一种基于窄带物联网粮仓温度监测装置的制作方法

本实用新型涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种基于窄带物联网粮仓温度监测装置。

背景技术：

在现有的粮仓温度监测控制系统，使用温度传感器对粮仓内的温度进行检测，进而将检测的信号通过无线发送的方式传输给控制终端，进而对粮仓内的温度进行检测，在温度较高时通过风扇进行降温，保持粮仓内的温度在规定的范围内。而现有使用的通信技术为Zigbee技术、GPRS和WiFi等无线通信技术，这样的通信技术的数据准确率较比低，而且耗电量比较大。同时其无线传感器需要额外携带电池进行供电，粮仓是存放在室内的，因此在蓄电上面无法通过太阳光照进行补充，因此导致能源上的损耗较快，又无法补充，从而使得监测装置电源耗尽失效。若是在一个中、大型储粮基地中，频繁地更换电池使得工作量较大、成本提高。GPRS无线通信技术通信使用成本高。粮库作为国家战略安全设施信息安全很重要，而WiFi等技术信息安全性不高，对粮库信息安全要求难以保证。

技术实现要素：

本实用新型要解决准确信号传输、降低能源损耗、保证通信信息安全和实时监控管理的技术问题，在于提供一种基于窄带物联网粮仓温度监测装置，解决粮仓监控设备的无线传输范围小，以及监控装置内置电源使用寿命短、信息安全要求难保证的问题。

本实用新型是这样实现的：一种基于窄带物联网粮仓温度监测装置，包括两个以上温度监测单元和一个窄带物联网无线通信节点；

一个所述窄带物联网无线通信节点电连接多个所述温度监测单元；所述窄带物联网无线通信节点包括控制模块、电源管理模块、窄带物联网无线通信模块和存储模块，所述电源管理模块分别与控制模块、窄带物联网无线通信模块、存储模块电和温度监测模块连接，所述控制模块分别与窄带物联网无线通信模块、存储模块电和温度监测模块连接；

所述电源管理模块用于控制电源的输出电压并为窄带物联网无线通信节点的模块和温度监测单元供电。

进一步地，所述窄带物联网无线通信模块使用窄带物联网通信技术，其结构包括Quectel BC95芯片，所述Quectel BC95芯片用于处理信号和数据传输。

进一步地，所述温度监测单元数量为四个以上。

进一步地，所述存储模块为SRAM存储模块、DRAM存储模块或SDRAM 存储模块。

进一步地，所述控制模块为低功耗单片机。

进一步地，还包括监测杆，所述窄带物联网无线通信节点设置在监测杆的一端。

进一步地，所述监测杆的一端设置有把手，所述把手设置在与窄带物联网无线通信节点的相同端。

进一步地，所述监测杆的杆身为中空结构。

进一步地，所述温度监测单元为DS18B20温度传感器，所述DS18B20 温度传感器设置在监测杆的杆身。

进一步地，所述DS18B20温度传感器与DS18B20温度传感器之间等间距设置。

本实用新型具有如下优点：区别于现有的粮仓温度监控装置的能源损耗大，以及信号传输不稳定等缺点。本技术方案的基于窄带物联网粮仓温度监测装置，通过窄带物联网(窄带NB-IoT)技术进行信号的管理、存储和传输，其效果具有低数据速率传输、大规模终端数目的管理和大范围信号覆盖等优点。窄带NB-IoT其信号覆盖性能好，能高效传输数据；其上行增益高于其他现有技术的无线通信技术；能耗相较其他现有技术的无线通信技术要小得多，其电池寿命大于10年；读数时间小于1秒，授权频谱，服务质量可保证，传输距离大于10公里；用户使用费用低廉；其信息传输安全性较WiFi等无线通信技术更强，能防止公共信息的泄露。一个窄带物联网无线通信节点连接多个温度监测单元可节约使用多个无线通信节点的成本。通过DS18B20温度传感器对粮仓内的温度进行自动采集，而其DS18B20温度传感器等间距分布在监测杆上，进而实现不同深度粮食的温度采集，以及多个监测杆在粮仓中的均匀分布，使得温度的采集更加准确。同时设定粮仓的温度值，低于设定的温度值窄带物联网无线通信节点每隔一定时间就会传输一次温度信息和序列号给窄带物联网无线通信基站，基站再将信息传给控制中心。当温度值超过设定的值时，窄带物联网无线通信节点立即将信息传给窄带物联网无线通信基站，基站再信息传给控制中心。控制中心会发出报警信号，并控制离心风机、排风窗和空调进行降温处理，使得温度保持在设定范围内。同时通过电源管理模块可以合理的控制并输送电源，保证合理使用电池电源，不用连接市电，提高了其移动性能，同时还可以为温度监测单元提供外置电源。

