CN206757871U - 一种带电子墨水屏的无线温湿度监测终端 - Google Patents

Abstract

一种带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，包括壳体，所述壳体内收容有PCB板及锂电池，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；所述壳体的上表面设有矩形凹槽，且矩形凹槽任意相对两侧端与壳体内部相通，所述矩形凹槽内安装有电子墨水屏，所述电子墨水屏接收控制电路传输的数据并显示；所述锂电池给控制电路、温湿度传感器及电子墨水屏提供电源；所述壳体上还开有与壳体内相通的通气孔。有益效果是：作为首款采用电子墨水屏进行数据显示的温湿度监测终端，提高了显示效果的清晰度，特别是在断电后仍然能长时间持续显示，无需持续供电的优良特性，解决了现有技术中高能耗、无显示的客观问题。

Description

一种带电子墨水屏的无线温湿度监测终端

技术领域

本实用新型涉及文物保护技术领域，尤其涉及一种带电子墨水屏的无线温湿度监测终端。

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，吸收了空气中的水份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。而有机质吸收水份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、肽键等极易吸收水份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；吸收水份后，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。

现有的文物保存环境中使用的温湿度监测终端主要有老式的指针式温湿度终端和不带显示的温湿度无线监测终端。指针式温湿度监测终端虽然能直观的指示温湿度值，但不能将数据发送到博物馆环境检测平台，无法满足现在物联网及智慧博物馆发展的需要。不带显示的温湿度无线监测终端虽然可以将将数据发送给博物馆环境检测平台，但由于缺乏显示，不能直观地展示给现场人员，特别在有网络故障或者停电的情况下，现场工作人员仍然要继续对存储环境进行实时监控，监测终端在没有外电情况下仍需正常工作，而现有的带有显示屏的温湿度监测终端耗能高，无法满足大面积且长时间使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有温湿度监测终端现场不显示和耗能高的技术缺陷，提供一种低功耗的带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，具有体积小，方便安装以及能断电显示等特点。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：一种带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，包括壳体，所述壳体内收容有PCB板及锂电池，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；所述壳体的顶部设有矩形凹槽，且矩形凹槽任意相对两侧端与壳体内部相通，所述矩形凹槽内安装有电子墨水屏，所述电子墨水屏接收控制电路传输的数据并显示；所述锂电池给控制电路、温湿度传感器及电子墨水屏提供电源；所述壳体上还开有与壳体内相通的通气孔。就地显示数据且功耗低的终端是可广泛用于大面积的场所。

进一步的，所述壳体包括上壳及底壳，所述底壳与上壳采用卡扣卡合连接；所述上壳由长方形顶板及四个梯形侧板构成，且呈四棱台形，所述上壳顶板上固接有保护电子墨水屏的面板；所述底壳内设置有用于压紧锂电池的十字形条板。

进一步的，所述控制电路包括MCU处理器、MOS管开关电路、EEPROM、无线模块；其中，所述MCU处理器接收温湿度传感器的温湿度信号及锂电池的电压信号进行处理并存储到EEPROM中；所述MOS管开关电路通过I/O接口与MCU处理器连接，接收控制信号并分别控制温湿度传感器、EEPROM及电子墨水屏的电源；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RF433无线模块。

进一步的，所述MCU处理器采用STM32L低功耗单片机。

进一步的，所述温湿度传感器包括测湿敏感元件及测温元件，所述测湿敏感元件为电容性聚合体，所述测温元件由能隙材料制成。

进一步的，所述上壳顶板内壁上设有用于固定PCB板的PCB板支撑架及用于固定锂电池的电池支撑架，所述PCB板支撑架由三个带螺纹孔的支柱构成，且支柱圆周上设有增加强度的肋板；所述电池支撑架由两个圆弧形肋板构成，且肋板的圆弧形开口背离上壳顶板。

