一种超低功耗智能无线测温大数据采集终端

摘要

本申请涉及一种超低功耗智能无线测温大数据采集终端，包括数字温度传感器、数据存储单元、数据透传单元和数据处理单元组成的数据采集终端单体为一个无线测温节点，数据采集终端连接至云端大数据服务器，数据处理单元执行以下步骤：外围电路休眠，只保留部分IO口用于接收温度数据；存储温度数据；若接收到唤醒指令则控制数据透传单元将存储的温度数据发送至云端大数据服务器；外围电路再次休眠并监听服务器状态；若在预设时间内接收到参数指令集文件则响应参数指令集文件修改对应的参数，继续重复以上步骤。该采集终端功耗较低、集数据采集、处理和传输为一体，作为无线测温节点为云端大数据服务器提供数据支持。

说明书

技术领域

本申请涉及无线测温技术领域，尤其涉及一种超低功耗智能无线测温大数据采集终端。

背景技术

目前，市场上大部分的无线测温设备通常是由无线透传设备和远端的数据采集终端组成，其中无线透传设备包括传感器和路由器，传感器用于采集现场信息并转换为数字信号后输出，路由器接收传感器输出的数字信号进行中继，并将该数字信号传送到远端的数据采集终端。无线透传设备和数据采集终端之间一般是在2.4GHz、433MH的无线频段以标准的Modbus规约进行数据的交互，一般适用于短距离的数据传输。

然而，现有的无线测温设备常常存在以下弊端：

1、传感器与远端的数据采集终端之间的通讯距离有限，难以适应远距离传输；

2、传感器与设置在远端的数据采集终端之间的数据交互的质量受环境的约束较大(比如传感器部署现场的建筑物的密度将直接影响数据交互的质量)；

设置在远端的数据采集终端功耗较大，而且必须做到长供电，一旦断电，容易造成数据采集不完整或数据漏采集等问题。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供一种超低功耗智能无线测温大数据采集终端，功耗低，集数据采集、处理和传输为一体，作为无线测温节点为云端大数据服务器提供数据支持。

本申请提供了一种超低功耗智能无线测温大数据采集终端，包括：数字温度传感器、数据存储单元、数据透传单元、数据处理单元和云端大数据服务器；所述数字温度传感器和所述数据存储单元均连接至所述数据处理单元，所述数据处理单元连接至所述数据透传单元，所述数据透传单元连接至所述云端大数据服务器；所述数字温度传感器、所述数据存储单元、所述数据透传单元和所述数据处理单元组成的数据采集终端单体，作为一个物联网无线测温节点；

所述数据处理单元被配置为执行以下步骤：

步骤S1：控制外围电路进入休眠状态，只保留部分IO口用于接收所述数字温度传感器周期性扫描的实时温度数据；

步骤S2：将接收的所述温度数据存储于所述数据处理单元内部的存储单元及所述数据存储单元；

步骤S3：若接收到唤醒指令，控制所述数据透传单元将缓存的所述温度数据发送至所述云端大数据服务器和/或其他所述无线测温节点；

步骤S4：控制外围电路再次进入休眠状态，并监听服务器状态；

步骤S5：若在预设时间内接收到所述云端大数据服务器发送来的参数指令集文件，则响应所述参数指令集文件修改所述数字温度传感器对应的参数，并返回步骤S1。

优选的，所述数据处理单元还被配置为：若接收到所述唤醒指令，控制所述数据透传单元将缓存的所述温度数据发送至其他所述无线测温节点。

优选的，超低功耗智能无线测温大数据采集终端还包括与所述数字温度传感器、所述数据存储单元、所述数据透传单元和所述数据处理单元相连的电源模块，所述电源模块用于为所述数字温度传感器、所述数据存储单元、所述数据透传单元和所述数据处理单元供电。

优选的，所述数据透传单元包括NB-IoT通信模块。

优选的，所述数据处理单元包括ARM处理器。

优选的，超低功耗智能无线测温大数据采集终端还包括分别连接至所述数据处理单元和所述云端大数据服务器的唤醒模块，所述唤醒模块用于基于所述云端大数据服务器发送的唤醒信息生成所述唤醒指令，并将所述唤醒指令传输至所述数据处理单元。

