专利名称：基于ZigBee的设备健康监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及设备检测领域，特别涉及一种基于ZigBee的设备健康监测系统。
背景技术：
对于重大设备，其寿命不仅取决于自身性能的特征，还与设备所处的环境有密切关系。针对重大设备的健康监测装置，通过尽可能少的传感器采集设备的各种重要环境数据信息，借助各种智能推理算法来评估该设备的健康状态，在设备故障发生前对其故障进行有效的预测，并采取相关的措施，以免设备发生故障，或者通过检测及时发现设备的异常情况，尽快采取相应的维修措施，防止故障进一步加重带来的损害。目前，能源是限制大多数监测装置的正常工作的重要因素，尤其是那些需要长期固定监测而不能采取其他补充措施的装置。而现有的一些健康检测装置往往功耗比较大，虽然可以对设备进行健康监测，但是受其功耗的影响不能长期对设备进行健康监测，特别是像卫星、海底设备等环境恶劣人为涉足不便时其弊端会更加明显。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。为达到上述目的，本发明的实施例提出一种基于ZigBee的设备健康监测系统，包括多个检测装置，用于检测设备的加速度、温湿度、气体压力和燃料的探测，其中，所述多个检测装置的部件定时检测所述设备的数据，并且在规定时间内或者准备工作做完之后启动，而在其他时间则处于睡眠状态；手持终端，用于接收所述检测装置所检测的数据，并对所述检测处理装置进行控制；以及监控计算机，用于分析保存并统计所述设备数据，其中，所述检测装置还可以通过所述手持终端的控制或者通过安装在所述多个检测装置的无源开关进行启动。根据本发明实施例的系统，通过检测装置定时检测而其他时间处于睡眠状态，从而减少了能源损耗，同时采用无源开关检测突发性情况，并由手持终端对检测装置进行实施检测及控制，进一步提高了系统的鲁棒性。本发明的一个实施例中，所述多个检测装置的每个检测装置具体包括检测模块，用于通过多个传感器检测设备数据，其中，所述设备数据包括设备的加速度、温湿度、气体压力和特殊气体；传输模块，用于发送将所述设备信息或接收所述手持终端的信息；控制模块，用于对所述设备的检测进行控制；以及电源模块，用于为所述检测装置供电。本发明的一个实施例中，所述手持终端具体包括收发模块，用于向所述检测装置发送或接收信息；显示模块，用于显示从所述检测装置接收的信息；存储模块，用于存储所述检测装置所检测的信息；控制模块，用于对所述检测装置进行控制；以及供电模块，用于为所述手持终端供电。本发明的一个实施例中，所述无源开关为无源震动开关和无源温度开关，并且所述无源震动开关和无源温度开关始终处于检测状态当任意无源开关启动时唤醒所述控制模块对所述设备的检测进行控制。本发明的一个实施例中，所述检测装置的检测模块不能始终开启，只能间歇性的开启来实现与手持终端之间的通信。本发明的一个实施例中，所述多个传感器包括三轴加速度计、温湿度传感器、气体压力传感器、燃料探测器和电源检测器，其中，所述多个传感器分别与模拟电源开关相连，检测时闭合所述开关进行检测采集数据，而其他时间处于断开状态。本发明的一个实施例中，所述三轴加速度计通过比较任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生，并且所述三轴加速度计与所述无源开关相连，在通常情况下处于断开状态，当所述无源开关检测到相应变化时与所述无源开关形成闭合链路。本发明的一个实施例中，所述检测装置有常规监测、紧急监测和受控监测模式。本发明的一个实施例中，所述气体压力传感器和燃料探测器分别气体压力的变化和燃料是否泄漏等。本发明的一个实施例中，所述电源检测器由降压芯片和电源模拟开关组成，其中，所述降压芯片功耗较低，降压性能良好，能够准确得出所需电压，电源模拟开关可对电源进行控制在器件未进行工作时候作断电处理。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为根据本发明一个实施例的基于ZigBee的设备健康监测系统的框架图；图2为根据本发明一个实施例的基于ZigBee的设备健康监测系统的具体框架图；图3为根据本发明一个实施例的检测装置的框架图；图4为根据本发明一个实施例的控制模块130的主板电路图；图5为根据本发明一个实施例的电源模块的电路图；图6为根据本发明一个实施例的手持终端的框架图；图7为本发明一个实施例的常规检测模式下每周期各个时序产生的功耗统计数据；图8为本发明一个实施例的紧急检测模式下每周期各个时序产生的功耗统计数据；以及图9为本发明一个实施例的受控检测模式下每周期各个时序产生的功耗统计数据。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
