基于低功耗蓝牙的地温测试系统及地温测试方法_2

文档序号：9766468阅读：来源：国知局

下可达400kbit/s高速模式下可达3.4Mbit/s。在此，SHT20溫度传感器采用标准的I2C协议与模块进行通讯。
[0021] 本发明利用手机作为接收平台，实现了对季冻±路基内部溫度的无损、动态检测，免去了传统有源传感器尺寸过大影响精度、布设繁琐需要引线、采集不便操作困难等弊病，简单易行。在无线技术及移动互联技术不断成熟的背景下，运套低功耗蓝牙传感测试系统不仅适用于道路工程、水利水电工程、矿业工程及岩±工程等隐蔽工程的物理参数测量。还可用于智能家居、可穿戴智能设备及防灾减灾系统中，其应用前景将十分广阔。
[0022] 本发明基于蓝牙4.0标准的低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy, BLE)由于其功耗低，尺寸小，易于安装与数据采集，可W很方便的完成许多环境恶劣、人员难W到达或隐蔽工程内部的检测任务，逐步受到重视。路基工程属于隐蔽工程，本发明应用低功耗蓝牙技术将集成溫度传感器的低功耗蓝牙模块直接埋设与路基中，最大程度的减小了对路基的影响，也完成了对溫度测试的任务，低功耗蓝牙将可靠、标准化的互兼容性与无线设备结合在一起，仅靠一颗钮扣电池就可维持数年之久，运又为不间断、动态化检测提供了可能，本发明使测试简单实用。
[0023]
【附图说明】：附图1是本发明测试系统示意图。
[0024] 附图2是附图1中溫度采集装置的结构示意图。
[0025] 附图3是本发明蓝牙装置的电路原理图。
[0026] 附图4是本发明底座布局布线图。
[0027] 附图5是本发明操作流程图。
[0028] 附图6是本发明手机操作界面示意图。
[0029] 附图7是本发明实验室溫度测试界面示意图一。
[0030] 附图8是本发明实验室溫度测试界面示意图二。
[0031] 附图9是本发明实验室溫度测试界面示意图=。
[0032] 附图10是本发明实验室溫度测试界面示意图四。
[0033] 附图11是本发明±中实测数据示意图一。
[0034] 附图12是本发明±中实测数据示意图二。
[0035]
【具体实施方式】：实施例1: 一种基于低功耗蓝牙的地溫测试系统，其组成包括:溫度采集装置1、信号接收装置2，所述的溫度采集装置包括纽扣电池3,所述的纽扣电池分别与蓝牙装置4、溫度传感器5连接，所述的蓝牙装置包括蓝牙主忍片CC2541，所述的蓝牙主忍片CC2541连接PCB天线6,所述的信号接收装置为智能手机。
[0036] 实施例2: 一种利用权利要求1所述的基于低功耗蓝牙的地溫测试系统的地溫测试方法，在离地面距离小于或等于30cm的地溫测试中，直接将所述的溫度采集装置埋设于将要测试的±壤中，测试人员站在地面上使用带蓝牙4.0的智能手机打开蓝牙，扫描到设备广播后向模块发送采样命令，所述的溫度采集装置收到命令后执行溫度采集动作，溫度采集开始，测试人员通过手机中的APP接收蓝牙广播数据，完成数据的读取，测试完成后，使用手机向模块发送停止采样命令，溫度采集停止；在离地面距离大于30cm的地溫测试中，分别在离地面30cm处和所需测试点埋设所述的溫度采集装置，分别称之为一级节点和二级节点，两节点间距离不大于30cm，测试人员站在地面上使用智能手机打开蓝牙，扫描到设备广播后向模块发送命令，使其主动连接二级节点蓝牙，并命令二级节点蓝牙采集数据，且同时将其采集到的数据传递给一级节点蓝牙，一级节点蓝牙再W广播的形式将采集到的数据发送出去，另一端则使用带蓝牙4.0的智能手机通过扫描广播的形式接收。
[0037] 实施例3: 根据实施例2所述的基于低功耗蓝牙的地溫测试系统的地溫测试方法，所述的广播时间间隔设置为10秒，即低功耗睡眠时间为10秒。
[003引实施例4: 根据实施例2或3所述的基于低功耗蓝牙的地溫测试系统的地溫测试方法，所述的溫度采集装置的溫度采样周期，是将采样周期设置为30秒，在需要测试时，通过手机向其发送命令使其开始采样，采样周期为所设置值，不需要测试时，再通过发送命令使其停止采样W降低能耗，在此低功耗模式下，模块的待机电流小于lOuA，降低了模块的能耗。
[0039] 实施例5: 根据实施例2或3或4所述的基于低功耗蓝牙的地溫测试系统的地溫测试方法，所述的蓝牙主忍片CC2541通过软件修改蓝牙协议找代码，在预编译宏中定义POWER SAVING开启低功耗模式，在此模式下，软件会自动根据事件中的定时器定义睡眠时间，W减少能耗，所述的蓝牙主忍片CC2541内置了 4个不同大小的振荡源用W实现不同的任务来节约能耗，频率分别为32M监、16M监、32K监、16K监。
