一种基于tcp_ip嵌入式网络的环境要素监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于：MCU控制单元、身份识别单元、环境参数测量单元、电源输出单元、信息提供单元、大容量数据存储单元、网络接口芯片、计算机及移动式手持设备客户端；所述MCU控制单元分别与身份识别单元、环境参数测量单元、电源输出单元、信息提供单元、大容量数据存储单元及网络接口芯片连接；所述网络接口芯片分别与计算机、客户端连接；本发明的环境参数测量单元能够同时测量出多种类型的环境参数，如温度、湿度、大气压强、紫外光强度，在进行试验时，无需采用现有技术中的多个参数采集设备，只要采用本发明的系统即可完成多项检测，移动式手持设备客户端可以随时随地的实时监控整个实验室或生产车间的环境要素，从而更快捷、方便的完成试验，给实验带来极大的方便。
【专利说明】—种基于TCPJP嵌入式网络的环境要素监控系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统。
【背景技术】
[0002]目前，人们经常会使用环境参数测量设备采集所需的各种环境参数，比如人们在进行生物实验时，通常需要记录下各种环境参数，并填写实验报告，实验报告需要长期保存下来，从而根据各种环境参数信息来判断实验室条件是否适合开展当前生物实验；人们可以使用单独的测量环境参数的设备测量出各种环境参数，并使用身份识别设备来记录自己的身份，比如人们可以使用测量温度的设备测量出实验室的温度，用测量湿度的设备测量出实验室的湿度，用测量紫外光的设备测量出实验室的紫外光强度；当长时间进行实验，或实验人员离开实验室，涉及远距离控制实验环境，基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统可以实现这个要求；各种环境参数测量设备能够为人们的各种活动，比如进行生物实验、避免紫外光强度过大对人体造成伤害等，提供各种有价值的参考数据；但是，在目前，记录下各种环境参数，并填写实验报告都是完全依赖工作人员的工作态度来实施，如果工作人员不细心，就会导致数据记录不完整，或者因操作人员操作不当，致使数据记录存在误差，同时，各种测量过程，人员都需要进入该环境中，如果长时间、多次反复测量，或多多少会对人体产生一定的危害，甚至危及生命。
【发明内容】
[0003]本发明为了弥补现有技术的不足，提供一种基于TCP/IP的嵌入式网络环境要素控制系统，该系统结构简单、操作方便，能够实时测量多种类型的环境参数，并记录操作人员的身份信息，规范操作人员操作步骤、减少人为工作失误、保障工作人员生命安全。
[0004]为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案:
一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:包括MCU控制单元、身份识别单元、环境参数测量单元、电源输出单元、信息提供单元、大容量数据存储单元、网络接口芯片、计算机及客户端；所述MCU控制单元分别与身份识别单元、环境参数测量单元、电源输出单元、信息提供单元、大容量数据存储单元及网络接口芯片连接；所述网络接口芯片分别与计算机、客户端连接；
所述身份识别单元，用于操作者身份，采集操作者的身份信息，并将该信息输送至MCU控制单兀；
所述环境参数测量单元，用于测量各种环境信息，对环境信息进行采集，同时将采集到的信息输送至MCU控制单元；
所述控制MCU单元，接收身份识别单元输出的身份信息、环境参数测量单元输出的环境信息，将该信息分别传送至信息提供单元、大容量数据存储单元；
所述大容量数据存储单元用于将接收到的身份信息、环境信息进行实时存储，以便需要时进行数据读取；
所述信息提供单元用于将接收到的身份信息、环境信息提供给用户；
所述电源输出单元用于控制MCU控制单元的电源输出，提供MCU控制单元的电源管理控制；
