专利名称：低功耗无线数字温度自动监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动监测技术，特别涉及一种低功耗无线数字温度自动监测系统。
背景技术：
最近几年，我国电力供需矛盾十分突出，尤其是迎峰度夏期间，造成夏季电力缺口 的重要原因是大量使用空调形成用电负荷高峰，冬季负荷高峰中，空调也扮演了重要角色。 随着社会经济生活水平提高，这一矛盾也日益突出。合理控制空调温度，可以大大削减空调 峰值电力负荷，在缓解电力紧张局势的同时可以节约大量的电力建设投资，另外，它还可以 减少二氧化硫、二氧化碳对大气环境的污染。因此，国务院办公厅发出《关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通知》规 定，在用电高峰来临前夕要求严格执行公共建筑空调温度控制标准，认真落实空调节能管 理措施。然而在很多城市都存在“限温令”难以落实的问题，因此，“限温”不能仅靠自觉，必 须有一些监测和约束的措施才能真正进行落实，而靠工作人员持温度计进行监测的方式效 率太低，所以非常需要一种高效率的方法来实现对整个城市室内空调温度的实时监测。现行的无线温度自动监测方案中，由于选用的多是模拟信号的温度传感器和 2. 4GHz频段的无线数据传送，所以在实际应用中会出现温度测量不准确、无线信号盲区较 多以及温度采集系统功耗较大等问题。
发明内容
本发明提出了一种低功耗无线数字温度自动监测系统，其目的就是为了解决测温 精度不高，无线信号盲区多和温度采集模块功耗大等问题，实现对环境温度变化的自动监 测。本发明的技术解决方案本系统主要包括无线数字测温终端、无线数据集中器和无线温度监测设备。所述 的无线数字测温终端的主要部件至少包含有无线数传模块、天线、数字温度传感器、单片 机、电源管理模块、锂电池。其中无线数传模块和天线相连，和无线数据集中器进行无线通 信；单片机和数字温度传感器相连，采集并发送温度数据；锂电池作为整个测温终端的总 电源，给无线数传模块、单片机和数字温度传感器供电；电源管理系统是用来对锂电池的过 充或过放进行保护。本发明每一个无线数字测温终端安装在系统中每个测温点的位置。所述的无线数据集中器的主要部件至少包含有2个无线数传模块、2根天线、数字 温度传感器、单片机、电源管理模块、外部电源。其中无线数传模块和天线相连，分别和无线 数字测温终端、无线温度监测设备进行无线通信；单片机和数字温度传感器相连，采集温度 数据且处理无线通信的相应的操作；外电源为各个部件提供安全可靠的工作电源。所述的无线温度监测设备部件至少包含有带串口的监测计算机、无线数传模块、 天线、外电源。其中无线数传模块和天线相连，再通过串口和监测计算机连接，负责和无线 数据集中器进行数据通信；外电源为各个部件提供安全可靠的工作电源。
上面这几部分相互连接关系构成了本系统的整体结构框架。本发明进一步解决方案1).本发明的所有部件都是经过各种试验后才确定的，单片机选用的是低功耗的 MSP430F149IPM、无线数传模块选用的是ADF7021-N低功耗窄带收发器、数字温度传感器选 用的是DS18B20、通信串行接口芯片选用的是ADM3312EA、电源稳压芯片选用的是SP6205、 天线选用是475MHz频段的天线。2).本发明所使用的无线通信频率是470_510Mhz，发射功率50mW，该频段为国家 无线电管理局规定的民用无线电计量仪表使用频段。3).本发明的无线数据集中器和无线温度监测设备的外电源设计为开关电源适配 器，无线数字测温终端的电源设计为带过充和过放功能的可充电的锂电池。4).本发明的无线数字测温终端采集的温度信息通过无线数据集中器自动转发 到监测设备，通过合理规划测温终端和集中器的频率和位置，减少信号盲区，提高系统可靠 性。5).本发明的无线数字测温终端的单片机和无线数传模块在非温度采集时间内都 是休眠状态，终端的耗电很小，它的内部锂电池充满后，可以连续工作2年以上的时间。本发明的有益效果1).本系统结构简单，安装和维护方便。2).本系统选用了功耗低、精度高的数字温度传感器，大大减少了利用人工或模拟 温度传感器测温造成的误差。3).本系统的无线频段使用的是计量仪表使用频段，无线系统抗干扰能力强，盲区 少，可靠性高。4).本系统实现了数据逐级转发的通信机制，数据传输可靠性和稳定性大幅提高。5).本系统实现了监测终端的休眠机制，极大降低了系统功耗，监测终端无需外接 电源即可长时间可靠有效的工作。6).本系统可对环境温度进行自动、实时、准确的监测，智能化高。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的系统结构框图。图2是本发明无线数字测温终端的电路结构图。图3是本发明无线数据集中器的电路结构图。图4A、图4B和图4C是本发明实施例中的无线测温终端和无线数据集中器的的电 路连接示意图。