[0040] 实施例5: 根据实施例2或3或4所述的基于低功耗蓝牙的地溫测试系统的地溫测试方法，采用的手机端为aiKlroid系统的小米手机，aiKlroid版本4.4.4，APP采用经修改的NORDIC半导体公司的nRF化mp 2,能够储存多个蓝牙广播站的溫度数据，并自动绘制溫度变化的折线图，显示信号强度W及可选的广播扫描间隔，手机操作界面见图6。
[0041] 根据±壤全年的溫度数据，此无线溫度传感器所需要的溫度测量范围-13.8°C~ 35.6°C。在实验室抗低溫测试中，根据±壤全年的低溫数据，我们选用-25°C为溫度测试条件，结果如图7、8、9、10所示，可W看到，在-25°C时系统工作良好，采集的数据真实的反映了溫度的波动情况。高溫测试如图所示。可知测得的溫度工作范围为-25°C~45°C，测试精度± 〇.3°C，满足工程需要。
[0042] 在实际应用时，首先通过软件设置设备的广播间隔时间为10秒，采样间隔时间为 30秒，最大限度减少由于射频产生的电路消耗，然后将WCC2541为主忍片的低功耗蓝牙与 SH20溫度传感器构成的无线设备加装保护壳后埋设在季节冻±路基中（深度为30cm)，使用智能手机上的APP扫描蓝牙广播，发送数据采集命令，采集到的数据如图11、12所示。可W看至化月份的±壤溫度较4月份有较大的提升，与实际哈尔滨天气变暖相符。
【主权项】
1. 一种基于低功耗蓝牙的地温测试系统，其组成包括:温度采集装置、信号接收装置，其特征是:所述的温度采集装置包括纽扣电池，所述的纽扣电池分别与蓝牙装置、温度传感器连接，所述的蓝牙装置包括蓝牙主芯片CC2541，所述的蓝牙主芯片CC2541连接PCB天线，所述的信号接收装置为智能手机。2. -种利用权利要求1所述的基于低功耗蓝牙的地温测试系统的地温测试方法，其特征是：在离地面距离小于或等于30cm的地温测试中，直接将所述的温度采集装置埋设于将要测试的土壤中，测试人员站在地面上使用带蓝牙4.0的智能手机打开蓝牙，扫描到设备广播后向模块发送采样命令，所述的温度采集装置收到命令后执行温度采集动作，温度采集开始，测试人员通过手机中的APP接收蓝牙广播数据，完成数据的读取，测试完成后，使用手机向模块发送停止采样命令，温度采集停止；在离地面距离大于30cm的地温测试中，分别在离地面30cm处和所需测试点埋设所述的温度采集装置，分别称之为一级节点和二级节点，两节点间距离不大于30cm，测试人员站在地面上使用智能手机打开蓝牙，扫描到设备广播后向模块发送命令，使其主动连接二级节点蓝牙，并命令二级节点蓝牙采集数据，且同时将其采集到的数据传递给一级节点蓝牙，一级节点蓝牙再以广播的形式将采集到的数据发送出去，另一端则使用带蓝牙4.0的智能手机通过扫描广播的形式接收。3. 根据权利要求2所述的基于低功耗蓝牙的地温测试系统的地温测试方法，其特征是：所述的广播时间间隔设置为10秒，即低功耗睡眠时间为10秒。4. 根据权利要求2或3所述的基于低功耗蓝牙的地温测试系统的地温测试方法，其特征是:所述的温度采集装置的温度采样周期，是将采样周期设置为30秒，在需要测试时，通过手机向其发送命令使其开始采样，采样周期为所设置值，不需要测试时，再通过发送命令使其停止采样以降低能耗，在此低功耗模式下，模块的待机电流小于10uA，降低了模块的能耗。5. 根据权利要求2或3或4所述的基于低功耗蓝牙的地温测试系统的地温测试方法，其特征是:所述的蓝牙主芯片CC2541通过软件修改蓝牙协议栈代码，在预编译宏中定义POWER SAVING开启低功耗模式，在此模式下，软件会自动根据事件中的定时器定义睡眠时间，以减少能耗，所述的蓝牙主芯片CC2541内置了 4个不同大小的振荡源用以实现不同的任务来节约能耗，频率分别为 32MHZ、16MHZ、32KHZ、16KHZ。
【专利摘要】基于低功耗蓝牙的地温测试系统及地温测试方法。传统的地下温度测量设备都需要导线作为信号传输的通路，外接数据采集仪与PC构成整个测试系统，由此则需要从地下引出导线留在路面以备测试使用，这不仅会暴露测试装置，可能造成无关人员对其的非法利用或损坏。本发明的组成包括：温度采集装置（1）、信号接收装置（2），所述的温度采集装置包括纽扣电池（3），所述的纽扣电池分别与蓝牙装置（4）、温度传感器（5）连接，所述的蓝牙装置包括蓝牙主芯片CC2541，所述的蓝牙主芯片CC2541连接PCB天线（6），所述的信号接收装置为智能手机。本发明用于地温测试。
【IPC分类】G08C17/02, G01K1/02
【公开号】CN105528884
【申请号】CN201510988324
【发明人】孟上九, 王钰, 程有坤, 李想, 孙义强
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月27日

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