附图说明

图1为本实用新型实施例中基于窄带物联网粮仓温度监测装置的剖视图；

图2为本实用新型实施例中基于窄带物联网粮仓温度监测装置的局部视图；

图3为本实用新型实施例中基于窄带物联网粮仓温度监测装置的电路原理模块图。

附图标记说明：

10、温度监测单元；101、监测杆；102、把手；103、中空结构；

105、监测杆的杆身；106、测温电缆；

20、窄带物联网无线通信节点；201、控制模块；202、电源管理模块；

203、窄带物联网无线通信模块；204、存储模块；

30、窄带物联网无线通信基站；

31、控制中心。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1以及图2，本实用新型提供一种基于窄带物联网粮仓温度监测装置，包括两个以上温度监测单元10和一个窄带物联网无线通信节点20；

所述一个窄带物联网无线通信节点电连接多个温度监测单元，这里的多个温度监测单元即是前述的两个以上的温度监测单元；如图3所示，所述窄带物联网无线通信节点包括控制模块201、电源管理模块202、窄带物联网无线通信模块203和存储模块204，所述电源管理模块分别与控制模块、窄带物联网无线通信模块和存储模块电连接，所述控制模块分别与窄带物联网无线通信模块和存储模块电连接；

所述电源管理模块用于控制电源的输出电压并为窄带物联网无线通信节点的模块供电。所述温度监测单元自动采集粮仓中的温度，并将信息以数字信号的形式发送到控制器模块，控制器模块根据设定的阈值或时间频度将这些信息保存在存储器模块或通过窄带物联网无线通信模块将信息传给窄带物联网无线通信基站。所述存储器模块保存无线通信节点的序列号和将临时的温度值和温度监测单元的序列号所转换的高度位置信息合成的温度信息。

本实用新型在应用时，温度监测单元可以获取到的粮仓的温度，控制模块可以通过窄带物联网无线通信模块将温度发送给基站30，基站再将信息传给控制中心31，实现温度的发送和监控。由于窄带物联网通信模块都是低功耗模块，这样可以延长电池的使用寿命。而且窄带物联网通信模块可以进行长距离无线数据传输，解决了无线传输范围小的问题，同时能耗相较其他现有技术的无线通信技术要小得多，其电池寿命大于10年；读数时间小于1秒，授权频谱，服务质量可保证，传输距离大于10公里；用户使用费用低廉；其信息传输安全性较WiFi等无线通信技术更强，能防止公共信息的泄露。

其中，根据粮仓的管理规范，所述温度监测单元数量为四个以上。

所述窄带物联网无线通信模块包括Quectel BC95芯片，所述Quectel BC95芯片用于信号处理和数据传输，主要将信息传给窄带物联网无线通信基站(NB-IoT 基站)，并接收NB-IoT基站传来的命令。所述温度监测单元包括DS18B20芯片，数量为四个或八个。电源管理模块包括HIP6301芯片，HIP6301芯片用于为控制器模块、无线通信模块和存储器模块供电，同时为监测杆上各个DS18B20 测温传感器提供+5V的外部供电。存储模块为SRAM存储模块、DRAM存储模块或SDRAM存储模块，用于存放温度信息和序列号。控制模块为AT89S52单片机，用于处理信号和控制。

还包括监测杆101，所述窄带物联网无线通信节点设置在监测杆的一端，所述监测杆的一端设置有把手102，所述把手设置在与窄带物联网无线通信节点的相同端。所述监测杆的杆身为中空结构103。所述温度监测单元为 DS18B20温度传感器，所述DS18B20温度传感器设置在监测杆的杆身105。所述DS18B20温度传感器与DS18B20温度传感器之间等间距设置。

