CN204129942U - 一种仓储无线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仓储无线监测系统，该系统包括手机客户端，用于通过协调器向传感单元发出启动/停止数据采集的控制信号，并对采集得到的数据进行处理分析并储存；协调器，用于组建传感单元和手机客户端的通讯网络，通过协调器实现传感单元与手机客户端的数据通信；和传感单元，用于根据所述控制信号对仓库内环境、生物行为和仓储物品数据进行采集，并通过协调器将该数据反馈给手机客户端。本实用新型将手机客户端和无线节点相结合，替代传统的手持终端，节省硬件成本，即插即用，携带方便；节点处于可控唤醒的待机状态下功耗达到35uA，可使得无线节点具有较高的电池使用寿命和较微型的体积；采用网络简单，数据传输可靠性高。

Description

一种仓储无线监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测系统。更具体地，涉及一种仓储无线监测系统。

背景技术

无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给监控终端。

目前，无线传感器网络在仓储环境参数监测中具有广泛的应用前景。无线节点体积小，极易部署；节点价格低廉，可有效节省成本；功耗低，使用普通干电池供电即可实现长期有效监测；通过自组织网络，部署完成后即可对该区域参数进行监测。可以替代传统仓储参数采集系统有线采集和人工收集的方式。传统的仓库管理人员现场采集传感参数的方式多为手抄或者使用专门的手持终端，手抄的方式费时费力，数据不方便统计管理，而且数据容易被篡改；手持终端的方式没有以上的弊端，但是手持终端成本较高，尺寸较大，功能单一，缺乏扩展性。

因此，需要针对上述存在的问题，设计一种仓储无线监测系统，以解决人工采集和专门手持终端采集方式的弊端。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题采用将无线传感节点与手机结合的方式替代手持终端，借助无线传感器网络进行数据采集，以解决人工采集和专门的手持终端采集方式的弊端。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种仓储无线监测系统，该系统包括

传感单元，用于采集仓库内的环境数据，该环境数据包括仓库内自然环境数据、生物行为数据和仓储物品数据；

手机客户端，用于对传感单元采集得到的环境数据进行处理，获得仓库当前存储状态信息；

与手机客户端连接的协调器，为传感单元与手机客户端建立数据通信通讯网络。

优选的，所述手机客户端包括

数据采集控制模块，用于通过协调器向传感单元发出开始/停止数据采集的控制信号；

数据处理模块，对仓库内的环境数据进行处理，获得仓库当前存储状态信息；

报警模块，用于将仓库当前存储状态信息与预设阈值进行比较，根据比较结果产生报警信息。

优选的，所述手机客户端包括

数据库模块，用于对数据处理模块处理后的仓库信息进行储存；

协调器配置模块，用于对协调器进行参数配置，协助组建通讯网络；

统计制表模块，从数据库模块中调取处理后的仓库信息，并制成可视图表；

数据显示模块，用于实时显示将当前仓库的状态信息。

优选的，所述协调器包括。

手机通信模块，用于与手机客户端建立稳定的通讯连接；

第一控制模块，用于基于手机客户端发出的控制信号，控制第一射频模块向传感单元发送唤醒信号；

第一射频模块，用于向传感单元发送唤醒信号，同时接收传感单元采集的数据信号；

第一RTC时钟，用于与手机客户端通讯的同时提供标准时间信息。

优选的，所述传感单元包括

被动唤醒模块，用于基于第一射频模块发出的唤醒信号，激活休眠状态下的第二控制模块；

第二控制模块，用于控制传感器节点对仓库内环境、生物行为和仓储物品数据进行采集；

与第二控制模块连接的多个传感器，用于采集仓库内温度、湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度数据、仓储物品数据和生物行为数据