进一步的，所述通气孔位于靠近电池支撑架的上壳上相邻侧板相交的棱边处且呈倒三角形，所述通气孔中竖向设有分流板。

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，拨动开关拨板使电池给控制电路、温湿度传感器及电子墨水屏供电，终端进入运行模式。MCU处理器自带有用于存储控制程序的内部存储器，内部存储器保存有终端ID号、休眠时间、温度误差修正系数、湿度误差修正系数以及电子墨水屏的刷新时间等程序参数。程序控制终端中的各个元件运行，其中MOS开关电路控制温湿度传感器、EEPROM及电子墨水屏的电源接通并工作，温湿度传感器采集环境的温湿度信号并传输到MCU处理器；MCU处理器同步采集锂电池的电压信号和终端的时间信号，再对温湿度信号、电压信号及时间信号进行修正处理，然后将数据传输到无线模块，再传输到无线中继器或无线网关，再通过网络传输到博物馆环境监测平台，当监测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进入休眠；若在一定时间内没有收到回复信号，则将处理好的数据保存到EEPROM中，在下一次网络通畅或恢复正常时将历史存储数据发送到博物馆环境监测平台。同时，MCU处理器将温湿度数据传输到电子墨水屏，电子墨水屏将显示数据刷新为当前接收到的数据。终端还具有实时时钟功能，当博物馆环境监测平台接收到终端传输的数据所带时间与系统时间不一致时或者是终端每天发送第一条数据到博物馆环境监测平台后，监测平台反馈系统时间到MCU处理器并对MCU处理器中自带的RTC时钟进行校准。在终端对数据采集、传输、保存或时间设置完毕后自动进入休眠。当休眠结束后，程序控制终端进行下一次的数据采集以及传输。

本实用新型的有益之处是：作为首款采用电子墨水屏进行数据显示的温湿度监测终端，不仅提高了显示效果的清晰度，更充分的利用了电子墨水屏显示的原理，特别是在断电后仍然能长时间持续显示，无需持续供电的优良特性，当出现网络故障或电源故障时，工作人员可在现场进行数据收集，解决了现有技术中高能耗、无显示的客观问题。整个终端采用低功耗工作模式，工作电流≤200mA，待机电流≤10μA，终端电池使用时间可长达数月，无需频繁更换电源。终端采集数据后能通过无线进行数据实时传输，使监测更及时，具有无线传输功能使得终端可以在大面积的场所进行使用，无需人员频繁跑动进行数据抄录；低功耗的工作模式能长时间持续工作，减少人力进行维护的频率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型上壳的结构示意图；

图3是本实用新型电路原理框图；

图4是本实用新型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、开关拨板，6、电子墨水屏，7、面板，10、十字形条板，40、顶板，41、通气孔，42、条形通气孔，43、电池支撑架，44、PCB板支撑架，401、矩形凹槽，411、分流板

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3所示，一种带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，包括壳体，壳体包括上壳4及底壳1，所述上壳4由长方形顶板40及四个梯形侧板构成，且呈四棱台形；底壳1由长方形底板及四个侧板构成，底壳1与上壳4之间采用卡扣卡合连接；且上壳4与底壳1上的所有侧板相交的棱边全部进行倒圆，使壳体整体外观更圆润，整个壳体内增加了体积，使得进入壳体内的空气含量更多，在进行温湿度的检测时，使检测数据更接近保存环境的温湿度，对文物保护的环境分析更正确，也能根据贴切的数据对保护措施进行设定。上壳4的顶板40上设置有矩形凹槽401，所述矩形凹槽401沿长度方向上的两端与壳体内部相通，所述矩形凹槽401内安装有电子墨水屏6，电子墨水屏6通过数据线穿过通孔与壳体内部的控制电路相连接，所述电子墨水屏6接收控制电路传输的数据并显示。为了保护电子墨水屏6不受到损坏，在上壳4上固接有用于保护电子墨水屏6的面板7，使外观看起来更美观。所述顶板40内壁上设置有PCB板支撑架44及电池支撑架43，所述PCB板支撑架44由三个的支柱构成，所述支柱圆周上设置有增加强度的肋板，所述支柱末端设置有螺纹孔；PCB板2通过螺钉固接在支柱上，所述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，温湿度传感器采集壳体内空气的温湿度信号。所述电池支撑架43由两个圆弧形肋板构成，且固定于上壳4的顶板40内壁上，肋板的圆弧形开口背离上壳顶板；在肋板长度方向的两侧面设置有增加肋板强度的长方形竖板，所述电池支撑架43上固接有给控制电路、温湿度传感器及电子墨水屏6提供电源的锂电池3。为了使采集数据更真实，在靠近电池支撑架43的上壳4上的两侧板相交的棱边上端开有呈倒三角形的通气孔41，通气孔41的棱边进行倒圆，使外观看起更圆润；在通气孔41中竖直方向上设置有分流板411，可以防止较大的杂物掉落进壳体内损坏元器件。为了保证倒三角形通气孔41被堵塞的情况下仍能让终端处于正常工作状态，在所述两侧板上靠近棱边位置开有长度不同的条形通气孔42，同时也增加壳体内空气的流通性，使检测数据更真实。所述底壳1的底板上设置有用于压紧锂电池3的十字形条板10；扣合后底壳1将锂电池3紧紧的压在电池支撑架43上，防止电池抖动而造成的电源线断裂或脱离。