进一步改进，所述MCU控制单元包括ARM内核处理器，所述ARM内核处理器上设有四个I/O接口、两个SPI接口、一个IIC接口；一个A/D转换器；所述四个I/O接口分别与信息提供单元、电源输出单元、大容量数据存储单元、网络接口芯片相连接；所述两个SPI接口与身份识别单元、环境参数测量单元连接；所述环境参数测量单元还分别与IIC接口、A/D转换器连接；
进一步改进，所述ARM内核处理器为32位嵌入式内核处理器；
进一步改进，所述ARM内核处理器内设有一个TCP/IP网络协议；
进一步改进，所述网络接口芯片为带有TCP/IP网络协议的接口 ；所述MCU控制单元通过该TCP/IP网络协议将计算机进行储存；
进一步改进，所述环境参数测量单元包括大气压强传感器、温度及湿度传感器、紫外光强度传感器；所述大气压强传感器通过一个SPI接口与MCU控制单元连接，将采集的大气压强信息输送至MCU控制单元；所述温度及湿度传感器通过IIC接口与MCU控制单元连接，将采集到的温度、湿度信息输送至MCU控制单元；所述紫外光强度传感器通过A/D转换器与MCU控制单元连接，将采集到紫外光强度信号输送至MCU控制单元，并通过A/D转换器将光信号转换成MCU控制单元所需的数字信号；
进一步改进，所述身份识别单元内设有射频卡读写卡片，用于身份区别，区分不同的操作者；
进一步改进，所述信息提供单元为液晶显示屏、LRD指示灯或蜂鸣器；
进一步改进，所述大容量存储单元包括RAM存储单元及ROM存储单元；
进一步改进，所述客户端为手持式设备；
与现有技术相比，采用上述方案，本发明的有益效果是:本发明采用以MCU为核心，控制传感器采集外部信号及接收远程PC机的控制命令和数据并根据接收的命令进行相应操作，同时控制芯片的运作以及对各种协议的选取和处理，将数据变换成可以在Internet传输的TCP/IP的协议格式，通过网络接口芯片与Internet进行连接，从而实现与远程计算机的双向通信；控制方基于PC平台或手持设备，主要负责对接收到的数据进行分析和处理，同时负责发送控制命令、传输数据和显示功能等；控制方也可以基于手持设备，通过3G/4G无线网络负责对接收到的数据进行分析和处理、发送控制命令和显示功能等；本发明的环境参数测量单元能够同时测量出多种类型的环境参数，如温度、湿度、大气压强、紫外光强度，在进行试验时，无需采用现有技术中的多个参数采集设备，只要采用本发明的系统即可完成多项检测，移动式手持设备客户端可以随时随地的实时监控整个实验室或生产车间的环境要素，从而更快捷、方便的完成试验，给实验带来极大的方便；
另外，由于本发明的基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统能够同时记录操作者的身份识别信息，那么，对工作责任的追究提供了可靠的数据，而且还可减少人为工作失误、保障工作人员生命安全；同时本发明还可以应用于各种类似的较危险的场合，如生产车间和高档实验仪器的管理，大大增加了本发明的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1是本发明结构示意图；
其中，1、身份识别单元；2、环境参数测量单元；3、MCU控制单元；4、信息提供单元；5、电源输出单元；6、大容量数据存储单元6 ;7、网络接口芯片；8、RJ45总线；9、3G/4G无线网络；10、计算机；11、客户端。
【具体实施方式】
[0006]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0007]如图1所示，一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，包括MCU控制单元3、身份识别单元1、环境参数测量单元2、电源输出单元5、信息提供单元4、大容量数据存储单元6、网络接口芯片7、计算机10及客户端11 ;所述MCU控制单元3分别与身份识别单元1、环境参数测量单元2、电源输出单元5、信息提供单元4、大容量数据存储单元6及网络接口芯片7连接；所述网络接口芯片7分别与计算机10、客户端11连接；其中，所述身份识别单元1，用于操作者身份，采集操作者的身份信息，并将该信息输送至MCU控制单元3 ;所述环境参数测量单元2，用于测量各种环境信息，对环境信息进行采集，同时将采集到的信息输送至MCU控制单元3 ;所述控制MCU单元3，接收身份识别单元I输出的身份信息、环境参数测量单元2输出的环境信息，将该信息分别传送至信息提供单元4、大容量数据存储单元6 ;所述大容量数据存储单元6用于将接收到的身份信息、环境信息进行实时存储，以便需要时进行数据读取；所述信息提供单元4用于将接收到的身份信息、环境信息提供给用户；所述电源输出单元5用于控制MCU控制单元3的电源输出，提供MCU控制单元3的电源管理控制；
