CN206756216U - 一种文物保存环境温湿度无线监测终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种文物保存环境温湿度无线监测终端，包括壳体，所述壳体内部通过隔板分为电池仓及检测仓，壳体上位于检测仓侧开有通气孔；所述检测仓内设置有PCB板支撑架，所述PCB板支撑架上固接有PCB板，所述PCB板上集成有控制电路及与控制电路相连接的温湿度传感器，所述电池仓内设置有电池支撑架，所述电池支撑架上固接有给控制电路及温湿度传感器提供电源的锂电池。有益效果是：终端体积小，以近距离放到文物储柜中，提高了文物存储环境的监测效果，降低了文物受损的机会，温度测量范围为‑40～100℃，温度测量精度为±0.3℃，湿度测量范围为0～100％RH，相对湿度测量精度为±2.0％RH。

Description

一种文物保存环境温湿度无线监测终端

技术领域

本实用新型涉及文物保护技术领域，尤其涉及一种文物保存环境温湿度无线监测技术。

背景技术

博物馆收藏的一切文物都是由不同材料构成的，而文物的自然损坏主要是构成文物的材料受到环境有害因素的影响出现的劣化变质。在影响藏品保存的各种环境因素中，最基本并经常起作用的因素是空气的温度和湿度。对文物造成破坏的腐蚀作用中，最基础的是生物腐蚀，而有机质文物的主要成分是纤维、蛋白等，吸收了空气中的水分并在一定温度条件下容易滋生细菌，导致纤维、蛋白被细菌降解为小分子物质，从而破坏文物的纹、色、材质等，使文物遭到破坏。而有机质吸收水分的情况下也容易产生化学腐蚀，特别是类似于纤维、蛋白中羟基、羰基、肽键等极易吸收水分而产生溶胀而促使纤维、蛋白等的结构改变，从而使文物变形；吸收水分后，无机离子、酸、碱、盐等成分更容易的溶解并吸附，导致纤维、蛋白等的老化，也使得文物变形。而引起生物腐蚀或者化学腐蚀的原因主要是由于文物保存环境中的空气湿度以及温度在特定条件下引起的，所以对文物环境中温湿度的监控是保护文物的一项重要工作。

现阶段博物馆对环境内温湿度的监测手段主要以人工巡检为主，也有数字式传感器对温湿度检测，并利用无线通讯方式进行信号传输和信息管理。但是此种方法存在温湿度精度低、传输距离近、对外界的干扰响应速度慢等缺点，而且数据传输时间更改不方便，无法根据实时情况来获知环境内温湿度并对其进行分析。这种检测方式不仅大大的降低了时效性，增加了劳动强度及维护成本，也无法实时的全面掌控博物馆中每个展柜的实时情况。因此，将数字式的监测手段、无线网传输的通讯方式和电子式的实时全面监控是文物保护的一种必要手段。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的维护麻烦且安装不便的缺陷，提供一种体积小巧、安装简单、使用方便的文物保存环境温湿度无线监测终端，具有测量温湿度精度高，能实时无线传输等特点。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：一种文物保存环境温湿度无线监测终端，包括壳体，所述壳体内部通过隔板分为电池仓及检测仓，壳体上位于检测仓侧开有通气孔；所述检测仓内设置有PCB板支撑架，所述PCB板支撑架上固接有PCB板，所述PCB板上集成有控制电路及与控制电路相连接的温湿度传感器，所述电池仓内设置有电池支撑架，所述电池支撑架上固接有给控制电路及温湿度传感器提供电源的锂电池。终端由于集成，便于放置到任何需要温湿度监测的地点，电池供电，可以长时间工作。

进一步的，所述壳体包括上壳及底壳，所述上壳和底壳之间采用卡扣卡合连接；所述上壳由顶板及四个侧板构成，且呈正四棱台形；所述上壳顶端固接有亚克力板；所述底壳内设置有用于压紧锂电池的条形板。

进一步的，所述控制电路包括MCU处理器、EEPROM及无线模块，其中，所述MCU处理器采集电源模块的电压信号及温湿度传感器的温湿度信号，并存储数据到EEPROM中；所述无线模块通过USART接口与MCU处理器双向数据通信，用于数据的无线传输与接收。