本实施例的进一步优选方案，如图3所示，所述控制电路包括MCU处理器、MOS管开关电路、EEPROM、无线模块；其中，MCU处理器通过I2C总线与温湿度传感器通信连接，所述MCU处理器接收温湿度传感器及锂电池3的电压信号后进行修正并处理成为带有终端ID号、时间标签的电压及温湿度数据，当数据通过无线模块发送到博物馆环境监测平台未收到回复信号时，将数据存储到EEPROM中，EEPROM通过I2C总线与MCU处理器进行通信连接；为了控制温湿度传感器、EEPROM及电子墨水屏能与MCU处理器同步工作，MCU处理器通过I/O接口控制MOS管开关电路分别控制温湿度传感器、EEPROM及电子墨水屏的电源开断。MCU处理器对数据处理后，同时通过USART接口将数据传输到无线模块，并通过无线模块将数据传输到无线网关或者无线中继器中，再由无线网关将数据传输到博物馆环境监测平台。当博物馆环境监测平台每天第一次接收到终端发送的数据后，反馈实时系统时间回终端，MCU处理器对自身的RTC时钟进行校准。

本实施例的进一步优选方案，所述无线模块为基于433MHz载波频段的RF433无线模块。如图4所示，无线模块具有自组网功能，能与同时处于433MHz频段的无线中继器或者无线网关进行连通，自动形成局域网，在局域网中的任何一个设备能与网络连通，则可形成一条数据传输通路，可以实时的将数据传输到博物馆环境监测平台，从很大程度上提升了终端的智能性。

本实施例的进一步优选方案，所述MCU处理器采用STM32L低功耗单片机，采用唤醒/休眠工作模式。单片机内部设置有RTC时钟，自动进行周期时间的计时并对MCU处理器进行唤醒，且单片机自带有用于存储控制程序的内部存储器，存储器中保存有温湿度终端的终端ID号、程序版本号、休眠时间、温度误差修正值、湿度误差修正值、电子墨水屏6开始刷新时间和电子墨水屏6屏停止刷新时间等相关工作参数。MCU处理器控制整个终端的休眠与唤醒时间，在固定的周期内对终端进行唤醒进行工作。同时也控制电子墨水屏6的刷新时间，在唤醒周期内将显示屏上的数据进行更新。周期性地工作使终端处于低能耗状态，可以保证长时间的持续工作。

本实施例的进一步优选方案，所述温湿度传感器包括测湿敏感元件及测温元件，所述测湿敏感元件为电容性聚合体，所述测温元件由能隙材料制成。温湿度传感器对环境温湿度的检测更精确，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。高精度地测量能对文物存储环境进行分析及处理，更可靠地保护文物。

本实施例的进一步优选方案，所述上壳4后侧板上开有矩形台阶方孔，所述台阶方孔内活动地卡接有开关拨板5，所述开关拨板5通过伸入端上的卡孔与PCB板2上的拨动开关卡合连接。在终端还未开始使用前处于电源切断状态，对锂电池3的电能进行保护，使终端在运输过程中不会导致电池的消耗，从而保证终端在监测环境中能长时间的正常工作。

本实施例的进一步优选方案，在倒三角形通气孔41下方的PCB板2上设置声光报警器，并且与控制电路相连接，MCU处理器的内部存储器中预设有触发报警的限制值，当监测到保存环境中的温湿度达到限制值后，MCU处理器控制声光报警器工作，发出报警光与声音，使现场工作人员可以快速的采取紧急措施。