优选的，所述云端大数据服务器被配置为执行以下步骤：

步骤100：确定温度采集场景；

步骤101：查找与所述温度采集场景对应的配置参数集合和温度处理算法；

步骤102：根据所述配置参数集合和/或所述温度处理算法生成所述参数指令集文件；

步骤103：将所述参数指令集文件发送至相应的所述数据采集终端。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：该低功耗智能无线测温数据采集系统在传感器端集成数据透传单元以及数据处理单元，不同于传统的无线温度采集架构，每一个数据采集终端作为一个无线测温节点，若干个数据采集终端共同为云端大数据服务器提供数据支持，实现温度数据的远传通信，功耗较低，稳定性好，有利于提高采集温度的有效性和准确性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种超低功耗智能无线测温大数据采集终端的组成结构示意图；

图2为数据处理单元执行步骤示意图；

图3为超低功耗智能无线测温大数据采集终端的另一种组成结构示意图。

图标：

1、数字温度传感器；2、数据存储单元；3、数据透传单元；4、数据处理单元；5、云端大数据服务器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，下面对本申请实施例提供的一种超低功耗智能无线测温大数据采集终端进行详细介绍，参见图1，一种超低功耗智能无线测温大数据采集终端，包括：数字温度传感器1、数据存储单元2、数据透传单元3、数据处理单元4和云端大数据服务器5；所述数字温度传感器和所述数据存储单元均连接至所述数据处理单元，所述数据处理单元连接至所述数据透传单元，所述数据透传单元连接至所述云端大数据服务器；所述数字温度传感器、所述数据存储单元、所述数据透传单元和所述数据处理单元组成的数据采集终端单体，作为一个物联网无线测温节点；

参见图2，所述数据处理单元被配置为执行以下步骤：

步骤S1：控制外围电路进入休眠状态，只保留部分IO口用于接收所述数字温度传感器周期性扫描的实时温度数据；

步骤S2：将接收的所述温度数据存储于所述数据处理单元内部的存储单元及所述数据存储单元；

步骤S3：若接收到唤醒指令，控制所述数据透传单元将缓存的所述温度数据发送至所述云端大数据服务器和/或其他所述无线测温节点；

步骤S4：控制外围电路再次进入休眠状态，并监听服务器状态；

步骤S5：若在预设时间内接收到所述云端大数据服务器发送来的参数指令集文件，则响应所述参数指令集文件修改所述数字温度传感器对应的参数，并返回步骤S1。

在此方案中，数字温度传感器采集现场的温度数据并传输至数据处理单元，数据处理单元对接收到的温度数据进行相关处理后存储至数据存储单元，每一个数据采集终端单体通过数据透传单元与云端大数据服务器进行数据交互；每一个数据采集终端单体为一个无线测温节点。若干个无线测温节点为云端大数据服务器提供数据支持。

在此方案中，数据处理单元设有外围电路，正常工作状态下，数据处理单元控制外围电路进入休眠状态，只保留一部分IO口，该部分IO口用于接收数字温度传感器采集传输来的温度数据。

在此方案中，数字温度传感器相比较传统的热敏、热偶电阻类型的测温探头而言，减少了数模转换的过程，降低了整机的外围电路复杂度，提高了整体设备的稳定性，有利于提高温度采集的有效性和准确性。

在此方案中，该超低功耗智能无线测温大数据采集终端在传感器端集成数据透传单元以及数据处理单元，减小了传统无线温度采集场景下需要传感器和远传数据终端的结构；每一个数据采集终端作为一个无线测温节点，若干个无线测温节点为云端大数据服务器提供数据支持，实现温度数据的远传通信，功耗较低，进而可以利用锂电池进行供电，解决了传统无线温度采集场景下的高功耗及长供电的方式，数据采集可靠性较高。