第二射频模块，用于将传感单元采集的得到数据发送给协调器。

优选的，所述第二控制模块设有阈值触发唤醒的工作模式。

优选的，所述被动唤醒射频模块设有无线电磁波唤醒的低功耗唤醒芯片。

优选的，所述传感单元进一步包括

供电单元，用于为系统内各模块供电；

第二RTC时钟，用于根据设定精确地唤醒时间，产生定时唤醒信号，唤醒传感器节点；

LCD显示模块，用于实时显示显示当前仓库内的温度和湿度的变化信息。

优选的，所述供电单元包括

连接在被动唤醒模块和第二控制模块之间的核心系统供电模块，用于为第二射频模块和第二控制模块直接供电；

待机供电模块，用于在传感单元休眠状态下，为第一RTC时钟和被动唤醒模块供电；

传感器供电模块，用于根据第二控制模块发出的控制指令对核心系统供电模块输出的供电电压进行升压稳压，并对传感器进行供电。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所述技术方案将手机客户端和无线节点相结合，替代传统的手持终端，节省硬件成本，即插即用，携带方便。使用手机客户端可以对采集到的数据进行不同的整合和处理，扩展性好。节点处于可控唤醒的待机状态下功耗达到35uA，可使得无线节点具有较高的电池使用寿命和较微型的体积，现有无线节点的体积主要取决于电池的体积，低功耗的无线节点可选用更加微型的电池就能满足较长时间的使用寿命，无线节点的微型化可使用其应用场景更加广泛；网络简单，数据传输可靠性高。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出一种仓储无线监测系统的示意图；

图2示出本实施例中手机客户端的示意图；

图3示出本实施例中传感单元的示意图；

图4示出本实施例中协调器的示意图；

图5示出本实施例中传感单元工作流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

本实用新型公开了一种仓储无线监测系统，该系统包括手机客户端、协调器和传感单元。

手机客户端主要包括数据采集控制模块、数据处理模块、数据库模块和协调器配置模块。手机客户端通过数据采集控制模块可按作业人员需要开始/停止对仓库内仓库内环境、生物行为和仓储物品数据进行采集；利用数据处理模块对传感单元采集得到的仓库内环境、生物行为和仓储物品数据进行处理，报警模块根据处理后得到的当前仓库状态信息，判断当前仓库背部是否满足正常仓储条件，若超过阈值，则产生报警信息；将处理后的数据储存到数据模块中，便于外部设备调用。该手机客户端还包括协调器配置模块、数据显示模块和统计制表模块。手机客户端可利用例如音频插口、miniUSB插口或蓝牙等通讯方式与协调器和外部设备进行数据通信；手机客户端利用数据显示模块显示采集得到的仓库环境、生物行为和仓储物品数据；手机客户端可通过对采集的得到的仓库数据进行统计分析，制成可视图表，便于作业人员对仓库内的情况有一个直观的了解和评价；手机客户端中的协调器配置模块，可以为协调器配置相应参数，协助协调器组件通讯网络。

协调器包括第一控制模块、第一射频模块、手机通信模块。手机通信模块接收手机发送的数据采集控制指令，并传递给第一控制模块，第一控制模块控制控制第一射频模块想传感单元发出唤醒射频信号，数据采集过程中第二射频模块还会接收从传感单元发送回的仓库内部数据信息，随后通过手机通信模块将该数据信息发送给手机客户端；该协调器还包括第一RTC时钟，用于与手机客户端通讯的同时提供标准的时间信息；利用有线插接口或无线与手机客户端进行通讯，由于手机音频端口和miniUSB接口的供电电压和电流因不同型号手机，变化较大，因此，协调器要尽量满足低功耗，所以协调器需要保持在2V左右的电压下工作，并且最大电流小于50mA；本实用新型对协调器的设计思想是让协调器体积小，便于携带，并可通过粘、卡、挂等方式与手机固定在一起。若为接触式连接，则与手机miniUSB口或者音频接口连接，若为无线方式连接，可与手机蓝牙建立数据通讯，协调器的供电由miniUSB口或者音频口提供；连接建立后，协调器与手机客户端有专门的通信协议，确保数据的稳定可靠收发以及加密特性。