本实施例的工作原理是，通过开关拨板5的拨动使锂电池3给控制电路、温湿度传感器以及电子墨水屏6进行通电，让终端运行。其中，MCU处理器同步采集温湿度传感器上的温湿度信号以及锂电池3的电压信号，并根据自身设定的参数对采集数据进行修正处理成为带有终端ID、时间标签的温湿度数据，之后将数据传输到无线模块并再次传输到无线网关或无线中继器后通过网络传输到博物馆环境监测平台；监测平台反馈回复信号回终端，终端收到回复信号后进入休眠，若无线传输数据失败，MCU处理器将当前未传输成功的数据存储到EEPROM中进行保存，并在下一次网络恢复正常时，再次将历史存储数据传输到博物馆环境监测平台；同时，MCU处理器将温湿度数据传送到电子墨水屏6进行显示。下一次终端唤醒时，先对环境中的温湿度进行采集并发送，发送完本次采集数据后，检测EEPROM中是否有发送失败的数据，若有则将数据继续发送，若没有则再次进入休眠，进入下一个工作周期。当博物馆环境监测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博物馆环境监测平台接收到终端每天发送的第一条数据后，监测平台反馈系统时间给终端，MCU处理器对自身的RTC时钟进行校准，校准完毕后进入休眠工作模式。当每个唤醒周期时间到来后，MCU处理器自动唤醒并控制电源管理电路给温湿度传感器提供电源，使温湿度传感器进行工作，终端进行新周期内的数据采集、传输等工作。在程序的控制下周期性地唤醒工作，并对文物储存环境的温湿度进行监测并实时传输数据到博物馆环境监测平台，对于文物的保护具有实时性。带有电子墨水显示屏使数据显示更清晰的同时，节约电能。在没有网络的场所也能实时让现场工作人员对温湿度数据进行收集、分析。整个终端从多方面考虑使用的方便性及可靠性，保证了在特殊环境中应用的效果，使文物的保存、保护效果都得到的高质量的提升。

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 (9)

1.一种带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，其特征在于：包括壳体，所述壳体内收容有PCB板及锂电池，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；所述壳体的顶部设有矩形凹槽，且矩形凹槽任意相对两侧端与壳体内部相通，所述矩形凹槽内安装有电子墨水屏，所述电子墨水屏接收控制电路传输的数据并显示；所述锂电池给控制电路、温湿度传感器及电子墨水屏提供电源；所述壳体上还开有与壳体内相通的通气孔。

2.根据权利要求1所述的带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，其特征在于：所述壳体包括上壳及底壳，所述底壳与上壳采用卡扣卡合连接；所述上壳由长方形顶板及四个梯形侧板构成，且呈四棱台形，所述上壳顶板上固接有保护电子墨水屏的面板；所述底壳内设置有用于压紧锂电池的十字形条板。

3.根据权利要求1所述的带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，其特征在于：所述控制电路包括MCU处理器、MOS管开关电路、EEPROM、无线模块；其中，所述MCU处理器接收温湿度传感器的温湿度信号及锂电池的电压信号进行处理并存储到EEPROM中；所述MOS管开关电路通过I/O接口与MCU处理器连接，接收控制信号并分别控制温湿度传感器、EEPROM及电子墨水屏的的电源通断；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所述的带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，其特征在于：所述无线模块为基于433MHz载波频段的RF433无线模块。

5.根据权利要求3所述的带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，其特征在于：所述MCU处理器采用STM32L低功耗单片机。

6.根据权利要求1所述的带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，其特征在于：所述温湿度传感器包括测湿敏感元件及测温元件，所述测湿敏感元件为电容性聚合体，所述测温元件由能隙材料制成。

7.根据权利要求2所述的带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，其特征在于：所述上壳顶板内壁上设有用于固定PCB板的PCB板支撑架及用于固定锂电池的电池支撑架，所述PCB板支撑架由三个带螺纹孔的支柱构成，且支柱圆周上设有增加强度的肋板；所述电池支撑架由两个圆弧形肋板构成，且肋板的圆弧形开口背离上壳顶板。

8.根据权利要求7所述的带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，其特征在于：所述通气孔位于靠近电池支撑架的上壳上相邻侧板相交的棱边处且呈倒三角形，所述通气孔中竖向设有分流板。

9.根据权利要求8所述的一种带电子墨水屏的无线温湿度监测终端，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。