进一步的，所述无线模块为基于433MHz载波频段的无线自组网模块。

进一步的，所述MCU处理器为低功耗STM32L151单片机，采用休眠/唤醒的低功耗工作模式。

进一步的，所述温湿度传感器采用SHT15型高精度温湿度传感器。

进一步的，所述PCB板支撑架由两组相对设置的“L”形肋板构成，每个“L”形肋板内侧为弧形结构，其中一组“L”形肋板固定于上壳顶板上，另一组“L”形肋板固定于上壳顶板并抵靠在隔板上；所述隔板固定于上壳顶板上，所述隔板沿长度方向的两端设置有用于紧固PCB板的支柱。

进一步的，所述电池支撑架由两组相对设置的弧形肋板构成，其中一组弧形肋板固定于上壳顶板并抵靠隔板，另一组弧形肋板固定于上壳顶板上并抵靠侧板内壁。

进一步的，所述通气孔位于上壳上相邻两侧板相交的棱边处，所述通气孔呈倒三角形且与壳体内部相通，所述通气孔内竖向设置有分流板。

进一步的，所述侧板靠近通气孔的位置开有多个不同大小的条形通气孔。

上述技术方案的原理是，MCU处理器由程序进行控制，周期性地唤醒并采集温湿度采集模块上的温湿度数据信息以及锂电池的电压数据信息，经过MCU处理器处理为带有采集时间戳的数据后通过无线模块传输到无线中继或网关，再由无线网关传输到服务器管理平台，当服务器管理平台接收到数据后反馈回复信号给终端，终端收到回复信号后自动进入休眠；若在一定的时间内收不到回复信号，会默认为网络拥挤或异常，这时终端会将处理好的数据实时保存到EEPROM中，在网络畅通后再将数据传输给服务器管理平台，防止由于掉电或网络异常导致数据丢失。服务器管理平台接收到终端发送的数据所带时间与系统时间不一致后或者是服务器管理平台接收到终端每天第一次发送的数据后，服务器管理平台反馈系统时间到MCU处理器进行时间校准，保证由监测终端发出的数据是实时的、没有滞后性的。终端在进行数据采集、发送或时间设置结束后进入休眠模式，等待下一个唤醒周期的到来。通过上述模块构成的温湿度监测终端，可以对监测环境进行实时监测并反馈至服务器管理平台，大大提高了保护文物的效率及效果。

本实用新型的有益之处是：控制电路及锂电池全部收容于壳体内，使得终端体积小巧可以近距离放到文物储柜中，提高了文物存储环境的监测效果，降低了文物受损的机会。温湿度采集模块测量范围宽、测量精度高，温度测量范围：-40～100℃，温度测量精度：±0.3℃，湿度测量范围：0～100％RH，相对湿度测量精度：±2.0％RH。MCU处理器可自动进行休眠且周期性地唤醒，且周期可设置。本实用新型将数据采集、数据掉电存储与无线通信功能融于一身，既可以作为单个数据采集节点，也能够作为一个监测终端，不仅制造成本低，而且运行功耗小；其结构小巧、安装简单、使用方便、无须连线，可广泛应用于文物存储环境温湿度无线传感监测领域。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的上壳结构示意图；

图3是本实用新型的温湿度监测终端原理框图；

图4是本实用新型的无线自组网原理框图。

图中，1、底壳，2、PCB板，3、锂电池，4、上壳、5、亚克力板，41、侧板，42、顶板，43、通气孔，44、条形通气孔，45、分流板，46、PCB板支撑架，47、隔板，48、电池支撑架