进一步的，所述MCU控制单元3包括ARM内核处理器，所述ARM内核处理器上设有四个I/O接口、两个SPI接口、一个IIC接口 307 ;—个A/D转换器308 ；
优选地，本实施例中，所述ARM内核处理器为32位嵌入式内核处理器；之所以选择32位的嵌入式内核处理系统，主要考虑到系统资源的扩展；32位系统具有足够的资源，便于扩充利用，32位系统内本身具有RAM和ROM存储能力，使整个系统的存储能力增大，可以将整个TCP/IP协议族设置在ARM内核处理器中，或者内部嵌入一个TCP/IP网络协议族的操作系统，直接实现Internet的网络连接；
优选地，本实施例中，所述MCU控制单元3不间断地采集环境参数和当前操作者的用户信息，并将数据输出至信息提供单元4，同时将数据保存在大容量数据存储单元6 ；
所述四个I/O接口，即第一 I/O接口 302、第二 I/O接口 303、第三I/O接口 304、第四I/O接口 305，所述第一 I/O接口 301与大容量数据存储单元6连接，从而将大容量数据存储单元6与MCU控制单元3连接在一起；所述第二 /0接口 303与信息提供单元4连接，从而将信息提供单元4与MCU控制单元3连接在一起；所述第三I/O接口 304与网络接口芯片7连接，从而将网络芯片7与MCU控制单元3连接在一起；所述第四I/O接口 305与电源输出单元5连接，从而将电源输出单元5与MCU控制单元3连接在一起；
所述第三I/O接口 304为USB接口，ARM内核微处理器通过USB接口与外部计算机进行数据传递； 所述两个SPI接口，即第一 SPI接口 301、第二 SPI接口 306 ;所述第一 SPI接口 301与身份识别单元I连接，从而将身份识别单元I与MCU控制单元3连接在一起；所述第二 SPI接口 306与环境参数测量单元2连接，从而将环境参数测量单元2与MCU控制单元3连接在一起;
进一步的，所述网络接口芯片7为带有TCP/IP网络协议的接口 ；所述MCU控制单元3通过该TCP/IP网络协议将计算机进行储存；
进一步的，所述环境参数测量单元2包括大气压强传感器201、温度及湿度传感器202、紫外光强度传感器203 ;所述大气压强传感器201通过第一 SPI接口 201与MCU控制单元3连接，将采集的大气压强信息输送至MCU控制单元3 ;所述温度及湿度传感器202通过IIC接口 307与MCU控制单元3连接，将采集到的温度、湿度信息输送至MCU控制单元3 ;所述紫外光强度传感器203通过A/D转换器308与MCU控制单元3连接，将采集到紫外光强度信号输送至MCU控制单元3，并通过A/D转换器308将光信号转换成MCU控制单元3所需的数字信号；
进一步的，所述身份识别单元I内设有射频卡读写卡片，用于身份区别，区分不同的操作者；优选地，本实施例中，身份识别单元I为射频卡读写芯片，射频卡用于身份识别，区分不同的操作者；另外身份识别的方式还可以是指纹识别、虹膜识别；
进一步的，所述信息提供单元4为液晶显示屏、LRD指示灯或蜂鸣器；从而提供图形、文字、声音、光丰富的报警、信息提示手段；优选地，在本实施例中，所述信息提供单元4通过显示或播音的方式将数据提供给用户；所述的信息提供单元4可以为具有显示功能的器件和/或具有放音功能的器件。当信息提供单元4具有显示功能时，比如为液晶显示屏时，信息提供单元4可以将大气压强、温度、湿度、紫外光强度显示给用户；当信息提供单元4具有播音功能时，信息提供单元4可以通过语音将大气压强、温度、湿度、紫外光强度播放给用户；信息提供单元4可以通过强烈色彩的LED指示灯来提示用户当前环境参数超出要求的范围，或者存在对人体有伤害的强烈紫外光；