图1为根据本发明一个实施例的基于ZigBee的设备健康监测系统的框架图。图2为根据本发明一个实施例的基于ZigBee的设备健康监测系统的具体框架图。如图1和图2所示，根据本发明实施例的基于ZigBee的设备健康监测系统，包括多个检测装置100、手持终端200和监控计算机300。具体地，多个检测装置100用于检测设备的加速度、温湿度、气体压力和燃料的探测，其中，多个检测装置的部件定时检测设备的数据，并且在规定时间内或者准备工作做完之后启动，而在其他时间则处于睡眠状态。图3为根据本发明一个实施例的检测装置的框架图。如图3所示，检测装置100包括检测模块110、传输模块120、控制模块130和电源模块140。检测模块110用于通过多个传感器检测设备数据，其中，设备数据包括设备的加速度、温湿度、气体压力和特殊气体。传输模块120用于发送将设备信息或接收手持终端的信息。控制模块130用于对设备的检测进行控制。图4为根据本发明一个实施例的控制模块130的主板电路图，具体连接如图4所示。电源模块140用于为检测装置供电。图5为根据本发明一个实施例的电源模块的电路图，具体连接如图5所示。在本发明的一个实施例中，检测模块110、传输模块120、控制模块130和电源模块140在检测装置的箱体内，该箱体包括上盖、下盖，且上盖和下盖由金属材料制成，由螺纹连接。上盖顶部开布局为均匀的圆孔，保证检测装置100内部与环境条件温湿度、气体浓度等参量相同，同时另开一个圆孔，使传输模块120的收发天线能够通过。电源模块140为两块电池通过固定装置固定在箱体内的孔槽与固定弹簧相连，并且由圆环状弹簧扣将两边扣起，保持电池前后上下方向的位置不变。在本发明的一个实施例中，多个传感器包括三轴加速度计、温湿度传感器、气体压力传感器、燃料探测器和电源检测器及数据采集记录板，板上安装有温度开关、无源震动开关、降压芯片及电源模拟开关，另外有手动电源控制开关、置位复位开关。在本发明的一个实施例中，三轴加速度计是一款小而薄(3mmX5mmX Imm)的超低功耗三轴加速度计，分辨率高(13位，3. 9mg/LSB)，测量范围大(土 16g)。活动和非活动检测功能通过比较任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生。集成式存储器管理采用一个32级先进先出(FIFO)缓冲器来存储数据，从而将主机处理器负荷降至最低，并降低整体系统功耗。低功耗模式支持基于运动的智能电源管理，从而以极低的功耗进行阈值感测和运动加速度测量。另外三轴加速度计通过无源震动开关与芯片相连接，在常规采集中作为闭合通路，在其他时候控制着环境的加速大小，当加速度达到某一个值或者是接收到用户给出的中断信号时自动启动三轴加速度计跟踪测试，其他时候三轴加速度计处于休眠状态，极大地降低了所需功耗。温湿度传感器运用两线制的串行接口调整内部的电压，使外围系统集成变得快速而简单。温度传感器与芯片之间有温度开关，除常规定时测量以夕卜，若温度开关产生信号或用户提供中断时温湿度传感器开始采集数据，并将所得结果及时发送出去，保证故障能够及时被预知。气体压力传感器，功耗较低，开启实时监测，及时通过环境内部气体压力的变化来判断是否发生异常情况。燃料探测器通过检测环境中燃料浓度大小来判断燃料是否发生泄漏，及时避免重大事故的发生。
手持终端200用于接收检测装置所检测的数据，并对检测处理装置进行控制。图6为根据本发明一个实施例的手持终端的框架图。如图6所示，手持终端200包括收发模块210、显示模块220、存储模块230、控制模块240和供电模块250。收发模块210用于向检测装置发送或接收信息。显示模块220用于显示从检测装置接收的信息。存储模块230用于存储检测装置所检测的信息。控制模块240用于通过不同控制按钮对检测装置进行控制。供电模块250用于为手持终端供电。在本发明的一个实施例中，收发模块210、显示模块220、存储模块230、控制模块240和供电模块250安装在外壳内，该外壳包括上盖、下盖，且上盖和下盖由硬质塑料制成，之间由螺钉连接，螺纹孔由下盖开到上盖经过数据处理模块的固定孔，未穿透上盖。上盖开多个孔，开有USB连接孔、按钮孔、显示屏孔及供电模块开关孔。下盖内底部有凸槽用于安装供电模块，例如，锂电池板。监控计算机300用于分析保存并统计设备数据。监控计算机300与手持终端200通过USB数据线连接对所检测的设备数据进行分析统计。本发明的一个具体实例中，手持终端下盖由硬质塑料制成，四周及底部壁厚
2.5mm,内部空间为123mmX50mmX 17. 5mm,内部四角分别延伸有四分之一圆台，下盖从底部四角开直径为6mm圆孔,深IOmm,圆孔内钻螺纹孔并穿透到内部圆台上表面,用于固定手持终端数据处理模块和上盖。手持终端电池板安装在下盖内底部的方形塑料槽内，塑料槽能够较紧地卡住锂电池板，塑料槽一角有正负两个接触点，与电池板相连接为整个装置供电。手持终端数据处理模块主体为123mmX50mmXl. 5mm电路板，每个角开有安装孔，安装于下盖内部的四个圆台上，用螺钉从下盖底部将其固定，处理模块的上表面与下盖开口处平齐或者未超出开口处。处理模块电路板上下表面焊接有所需的按钮、开关及芯片等等器件，处理模块上由转接口与显示屏连接，处理模块的收发天线向上穿过手持终端上盖。手持终端上盖由硬质塑料制成，四周及上部壁厚2. 5mm,内部空间为123mmX50mmX7. 5mm,内部四角分别延伸有四分之一圆台，圆台上钻有螺纹孔，孔深7mm，用于与下盖及处理模块配合。上盖的上表面开有41mmX31mm通孔，用于安装显示屏，上盖上表面另开有7个直径为3. 5mm的孔，可通过处理模块上的控制按钮，同时上表面开有天线孔及电路开关孔。上盖侧面开有USB插孔，与电脑终端进行连接或者通过USB孔为手持终端供电。本发明的一个具体实例中，设计和规划检测装置的工作模式，降低能源消耗。检测装置有三种工作状态常规检测、紧急检测和受控检测。本发明的一个具体实例中，常规监测是指环境参量没有重大变化或者无源开关未启动，或者没有操作人员主动控制的模式。常规监控模式的执行顺序如表I所示。表I