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例就本实用新型的技术方案作进一步的说明。

如图1-图2所示，本实用新型所述的一种文物保存环境温湿度无线监测终端，包括壳体，所述壳体包括上壳4及底壳1，所述上壳 4由顶板42及四个侧板41构成，且呈正四棱台形；底壳1由底板及四个梯形侧板构成；上壳4与底壳1中的所有侧板相交的棱边均进行倒圆，使壳体整体外观更美观。所述底壳1通过卡扣与上壳4卡合连接；底壳1的底板上设置有用于压紧锂电池的斜板，当底壳与上壳扣合后将锂电池压紧。底壳1可以方便快捷地从上壳4上取下，进行维护或者替换内部元器件。所述上壳4顶端固接有亚克力板5，使整个终端外观更美观。所述上壳内部通过隔板47分为电池仓及检测仓，检测仓侧的上壳4的相邻侧板41相交的棱边处顶端开有呈倒三角的通气孔43，通气孔43中的竖直方向上设置有分流板45，通气孔43 是为了使壳体内部与环境空气流通，使检测的数据更真实，分流板 45可以阻挡较大的杂物进入壳体内，防止对内部元器件造成损坏。靠近所述处通气孔的位置的两侧板上开有不同长度的条形通气孔44，在增加空气流通效果的同时，也保证了在倒三角形的通气孔43被堵塞后还能保证终端正常工作。所述检测仓内设置有PCB板支撑架46，是由两组相对的“L”形肋板构成的，而且每个“L”形肋板内侧为弧形结构，其中一组“L”形肋板的底面固定于上壳4的顶板42上，另一组“L”形肋板的侧面固定于隔板47上，底面固定于上壳4的顶板42上；所述隔板47固定于上壳4的顶板42上，所述隔板47沿长度方向两端设置有用于紧固PCB板2的支柱。PCB板支撑架46上连接有PCB板2并通过支柱进行紧固，防止PCB板2在壳体晃动。PCB板 2上集成有控制电路及与控制电路相连接的温湿度传感器。所述电池仓内设置有电池支撑架48，是由两组相对的弧形肋板构成，其中一组弧形肋板的底面固定于隔板47上，侧面固定于上壳4的顶板42上；另一组弧形肋板的底面固定于侧板41上，侧面固定于上壳4的顶板 42上。所述电池支撑架48上固接有给控制电路及温湿度传感器提供电源的锂电池3。整个终端体积小巧、安装方便，可以放入文物存储柜中进行使用，大大的提高了监测效果的可靠性。

如图3所示，所述控制电路包括MCU处理器、EEPROM及无线模块，所述MCU处理器采集锂电池3的电压信号及温湿度传感器的温湿度信号，MCU处理器接收到信号后进行处理并将温湿度数据及电压数据处理为带有时间戳的数据后通过无线模块进行数据传输。所述无线模块通过USART接口与MCU处理器双向数据通信，用于数据的无线传输与接收，其中USART接口是一个全双工通用同步/异步串行收发模块，该接口是一个高度灵活的串行通信设备，可以保证数据交换的快速及准确性。MCU处理器将数据通过无线模块传输到无线网关中，再通过网络传输到服务器管理平台。当终端接收到从服务器管理平台返回的回复信号则进入休眠，若在一定时间内接收不到回复信号，则会默认为网络拥挤或异常，这时候会将处理好的数据实时保存到EEPROM 中，在网络畅通后再将数据传输给服务器管理平台，防止由于掉电或网络异常导致数据丢失。服务器管理平台接收到终端发送的数据所带时间与系统时间不一致时，服务器管理平台反馈系统时间到MCU处理器进行时间校准以保证每次传输数据的实时性。对空气中的温湿度数据进行采集、传输或存储，并且实时反馈文物保存环境的情况到服务器管理平台。

在本实施例的进一步优选方案中，所述无线模块为基于433MHz 载波频段的无线自组网模块。无线模块的连接方式为一点对多点，可以与同样使用频段433MHz的无线设备进行连通，数据信息的传输可以在自组建的局域网中进行传输，局域网中任何一无线设备与无线网关连通，则可将数据传输到网络中，再传输到服务器管理平台。这样的连接方式可以使反馈信息更具实时性及智能性，避免了设备故障而导致的数据传输失败，增加了数据传输的可靠性。如图4所示，终端的无线模块可以连通无线中继器或者无线网关，组成的局域网络中的任何一个设备与网络连通都可形成一条网络通路。

在本实施例的进一步优选方案中，所述MCU处理器为低功耗 STM32L151单片机，采用休眠/唤醒的低功耗工作模式。STM32L151单片机具有超低功耗，具有10uA的低功耗运行模式，且供电电压范围可在1.65～3.6V，完全可以通过锂电池进行供电，适应温度范围为 -40℃到105℃，保证了可以在低温环境进行工作的需要，最重要的是芯片具有STOP休眠模式，设置成周期性地唤醒工作，从而将功耗降到最低，节约电能，使系统工作持续时间更长。

在本实施例的进一步优选方案中，所述温湿度传感器采用SHT15 型高精度温湿度传感器。SHT15型传感器为全校准相对温度、湿度数字输出，温度值分辨率为14位，湿度值分辨率为12位，可编程降至 12位和8位，具有露点计算输出功能，无需外围元件，小体积可表面贴装，卓越的长期稳定性，自动断电功能，工业标准I2C总线，可靠的CRC传输校验等优点使得测量精度高，其中温度测量精度：± 0.3℃，相对湿度测量精度：±2.0％RH。高精度地测量更能对文物存储环境进行分析及处理，更可靠地保护文物。