在某个实施例中，基于窄带物联网粮仓温度监测装置是一个用来监控并调节粮仓内的温度的装置。在粮仓内均匀的布置监测杆，使得粮仓内的每个地方都可以被监测到。在监测杆上等间距的设置有DS18B20温度传感器， DS18B20温度传感器与DS18B20温度传感器之间的距离可以为两米。同时使用测温电缆106进行连接，而测温电缆是由电源线、接地线和信号线塑封组成。因此在将监测杆上的DS18B20温度传感器都依次电连接起来，最后与窄带物联网无线通信节点电连接。因此电源管理模块使用HIP6301芯片，而 HIP6301芯片可以对电能的变化、分配和检测等和对后级电路进行功率输出。也就是合理转化、管理、分配、控制输入和控制输出等处理，进而为控制模块、窄带物联网无线通信模块、存储模块和温度监测单元的持续供电提供了保障。对于控制模块是低功耗单片机，而低功耗单片机的型号可以为52系列的单片机。对于存储模块可以是SRAM存储模块、DRAM存储模块和SDRAM 存储模块等。由于监测杆的杆身为空心结构，因此测温电缆可以沿空心结构的内壁布置连接各个DS18B20温度传感器，而窄带物联网无线通信节点设置在监测杆的把手内，因此测温缆线可以在空心结构内与窄带物联网无线通信节点电连接。并且通过把手便于抓取监测杆，在使用上更具有实用性。同时 DS18B20温度传感器是采用外部供电方式，因此其使用寿命和长时间监测上具有较大的优势，并且DS18B20温度传感器的借口为总线接口方式，因此与其它模块或设备连接较为便利。

因此通过DS18B20温度传感器可以对粮仓内的温度进行自动采集，而且会实时对粮仓内的温度进行感知。在DS18B20温度传感器会将检测到的温度，转变成电信号传输给控制模块，控制模块接收到该电信号时，会将该信号与设定的温度值进行比较，当检测到的温度值低于设定的温度值时，控制模块会将该温度值和DS18B20测温传感器所在的高度位置信息一起存储到存储模块中。因为DS18B20测温传感器在出厂时其序列号是唯一的，因此可以通过识别序列号了解到某个温度信号来源与哪个DS18B20测温传感器，进而通过事先的安装DS18B20测温传感器时记录的高度，得出任意一个DS18B20测温传感器的高度信息。

在每隔一定的时间，控制模块就会读取存储在存储模块内的信息，以及该窄带物联网无线通信节点的序列号信息，并将温度信息和存储于存储模块的最后十个温度信息相比较，并取其平均值将信号输出，该窄带物联网无线通信节点的窄带物联网无线通信模块会将温度平均值的信号和窄带物联网无线通信节点的序列号无线传输给窄带物联网无线通信基站30。对于窄带物联网无线通信模块使用的是Quectel BC95芯片，Quectel BC95芯片的频段为B8 (900MHz)、封装LCC、管脚数量94、供电电压3.0～4.2V、典型值3.8V、工作温度在-40℃～+85℃、AT指令控制3GPP TR 45.820和其它AT扩展指令等等工作指标。在数据传输上具有100bps<bit rate<100kbps(TBC)的速度；而其协议栈为NB-M2M(3GPP-TR-45.820)and NB-IOT protocols。Quectel BC95 芯片用于和温度监测单元电连，并将处理后的温度监测单元传输的温度数据和窄带物联网无线通信节点的序列号信息传输到基站。窄带物联网无线通信模块主要功能是将信息传给窄带物联网无线通信基站，并接收窄带物联网无线通信基站传来的命令。窄带物联网无线通信基站会将这些信息发送给控制中心31。

当检测到的温度超过设定的值时，控制模块会将该信号直接传输给窄带物联网无线通信节点，窄带物联网无线通信模块也会第一时间将该信号和该节点的序列号发送到窄带物联网无线通信基站，最后被控制中心接收。

在控制中心接收到该信号后，会第一时间内发出警报或者提示，并且发送控制信号到该窄带物联网无线通信节点所在粮仓的通风设备。通风设备具有空调、离心风机和控制窗口等，离心风机会带动粮仓内的气体流动，并通过控制窗口进行气体的更换，进行散热处理。同时空调可以调节粮仓的温度，进而对粮仓的环境温度进行控制降温，进而使得粮仓内的温度值低于设定值。因此对于整个基于窄带物联网粮仓温度监测装置，可以实时监控粮仓内的温度，在发生温度超过设定值时能够第一时间得到处理。由于使用窄带物联网通信模块，可以进行长距离无线数据传输，解决了无线传输范围小的问题，同时能耗相较其他现有技术的无线通信技术要小得多，使得设备或者装置的使用寿命大大增加，进而使得其连续监测性能提高；用户使用费用低廉使得监控的成本极大降低。其信息传输安全性较WiFi等无线通信技术更强，能有效地防止公共信息的泄露。

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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围之内。