具体实施例方式本系统的总体构成如图1所示。图中1为多个无线数字测温终端。本系统的无 线数字测温终端的外形为小型塑料盒体，数字温度传感器嵌在塑料盒体上，无线数字测温 终端安装在需要进行温度测量点的位置。II为1个无线数据集中器。III为独立的温度采 集子系统，由II和I两部分组成。I和II之间采用无线通讯方式，网络拓扑结构为星型，无线数据集中器安装在可以接收到无线数字测温终端的通讯信号之处便可。IV为无线温度 监测设备，它由PC和无线数传模块组成。IV和多个III之间采用无线通讯方式，可以组成 MESH网络。图2和图3分别进一步展示出，无线数字测温终端和无线数据集中器的电路结构 框图。图4A、图4B、图4C为本发明具体实施例所选用芯片之间功能脚及其所用电子元器 件的连接示意图。无线数字测温终端和无线数据集中器各自选用所需要功能的模块内电路 与所匹配的不同设计的外围电路，分别完成各自的功能。如图4A所示，单片机和无线数传模块连接的电路图，本实施例的UlO 1选用的是美 国TI公司的低功耗的MSP430F149IPM。J401和J402是无线数传模块，它们分别和单片机 的两个UART 口相连，接口电平是TTL电平。如图4B所示，单片机和数字温度传感器连接的电路图，本实施例的UlOl选用的是 美国TI公司的低功耗的MSP430F149IPM。U301选用是数字温度传感器DS18B20，它们之间 是通过3线制的单总线接口进行通信。图中的JATG标识表示的是单片机的程序下载口，主 要是用于更新单片机的内部程序。如图4C所示，电源管理模块，本实施例的U102选用的是超低噪音的CMOS低压差 稳压器SP6205。它输入的直流电压最高为6V，输出为直流3. 3V。图中的DC-IN标识表示的 是直流电源输入端。以下简述本发明的工作过程当系统处于工作状态下，无线数字测温终端在温度采集时间到达后，读取数字温 度传感器的温度数据，然后把温度数据发送给它对应的无线数据集中器，无线数据集中器 会把温度数据存储到数据缓冲区里，直到接收到无线温度监测设备发送的读取温度命令 后，它就会把与它对应的所有的无线数字测温终端采集到的温度数据发送给无线温度监测 设备。无线温度监测设备在收到温度数据后，会立即显示最新的温度数据，达到温度监测的 作用。综上，本系统的构成达到了预期的发明目的。
权利要求
低功耗无线数字温度自动监测系统，其特征在于它主要包括无线数字测温终端、无线数据集中器和无线温度监测设备，该无线数字测温终端主要部件包含有无线数传模块、天线、数字温度传感器、单片机、电源管理模块、锂电池，每一个无线测温终端安装在每一处测温点；无线数据集中器至少包含有2个无线数传模块、2根天线、数字温度传感器、单片机、电源管理模块、外部电源；无线温度监测设备至少包含有带串口的监测计算机、无线数传模块、天线、外电源。
2.根据权利要求1所述的低功耗无线数字温度自动监测系统，其特征是所述的无线 数字测温终端的主要部件至少包含有无线数传模块、天线、数字温度传感器、单片机、电源 管理模块、锂电池。其中无线数传模块和天线相连，和无线数据集中器进行无线通信；单片 机和数字温度传感器相连，采集并发送温度数据；锂电池作为整个测温终端的总电源，给无 线数传模块、单片机和数字温度传感器供电；电源管理系统是用来对锂电池的过充或过放 进行保护。
3.根据权利要求1所述的低功耗无线数字温度自动监测系统，其特征是所述的无线 数据集中器的主要部件至少包含有2个无线数传模块、2根天线、数字温度传感器、单片机、 电源管理模块、外部电源。其中无线数传模块和天线相连，分别和无线数字测温终端、无线 温度监测设备进行无线通信；单片机和数字温度传感器相连，采集温度数据且处理无线通 信的相应的操作；外电源为各个部件提供安全可靠的工作电源。
4.根据权利要求1所述的低功耗无线数字温度自动监测系统，其特征是所述的无线 温度监测设备部件至少包含有带串口的监测计算机、无线数传模块、天线、外电源。其中无 线数传模块和天线相连，再通过串口和监测计算机连接，负责和无线数据集中器进行数据 通信；外电源为各个部件提供安全可靠的工作电源。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的低功耗无线数字温度自动监测系统，其特征是所述 的单片机选用的是低功耗的MSP430F149IPM、无线通信模块选用的是ADF7021-N低功耗窄 带收发器、数字温度传感器选用的是DS18B20、通信串行接口芯片选用的是ADM3312EA、电 源稳压芯片选用的是SP6205、天线选用是475MHz频段的天线。
6.根据权利要求1所述的低功耗无线数字温度自动监测系统，其特征是所使用的无 线通信频段是470-510Mhz，发射功率50mW，该频段为国家无线电管理局规定的民用无线电 计量仪表使用频段。
7.根据权利要求1、2、3、4所述的低功耗无线数字温度自动监测系统，其特征是所述 的无线数据集中器和无线温度监测设备的外电源设计为开关电源适配器，无线数字测温终 端的电源设计为带过充和过放功能的可充电的锂电池。
8.根据权利要求1或2所述的低功耗无线数字温度自动监测系统，其特征是所述的 无线数字测温终端的单片机和无线数传模块在非温度采集时间内都是休眠状态。
全文摘要
一种低功耗无线数字温度自动监测系统。它主要由无线数字测温终端、无线数据集中器和无线温度监测设备组成。可以自动对室内环境温度进行实时监测。本发明使用的频率为470-510MHz，该频段是计量仪表频段，系统抗干扰能力强，盲区少，可靠性高。本发明体积小，功耗低，性能可靠，测温精确，使用方便。
文档编号G01K7/00GK101988855SQ20091009010
公开日2011年3月23日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者段文凯, 穆轶 申请人:张春涛;段文凯;穆轶