传感单元包括温度传感器、湿度传感器、氧气浓度传感器、二氧化碳传感器、红外传感器、第二控制模块、第二射频模块和供电单元，传感器通过传感器通讯总线将采集得到的数据传给控制模块，控制模块将采集得到的数据进行汇总传输给射频模块，射频模块将数据信息转换成射频信号发送给协调器。为满足传感器节点的节能需求，实现电源的智能管理，供电单元分为待机供电模块、核心系统供电模块、传感器供电模块。平时，在传感单元处理休眠状态下时，只需待机供电模块为第二RTC时钟、被动唤醒模块、LCD显示模块进行供电。当被动唤醒模块接收到由第一射频模块发出的唤醒信号或者RTC时钟产生定时信号，则会控制核心系统供电模块给第二射频模块、第二控制模块、传感器电路供电模块等核心电路进行供电，从而唤醒传感器节点，本实用新型所述传感器电路供电模块为升压稳压电路。当传感单元被唤醒后，第二控制模块控制升压稳压电路对核心系统供电模块输出的电压进行调整，为传感器进行供电，本方案设计中由于考虑到部分传感器需要的电压较大，如温度传感器，单纯靠电池直接进行供电难以满足需求，因此通过升压模块进行升压，以满足传感器正常工作电压。系统内置有标准第二RTC时钟，能够按预先设定的时间精确计时，并定时唤醒传感单元，增强系统监测的准确性。本实用新型为了缩小硬件电路设计，将例如MCU的控制模块和例如射频芯片的射频模块集成到一块芯片上，从而提高电路集成度和稳定性；射频芯片采用具有可控无线低功耗唤醒的无线芯片或运行的协议栈支持射频通讯，同时使传感单元睡眠状态下电流达到35uA。协调器发出的无线唤醒信号通过射频模块转换后，产生被动唤醒信号，使传感单元随时脱离待机状态。

本实用新型工作方式：作业人员将协调器与手机客户端连接，协调器通过与手机客户端连接获得供电，同时手机客户端通过协调器配置模块对协调器进行参数设定，并协助组建通讯网络，调整完毕后系统开始运行；当传感单元在没有收到唤醒信号时，一直处于低功耗模式；射频模块会在一个监听周期T内，将射频接收开关打开一段时间Tc，监测是否有唤醒信号，然后进入睡眠模式一段时间Ts，如此循环，一旦射频模块接到唤醒信号，则向MCU发出睡眠中断信号，使传感单元进入正常工作模式；作业人员通过手机客户端上内的数据采集模块，向协调器下达采集指令，协调器向传感单元发送唤醒信号，等待传感节点上传数据。为减少网络复杂性，网络为星状网，即一跳网络，便于管理人员在仓内不同位置下达采集命令。采集上来的数据会存在手机的数据库模块中，管理人员可以通过WIFI、蓝牙或者miniUSB方式将数据上传到电脑中。

下面通过一组实施例对本实用新型做进一步说明：

环境选自烟草烟叶发酵过程中对烟叶品质状态的监测，在由纸箱组成5m*5m*3m的烟垛中，每个烟垛中均匀布置5个包括温湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度的无线传感节点。

节点平均待机功耗约35uA，传感器采集数据状态节点工作电流6mA，一次采集时间10S(由二氧化碳传感器预热时间决定)，节点无线收发通信状态下电流40mA，一次作时间100ms，如果一天采集四组数据，平均每天工作电流100uA，节点采用2节1800mAh锂亚电池供电，参阅图3，其中1节为CPU及射频模块供电，另1节为传感器采集部分供电，根据估算节点工作寿命可达1.5年。

传感单元的信道与手机客户端上协调器信道一致，仓库保管人员将协调器与手机客户端连接，打开手机端的数据采集模块，与协调器建立连接成功后，即可像协调器发送采集指令；当协调器收到采集指令后，向仓库内的节点发送唤醒信号；传感单元被无线信号唤醒后，立即采集一组传感器数据，并直接发送给协调器节点；通过协调器将数据传输给手机客户端，手机客户端对采集的数据进行处理和保存。待采集完毕后，手机客户端可以通过手机网络、WIFI等方式上传给数据管理服务器。

