录、停止记录或者标记当前温度和时间等动作。柔性线路板启动条以PE等阻燃材料为基础，在其上面制作一些特殊的电路，设计成特定的外型和尺寸，启动条上还有开口，以便撕毁，撕毁后产生一种特殊的状态，告知核心功能线路板上的启动电路以启动记录仪进入工作状态。核心功能线路板上设计了一个基于USB通信协议的数据收发接口，数据收发接口主要功能是用于接受外围设备的设置信息和发送记录仪所记录的温度数据，设置信息包括与环境数据记录仪所实现的功能相关的所有参数，例如记录间隔、记录周期、报警温度上下限、启动方式、报警方式、产品Serial No、产品Model No等等信息，核心微处理器根据数据收发接口获取的上述信息来调整环境数据记录仪的相应功能，以实现环境数据记录仪的灵活配置。 

核心功能线路板上还包含了人机界面，该指示元件用于指示启动开始、温度超限、报警超时或正常运行状态等各种事件和信息,可以采用LED、LCD等等显示器件。 

核心微处理器是具有对温度传感器的测量准确度进行自我校准功能的核心微处理器，即固化了自行设计的包含有自我校准算法的程序软件。自我校准程序可以通过数据收发接口接受外部设备的命令后自动运行，在含有自我校准算法的程序软件自动运行以前，将记录仪放置在一个已知的温度场环境中，程序运行后会得出温度传感器采集的数据和此温度场的真实温度值的偏差量，核心微处理器会保存这个偏差，以便在后续的测量和记录工作中修正获取的环境温度数据，由此改善记录仪测温的准确度。 

本实施例产品采用电容电阻触摸感应焊盘、光敏传感器、柔性线路板启动条、机械式锅仔片或者按钮等传感器或者机械开关用于接受用户指令和动作，以触发记录仪启动、停止或者标记等等动作。标记动作主要作用是在记录仪在运行过程中，如果有特殊事件发生，例如环境温度由于可知的原因而异常，客户可以通过预定的操作来使记录仪记录事件发生的时间和温度，以便后期分析时剔除无效数据。含有的自我校准算法的软件程序，可以让仪器在出厂、使用和回收后均可进行自我校准，修正了现存的数字温度传感器的固有测量误差，改善各个数字温度传感器由于生产批次不同而出现的测量不一致性，极大的提高了记录仪的测量准确度。 

在外观包装上，可以塑料外壳，塑封袋等方式 ，防护等级高，机械性能坚固，可以达到良好的防水防尘效果。 

本实施例记录仪通过一固化在核心处理器中的程序固件可以在自身的硬件资源内部建立一个独立的文件系统，将采集到的温度数据以.pdf、.txt和.xls等等现有的主流数据文件格式或者自有的数据文件格式保存在自身的文件系统中的程序固件。 

本实施例在使用过程中可采用了光照、电容式电阻式感应触摸或者机械按钮等方式来启动运行，启停方式可靠，操作便利。并且可以通过基于USB通信协议的数据收发接口连至PC的操作系统，将文件系统中的数据文件能被自动识别并可被自由复制和保存，不需要借助任何形式的上位机软件即可获得环境数据报告。而且其采用适当的加密保护技术而不能被篡改，例如RC4或者AES等等。除此之外，也可以和安装在计算机上的专用上位机软件进行通信，将其数据下载到计算机并进行归档管理、保存和分析，专用上位机软件在某些领域内需要遵从行业的特殊要求，例如在欧美的医药领域，这类有关电子数据记录和电子签名的软件需要符合21 CFR PART 11的要求。 

Claims (6)

1.一种环境数据记录仪，可一次性或重复性使用，它包括核心功能电子线路板和包覆在核心功能线路板之外的机械外壳，其特征在于所述核心功能电子线路板上设有：用于采集所处环境状态数据的传感器、用于存储所述传感器所采集数据的数据存储器、赋予所述采集数据以时间戳的实时时钟电路、用于与外界装置交换信息的数据收发接口，以及烧写了固件程序的微处理器，所述微处理器耦合所述传感器、所述数据存储器、所述实时时钟电路、人机界面及所述数据收发接口，所述机械外壳内还包括电池，以及用于隔断所述电池与核心功能电子线路板之电气连接的电源隔离机构。

2.根据权利要求1所述一种环境数据记录仪，其特征在于：所述的电源隔离机构是一机械开关装置。

3.根据权利要求1所述的一种环境数据记录仪，其特征在于：所述传感器为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、气体传感器、振动传感器或角度传感器中的一种或者是至少两种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种环境数据记录仪，其特征在于：所述数据收发接口是基于USB通信协议、按照USB接口机械特性和电气规范的要求设计的接口。

5.根据权利要求1所述的一种环境数据记录仪，其特征在于：所述核心功能电子线路板上设有用于启动环境数据记录仪并标记有存储运行中环境数据和时间的的启停标记电路，所述启停标记电路包含电容电阻感应触摸、光照或者机械按钮。

6.根据权利要求1所述一种环境数据记录仪，其特征在于：所述微处理器中含有程序固件，所述程序固件为用于使所述核心微处理器可以将数据存储器格式化形成一个独立的、可被计算机操作系统自动识别和兼容的文件系统，并将环境数据按一定的文件格式存储于数据存储器中的程序固件。