在本实施例的进一步优选方案中，所述锂电池3采用THC4920型大容量锂电池3。持续供电给温湿度监测系统，可提供长达12个月的耗能。

本实施例的原理是：控制程序保存在MCU处理器中，并周期性地唤醒系统进行数据采集，当处于唤醒周期时，MCU处理器采集温湿度传感器的温湿度信号以及锂电池3的电压信号，处理为带有时间戳的数据后并通过无线模块将数据传输到无线中继或网关，再通过网络将数据传输到服务器管理平台上进行分析、保存。而服务器管理平台在接收到数据后反馈回复信号给终端，终端收到回复信号则进入休眠，若在一定时间内未收到回复信号，则会默认为网络拥挤或异常，这时候会将处理好的数据实时保存到EEPROM中，在网络畅通后再将数据传输给服务器管理平台，防止由于掉电或网络异常导致数据丢失。服务器管理平台接收到终端传输的数据所带时间与系统时间不一致后或者是服务器管理平台接收到终端每天第一次发送的数据后，服务器管理平台反馈系统实施时间到终端，让MCU处理器对自身时间进行校准，以保证每次发送数据是具有实时性的。终端采用休眠、唤醒间歇性的工作模式使得终端可以长时间使用，消除了频繁更换电源或外接电源的弊端。当网络出现问题时，无线模块可以自动组网并将数据进行传输到其他无线中继或无线网关中，从另一条路径进行数据传输；若仍然接收不到回复信号时，终端将未发送成功的数据保存到EEPROM中，并在下一次网络畅通后，将该数据作为历史数据发送给服务器管理平台。

通过本实施例，文物存储温湿度监测终端体积小巧，且具有实时采集温湿度数据并进行无线传输的功能。可放置到每件文物存储柜中近距离监测，为文物保护提供更可靠的数据采集及监控，使用大容量锂电池3供电可保证终端长时间工作，减少了维护的频率，降低了劳动成本，且壳体为可拆卸型，更换内部元器件或锂电池3更方便、快捷。再者使用无线传输，使得终端可以在大面积的区域进行使用。

以上所述的仅是本实用新型的原理和较佳实施例。应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还能做出若干的变型和改进，也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：包括壳体，所述壳体内部通过隔板分为电池仓及检测仓，壳体上位于检测仓侧开有通气孔；所述检测仓内设置有PCB板支撑架，所述PCB板支撑架上固接有PCB板，所述PCB板上集成有控制电路及与控制电路相连接的温湿度传感器，所述电池仓内设置有电池支撑架，所述电池支撑架上固接有给控制电路及温湿度传感器提供电源的锂电池。

2.根据权利要求1所述的文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：所述壳体包括上壳及底壳，所述上壳和底壳之间采用卡扣卡合连接；所述上壳由顶板及四个侧板构成，且呈正四棱台形；所述上壳顶端固接有亚克力板；所述底壳内设置有用于压紧锂电池的条形板。

3.根据权利要求1所述的文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：所述控制电路包括MCU处理器、EEPROM及无线模块，其中，所述MCU处理器采集电源模块的电压信号及温湿度传感器的温湿度信号，并存储数据到EEPROM中；所述无线模块通过USART接口与MCU处理器双向数据通信，用于数据的无线传输与接收。

4.根据权利要求3所述的文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：所述无线模块为基于433MHz载波频段的无线自组网模块。

5.根据权利要求3所述的文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：所述MCU处理器为低功耗STM32L151单片机，采用休眠/唤醒的低功耗工作模式。

6.根据权利要求1所述的文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：所述温湿度传感器采用SHT15型高精度温湿度传感器。

7.根据权利要求1所述的文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：所述PCB板支撑架由两组相对设置的“L”形肋板构成，每个“L”形肋板内侧为弧形结构，其中一组“L”形肋板固定于上壳顶板上，另一组“L”形肋板固定于上壳顶板并抵靠在隔板上；所述隔板固定于上壳顶板上，所述隔板沿长度方向的两端设置有用于紧固PCB板的支柱。

8.根据权利要求1所述的文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：所述电池支撑架由两组相对设置的弧形肋板构成，其中一组弧形肋板固定于上壳顶板并抵靠隔板，另一组弧形肋板固定于上壳顶板上并抵靠侧板内壁。

9.根据权利要求2所述的文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：所述通气孔位于上壳上相邻两侧板相交的棱边处，所述通气孔呈倒三角形且与壳体内部相通，所述通气孔内竖向设置有分流板。

10.根据权利要求9所述的文物保存环境温湿度无线监测终端，其特征在于：所述侧板靠近通气孔的位置开有多个不同大小的条形通气孔。