进一步的，大容量数据存储单元6接收并保存操作者身份数据、大气压强、温度、湿度、紫外光强度数据；
系统的工作方式为:单片机通过AD转换器采集外部多路传感器信号，并将采集到的不同传感器的数据存储于外接RAM的不同存储区域，同时，单片机处于不停的监听端口等待远程连接的状态，当远程PC机或手持设备访问该系统时，单片机根据远程PC机或手持设备不同的指令，将RAM相应区域内的数据传输给远程PC机或手持设备，以供远程PC机或手持设备进行数据处理和监视或者单片机对PC机或手持设备的控制指令对外部设备执行相应的操作命令；
可见，在本发明控制系统中，环境参数测量单元2能够测出环境参数，身份识别单元1，能够识别操作者身份，信息提供单元4，能够将环境数据和身份数据、声光信号提供给用户；从而实现了对操作者身份及环境参数的采集、保存，并控制电源和产生报警信息；
另外，本发明还可以向用户提供操作者权限管理功能；
同时MCU通过TCP/IP协议的网络接口把环境参数数据传输到计算机存储起来，微控制单元(MCU)可以通过远程网络或3G/4G无线网络识别客户端计算机或手持设备操作者的身份； 计算机通过网络控制实验环境，同时手持设备(例如手机)可以通过3G/4G无线网络控制实验环境。计算机可以通过远程网络控制(启动或关闭)MCU和环境参数测量、采集控制单元、电源系统，手持设备(例如手机)可以通过3G/4G无线网络控制MCU和环境参数测量、采集控制单元、电源系统；
本发明的构成是遵循的标准的客户机/服务器(Client/Server)网络模型的原则来搭建的；其中，以MCU为核心的系统作为服务器供作为客户机的远程PC机或手持设备访问的形式来实现。
[0008]本发明采用以MCU为核心，控制传感器采集外部信号及接收远程PC机的控制命令和数据并根据接收的命令进行相应操作，同时控制芯片的运作以及对各种协议的选取和处理，将数据变换成可以在Internet传输的TCP/IP的协议格式，通过网络接口芯片与Internet进行连接，从而实现与远程计算机的双向通信；控制方基于PC平台或手持设备，主要负责对接收到的数据进行分析和处理，同时负责发送控制命令、传输数据和显示功能等；控制方也可以基于手持设备，通过3G/4G无线网络负责对接收到的数据进行分析和处理、发送控制命令和显示功能等；
本发明的环境参数测量单元能够同时测量出多种类型的环境参数，如温度、湿度、大气压强、紫外光强度，在进行试验时，无需采用现有技术中的多个参数采集设备，只要采用本发明的系统即可完成多项检测，移动式手持设备客户端可以随时随地的实时监控整个实验室或生产车间的环境要素，从而更快捷、方便的完成试验，给实验带来极大的方便；
另外，由于本发明的基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统能够同时记录操作者的身份识别信息，那么，对工作责任的追究提供了可靠的数据，而且还可减少人为工作失误、保障工作人员生命安全；同时本发明还可以应用于各种类似的较危险的场合，如生产车间和高档实验仪器的管理，大大增加了本发明的可靠性；
本发明涉及基于TCP/IP的嵌入式网络环境大数据智能采集、控制技术，计算机远距离控制实验环境，同时手持设备(例如手机)也可以通过3G/4G无线网络控制实验环境，涉及带环境参数测量、环境要素控制和带身份识别的电源控制系统；控制单元将身份识别数据、环境参数数据输至信息提供单元和大容量数据存储单元，信息提供单元将接收到的身份识别数据和环境参数数据提供给用户，大容量数据存储单元将接收到的身份识别数据和环境参数数据保存到大容量存储卡中，控制单元通过TCP/IP协议的网络接口把数据传输到计算机存储起来，控制单元根据设置好的环境参数报警信息控制电源、传感器并作出相应的报警动作。本发明能实时测量出多种类型的环境参数，通过不同的网络计算机或手持设备均可以远距离控制实验环境，启动或关闭相应的传感器或电源；系统实现了数据的不间断采集和大容量存储，可以提供有效的仪器设备电源管理控制和记录使用信息的方法，可广泛应用于各种实验室和生产车间等领域；