权利要求
1.一种基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，包括: 多个检测装置，用于检测设备的加速度、温湿度、气体压力和燃料的探测，其中，所述多个检测装置的部件定时检测所述设备的数据，并且在规定时间内或者准备工作做完之后启动，而在其他时间则处于睡眠状态； 手持终端，用于接收所述检测装置所检测的数据，并对所述检测处理装置进行控制；以及 监控计算机，用于分析保存并统计所述设备数据， 其中，所述检测装置还可以通过所述手持终端的控制或者通过安装在所述多个检测装置的无源开关进行启动。
2.如权利要求1所述的基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，所述多个检测装置的每个检测装置具体包括: 检测模块，用于通过多个传感器检测设备数据，其中，所述设备数据包括设备的加速度、温湿度、气体压力和特殊气体； 传输模块，用于发送将所述设备信息或接收所述手持终端的信息； 控制模块，用于对所述设备的检测进行控制；以及 电源模块，用于为所述检测装置供电。
3.如权利要求1所述的基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，所述手持终端具体包括: 收发模块，用于向所 述检测装置发送或接收信息； 显示模块，用于显示从所述检测装置接收的信息； 存储模块，用于存储所述检测装置所检测的信息； 控制模块，用于对所述检测装置进行控制；以及 供电模块，用于为所述手持终端供电。
4.如权利要求1和2所述的基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，所述无源开关为无源震动开关和无源温度开关，并且所述无源震动开关和无源温度开关始终处于检测状态当任意无源开关启动时唤醒所述控制模块对所述设备的检测进行控制。
5.如权利要求6所述的基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，所述检测装置的检测模块不能始终开启，只能间歇性的开启来实现与手持终端之间的通信。
6.如权利要求2所述的基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，所述多个传感器包括三轴加速度计、温湿度传感器、气体压力传感器、燃料探测器和电源检测器，其中，所述多个传感器分别与模拟电源开关相连，检测时闭合所述开关进行检测采集数据，而其他时间处于断开状态。
7.如权利要求1-5所述的基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，所述检测装置有常规监测、紧急监测和受控监测模式。
8.如权利要求6所述的基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，所述三轴加速度计通过比较任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生，并且所述三轴加速度计与所述无源开关相连，在通常情况下处于断开状态，当所述无源开关检测到相应变化时与所述无源开关形成闭合链路。
9.如权利要求6所述的基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，所述气体压力传感器和燃料探测器分别气体压力的变化和燃料是否泄漏。
10.如权利要求6所述的基于ZigBee的设备健康监测系统，其特征在于，所述电源检测器由降压芯片和电源模拟开关组成，其中，所述降压芯片功耗较低，降压性能良好，能够准确得出所需电压，电 源模拟开关可对电源进行控制在器件未进行工作时候作断电处理。
全文摘要
本发明提出一种基于ZigBee的设备健康监测系统。该系统包括多个检测装置，用于检测设备的加速度、温湿度、气体压力和燃料的探测，其中，检测装置的部件定时检测设备的数据，并且在规定时间内或者准备工作做完之后启动，而在其他时间则处于睡眠状态；手持终端，用于接收检测装置所检测的数据，并对检测处理装置进行控制；以及监控计算机，用于分析保存并统计设备数据，其中，检测装置还可以通过手持终端的控制或者通过安装在检测装置的无源开关进行启动。根据本发明实施例的系统，通过检测装置定时检测而其他时间处于睡眠状态，从而减少了能源损耗，同时采用无源开关检测突发性情况，并由手持终端对检测装置进行实施检测及控制，进一步提高了鲁棒性。
文档编号G08C17/02GK103076046SQ20121059387
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者李滨, 马林, 刘天一, 赵嘉昊, 尤政, 袁昊, 陈治富, 彭康, 相广鑫 申请人:清华大学