在此方案中，采用数据处理单元自身的存储空间能够用于温度数据的缓存，数据存储单元能包括外部flash闪存(flash闪存是属于内存器件的一种，闪存则是一种非易失性内存，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘)，用于数据的长周期存储。数据处理单元自身的存储空间和外部flash两者结合，有效避免在网路通讯异常情况下数据的意外丢失，有利于数据的长时间、大容量存储。

在此方案中，正常工作模式下，数据处理单元控制外围电路进入休眠状态，只保留部分IO口用于数字温度传感器周期性扫描实时温度数据，周期性扫描的温度数据能够存储于数据疏离单元内部的存储单元及外设的数据存储单元中；接收到唤醒指令，进入数据传输模式，数据处理单元自动唤醒并开启外围的数字透传单元，将存储的温度数据进行发送。数据透传单元在完成数据的传输和接收后，继续进入休眠状态。通过合理的配置数据的扫描、数据传输周期，做到最大化低功耗工作模式，进而可以采用小容量及小体积的电池来进行设备的供电。

在本申请的一些具体实施例中，所述数据处理单元还被配置为：若接收到所述唤醒指令，控制所述数据透传单元将缓存的所述温度数据发送至其他所述无线测温节点。

在此方案中，分布式设置在不同位置的若干个无线测温节点之间可以进行数据的交互。

在本申请的一些具体实施例中，超低功耗智能无线测温大数据采集终端还包括与所述数字温度传感器、所述数据存储单元、所述数据透传单元和所述数据处理单元相连的电源模块，所述电源模块用于为所述数字温度传感器、所述数据存储单元、所述数据透传单元和所述数据处理单元供电。

在此方案中，在保证长期供电的周期不小于目标天数的条件下，数据处理单元(比如单片机)及外围电路正常工作的情况下，采用大容量电池，经过升压后，给数据处理单元提供长期有效工作电压。

在本申请的一些具体实施例中，所述数据透传单元包括NB-IoT通信模块。

在此方案中，采用低功耗的NB-IoT通信模块，结合其功能特点开发针对性低功耗模组，用于数据的透传。

在本申请的一些具体实施例中，所述数据处理单元包括ARM处理器。

在此方案中，采用了ARM内核的数据处理器，通过内嵌单片机程序，用于控制数字温度传感器对数据的采集、控制数据的存储、控制数据的发送、监听电源状态，功耗较低。

在本申请的一些具体实施例中，超低功耗智能无线测温大数据采集终端还包括分别连接至所述数据处理单元和所述云端大数据服务器的唤醒模块，所述唤醒模块用于基于所述云端大数据服务器发送的唤醒信息生成所述唤醒指令，并将所述唤醒指令传输至所述数据处理单元。

在此方案中，数据处理单元基于该唤醒指令能够唤醒自身及数据透传单元等，使该采集终端进入数据传输模式。

在本申请的一些具体实施例中，所述云端大数据服务器被配置为执行以下步骤：

步骤100：确定温度采集场景；

步骤101：查找与所述温度采集场景对应的配置参数集合和温度处理算法；

步骤102：根据所述配置参数集合和/或所述温度处理算法生成所述参数指令集文件；

步骤103：将所述参数指令集文件发送至相应的所述数据采集终端，所述参数指令集文件中包括所述数据采集终端的网络位置信息。

在此方案中，不同的温度采集场景，对应不同的温度采集频率、温度处理算法和设备参数，按其对应关系能够预先建立可供云端大数据服务器查询的二维表。参数指令集文件中包括对应的采集终端单体的网络位置信息。对应的大数据采集终端接收到参数指令集文件后，其数据处理单元首先识别该参数指令集文件中的网络位置信息与本身的网络位置信息是否相同，如果相同，则按参数指令集文件修改对应的单元或元器件的参数。作为一个示例，根据参数指令集文件中的温度采集频率，修改温度数字传感器的扫描周期。在此方案中，不同频率的温度采集场景下，支持云端大数据服务器的下发参数指令集文件，进而做到直接对感知层的模拟量参数变量的修改，采集终端在上报数据后，转换为数据接收状态，并维持一段时间的监听服务器状态，此周期内，云端大数据服务器可以按已规定好的协议完成相关参数的下发，采集终端做出对应的响应，完成后切断与云端大数据服务器的通讯过程，恢复到低功耗状态。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：该低功耗智能无线测温数据采集系统在传感器端集成数据透传单元以及数据处理单元，不同于传功的无线温度采集架构，每一个数据采集终端作为一个无线测温节点，若干个数据采集终端共同为云端大数据服务器提供数据支持，实现温度数据的远传通信，功耗较低，稳定性好，有利于提高采集温度的有效性和准确性。