综上所述，本实用新型将手机客户端和无线节点相结合，替代传统的手持终端，节省硬件成本，即插即用，携带方便。使用手机客户端可以对采集到的数据进行不同的整合和处理，扩展性好。节点处于可控唤醒的待机状态下功耗达到35uA，可使得无线节点具有较高的电池使用寿命和较微型的体积，现有无线节点的体积主要取决于电池的体积，低功耗的无线节点可选用更加微型的电池就能满足较长时间的使用寿命，无线节点的微型化可使用其应用场景更加广泛；网络简单，数据传输可靠性高。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种仓储无线监测系统，其特征在于，该系统包括 

传感单元，用于采集仓库内的环境数据，该环境数据包括仓库内自然环境数据、生物行为数据和仓储物品数据； 

手机客户端，用于对传感单元采集得到的环境数据进行处理，获得仓库当前存储状态信息； 

与手机客户端连接的协调器，为传感单元与手机客户端建立数据通信通讯网络。 

2.根据权利要求1所述的一种仓储无线监测系统，其特征在于，所述手机客户端包括 

数据采集控制模块，用于通过协调器向传感单元发出开始/停止数据采集的控制信号； 

数据处理模块，对仓库内的环境数据进行处理，获得仓库当前存储状态信息； 

报警模块，用于将仓库当前存储状态信息与预设阈值进行比较，根据比较结果产生报警信息。 

3.根据权利要求2所述的一种仓储无线监测系统，其特征在于，所述手机客户端包括 

数据库模块，用于对数据处理模块处理后的仓库信息进行储存； 

协调器配置模块，用于对协调器进行参数配置，协助组建通讯网络； 

统计制表模块，从数据库模块中调取处理后的仓库信息，并制成可视图表； 

数据显示模块，用于实时显示将当前仓库的状态信息。 

4.根据权利要求1所述的一种仓储无线监测系统，其特征在于，所述协调器包括

手机通信模块，用于与手机客户端建立稳定的通讯连接； 

第一控制模块，用于基于手机客户端发出的控制信号，控制第一射频模块向传感单元发送唤醒信号； 

第一射频模块，用于向传感单元发送唤醒信号，同时接收传感单元采集的数据信号； 

第一RTC时钟，用于与手机客户端通讯的同时提供标准时间信息。 

5.根据权利要求1所述的一种仓储无线监测系统，其特征在于，所述传感单元包括 

被动唤醒模块，用于基于第一射频模块发出的唤醒信号，激活休眠状态下的第二控制模块； 

第二控制模块，用于控制传感器节点对仓库内环境、生物行为和仓储物品数据进行采集； 

与第二控制模块连接的多个传感器，用于采集仓库内温度、湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度数据、仓储物品数据和生物行为数据 

第二射频模块，用于将传感单元采集的得到数据发送给协调器。 

6.根据权利要求5所述的一种仓储无线监测系统，其特征在于，所述第二控制模块设有阈值触发唤醒的工作模式。 

7.根据权利要求5所述的一种仓储无线监测系统，其特征在于，所述被动唤醒射频模块设有无线电磁波唤醒的低功耗唤醒芯片。 

8.根据权利要求5所述的一种仓储无线监测系统，其特征在于，所述传感单元进一步包括 

供电单元，用于为系统内各模块供电； 

第二RTC时钟，用于根据设定精确地唤醒时间，产生定时唤醒信号，唤醒传感器节点； 

LCD显示模块，用于实时显示显示当前仓库内的温度和湿度的变化信息。 

9.根据权利要求8所述的一种仓储无线监测系统，其特征在于，所述供电单元包括 

连接在被动唤醒模块和第二控制模块之间的核心系统供电模块，用于为第二射频模块和第二控制模块直接供电； 

待机供电模块，用于在传感单元休眠状态下，为第一RTC时钟和被动唤醒模块供电； 

传感器供电模块，用于根据第二控制模块发出的控制指令对核心系统供电模块输出的供电电压进行升压稳压，并对传感器进行供电。