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:MCU控制单元、身份识别单元、环境参数测量单元、电源输出单元、信息提供单元、大容量数据存储单元、网络接口芯片、计算机及客户端；所述MCU控制单元分别与身份识别单元、环境参数测量单元、电源输出单元、信息提供单元、大容量数据存储单元及网络接口芯片连接；所述网络接口芯片分别与计算机、客户端连接； 所述身份识别单元，用于操作者身份，采集操作者的身份信息，并将该信息输送至MCU控制单兀； 所述环境参数测量单元，用于测量各种环境信息，对环境信息进行采集，同时将采集到的信息输送至MCU控制单元； 所述控制MCU单元，接收身份识别单元输出的身份信息、环境参数测量单元输出的环境信息，将该信息分别传送至信息提供单元、大容量数据存储单元； 所述大容量数据存储单元用于将接收到的身份信息、环境信息进行实时存储，以便需要时进行数据读取；所述信息提供单元用于将接收到的身份信息、环境信息提供给用户； 所述电源输出单元用于控制MCU控制单元的电源输出，提供MCU控制单元的电源管理控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:所述MCU控制单元包括ARM内核处理器，所述ARM内核处理器上设有四个I/O接口、两个SPI接口、一个IIC接口；一个Α/D转换器；所述四个I/O接口分别与信息提供单元、电源输出单元、大容量数据存储单元、网络接口芯片相连接；所述两个SPI接口与身份识别单元、环境参数测量单元连接；所述环境参数测量单元还分别与IIC接口、Α/D转换器连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:所述ARM内核处理器为32位嵌入式内核处理器。
4.根据权利要求1所述的一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:所述ARM内核处理器内设有一个TCP/IP网络协议。
5.根据权利要求1所述的一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:所述网络接口芯片为带有TCP/IP网络协议的接口 ；所述MCU控制单元通过该TCP/IP网络协议将计算机进行储存。
6.根据权利要求1所述的一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:所述环境参数测量单元包括大气压强传感器、温度及湿度传感器、紫外光强度传感器；所述大气压强传感器通过一个SPI接口与MCU控制单元连接，将采集的大气压强信息输送至MCU控制单元；所述温度及湿度传感器通过IIC接口与MCU控制单元连接，将采集到的温度、湿度信息输送至MCU控制单元；所述紫外光强度传感器通过Α/D转换器与MCU控制单元连接，将采集到紫外光强度信号输送至MCU控制单元，并通过Α/D转换器将光信号转换成MCU控制单元所需的数字信号。
7.根据权利要求1所述的一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:所述身份识别单元内设有射频卡读写卡片，用于身份区别，区分不同的操作者。
8.根据权利要求1所述的一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:所述信息提供单元为液晶显示屏、LRD指示灯或蜂鸣器。
9.根据权利要求1所述的一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:所述大容量存储单元包括RAM存储单元及ROM存储单元。
10.根据权利要求1所述的一种基于TCP_IP嵌入式网络的环境要素监控系统，其特征在于:所述客户端为手持式设备。
【文档编号】G05B19/418GK104166381SQ201410262718
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】舒正华, 谢志华, 刘国栋 申请人:江西科技师范大学