下面，作为一个具体实施例，参见图3，一种超低功耗智能无线测温大数据采集终端包括用于控制的微型单片机、用于温度采集的外设的数字温度传感器DS18B20、用于存储数据的微型存储单元、用于远程传输数据的数据透传单元以及用于为整体设备供电的供电单元，每一个超低功耗智能无线测温大数据采集终端作为一个无线测温节点，通过数据透传单元与云端大数据服务器进行数据交互，为云服务提供数据支持。其中，微型单片机采用了二款ARM内核的32位数据处理器，通过内嵌单片机程序，用于控制温度数据采集外设单元(即数字温度传感器DS18B20)对数据的采集、控制数据的存储、控制数据的发送以及监听供电单元的电源状态；采用高精度的数字温度传感器DS18B20用于高效的温度数据的采集，相较传统的热电偶温度传感器，减少了数模转换的过程，降低了整机的外围电路复杂度，提高了整体设备的稳定性；数据存储单元包括微型单片机的核心CPU自身的126K存储空间用于采集数据的缓存及外部flash闪存用于数据的长周期存储，有效避免在网路通讯异常情况下，数据的意外丢失，有利于数据的长时间、大容量存储；数据透传单元采用低功耗的NB通讯模组，结合其功能特点开发了针对性低功耗模组，用于数据的透传；供电单元在保证长期供电的周期不小于500天的条件下，微型单片机及外围电路正常工作的情况下，采用了2000mah的大容量电池，经过升压后，提供微型单片机及外围电路的长期有效工作电压。

在此方案中，温度传感器DS18B20将采集的温度数据发送至微型单片机(以下简称MCU)，MCU对该温度数据处理后存储至数据存储单元中，在正常工作模式下，MCU控制外围电路进入休眠状态、只保留部分IO口用于温度外设单元(即数字温度传感器DS18B20)周期性扫描实时温度值，周期性扫描的温度数据缓存于MCU内部存储单元及外设flash闪存中；在数据传输的模式下，MCU通过自动唤醒，开启外围的数据透传单元，将缓存数据进行发送。透传单元在完成数据的传输和接收后，继续进入休眠状态。通过合理的配置数据的扫描、数据传输周期，做到最大化低功耗工作模式，进而可以采用小容量及小体积的电池来进行设备的供电。

在此方案中，在不同频率的温度采集场景下，支持云端大数据服务器下发的参数指令集，进而做到直接对于感知层的模拟量参数变量的修改，终端在上报数据后，转换为数据接收状态，并维持一段时间的监听云端大数据服务器状态，此周期内，云端大数据服务器可以按已规定好的协议完成相关参数的下发，终端做出对应的响应，完成后切断与服务器的通讯过程，恢复到低功耗状态。采用多场景下的温度处理算法、能够通过远端的云端大数据服务器对就设备处于不同的场景下相关参数的配置；

在此方案中，采用并配置四路高精度的数字温度传感器、采用小型化的结构设计，便于安装。采用NB-IOT的远传通信方式，集成到传感器端，减小了传统无线温度采集场景下需要传感器和远传数据终端的结构；采用低功耗的微型单片机、远传通信的NB通讯模组，减小了整机的功耗，进而可以利用锂电池进行供电，解决了传统无线温度采集场景下的高功耗及长供电的方式。高度集成化，集采集、数据处理及数据传输一体化，安装方式及调试方式傻瓜化，贴片绑扎时传感器安装，一键开关式设备启动、自适应性运行及数据远传。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。