一种基于样本保存设备的温度监测系统的制作方法

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于样本保存设备的温度监测系统。

背景技术：

随着技术的发展，建立专门的生物样本库（Biobank），大规模、高效的搜集和利用生物样本、生物信息和数据，保证转化医学研究的需要。为了保证生物样品，比如DNA、RNA、酶、病毒、疫苗，还有采集自活体的血液、唾液样本等的活性和完整性，基本上都要在低温条件下（4ºC,-20ºC,-80ºC）存储，因此一般生物实验室需要配备专门的冷柜和低温冰箱，才能维持稳定的低温环境。因此保证样本存储环境温度，实时监测生物样本存储环境是需要解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基于样本保存设备的温度监测系统，能够解决样本库在生产及保存生物样本实体过程中实时监测样本保存温度的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于样本保存设备的温度监测系统，该系统包括无线网关、服务器和至少一个样本保存设备，无线网关分别与服务器和样本保存设备建立有无线信道连接，样本保存设备用于检测样本保存设备内样品保存环境的温度数据，无线网关用于唤醒样本保存设备，以从样本保存设备获取温度数据，服务器用于从无线网关获取温度数据，并根据温度数据监测样本保存设备内环境温度的变化。

其中，样本保存设备设置有微控制单元、射频模组、天线、传感模块、电池以及非易失存储器，非易失存储器存储有传感模块获取的温度数据和样本保存设备的唯一识别码、WOR唤醒周期的设定值和工作周期，电池为样本保存设备供电，工作周期包括第一时间段和第二时间段，第一时间段位于第二时间段之前，第二时间段内设置有第二时间窗口， WOR唤醒周期内设置有第一时间窗口；在WOR唤醒周期内：无线网关，在无线信道上广播多个唤醒包；样本保存设备，除第一时间窗口外均保持休眠状态，并在第一时间窗口对无线信道进行载波监听，如果发现载波则开始接收唤醒包，并在结束当前WOR唤醒周期后进入工作周期；在工作周期内：样本保存设备，在第一时间段采集温度数据且保存在非易失存储器中，在第二时间窗口发送温度数据和样本保存设备对应的识别码至无线网关，其中第二时间窗口在第二时间段内的位置由识别码决定，且当样本保存设备保持休眠状态时，样本保存设备从电池消耗的平均电流小于5μA；无线网关，在无线信道上与一个或多个样本保存设备进行通信，获取温度数据；服务器从无线网关获取温度数据，并将温度数据与预设数据进行对比以得出时间坐标图，以实时监测每一识别码对应的样本保存设备内环境温度的变化。

其中，样本保存设备在第一时间窗口监听不到唤醒包时，在结束当前WOR唤醒周期后继续进入下一WOR唤醒周期。

其中，第二时间段内还设置有第三时间窗口，第三时间窗口位于第二时间窗口之后，其中：样本保存设备，在发送温度数据至无线网关之后，在第三时间窗口对无线信道进行监听，以接收无线网关在接收到温度数据后在无线信道广播的确认包，其中确认包包括样本保存设备的识别码。

其中，样本保存设备，在接收确认包之后，对确认包内的识别码进行判断：在判断到确认包内的识别码与自身存储的识别码一致时，样本保存设备在第二时间段的剩余时间内保持休眠状态，并在下一WOR唤醒周期的第一时间窗口对无线信道进行监听；在判断到确认包内的识别码与自身存储的识别码不一致时，样本保存设备根据自身存储的识别码重新确定另一第二时间窗口，并在下一工作周期的第二时间段中的另一第二时间窗口重复发送温度数据和识别码至无线网关。

其中，通过选取样本保存设备的出厂编号的几个预定位置上的数字来获得识别码，并存储在非易失存储器中，识别码为8位。

其中，无线信道位于433.0MHz ~ 434.0MHz频段。

其中，样本保存设备为采样取样箱、样品运输箱、样品恒温箱。

通过上述方案，本发明的有益效果是：本发明通过无线网关唤醒样本保存设备，使样本保存设备检测样本保存设备内样品保存环境的温度数据，无线网关从样本保存设备获取温度数据，服务器从无线网关获取温度数据，并根据温度数据监测样本保存设备内环境温度的变化，能够实时监测至少一样本保存设备内样品环境温度的变化，以实现一次性监测多个样本保存设备内样品环境温度变化情况，大大提升效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明基于样本保存设备的样品环境温度监测系统的结构示意图；

图2是图1所示的样本保存设备的一实施例的结构示意图；

图3是图1所示的无线网关的结构示意图；

图4是图1所示的无线网关在一周期内的电流波形示意图；

图5是图1所示的一样本保存设备在一周期内的电流波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1所示，图1是本发明基于样本保存设备的样品环境温度监测系统的结构示意图。如图1所示，本实施例所揭示的监测系统可以应用到样品环境监测中，可以同时对多个样本保存设备进行环境温度监测。如该监测系统应用到血液样本库对血液样本的环境温度监测或者样本运输过程中样本保存环境温度监测等等。

该监测系统包括无线网关11、至少一样本保存设备12和服务器13。其中，无线网关11分别与服务器13和样本保存设备12建立有无线信道连接。在本实施例中，样本保存设备优选为采样取样箱、样品运输箱、样品恒温箱。当然，本发明并不限定样本保存设备优选为采样取样箱、样品运输箱、样品恒温箱。服务器13可以包括显示器等。

样本保存设备12用于检测样本保存设备12内样本环境的温度数据。

无线网关11用于唤醒样本保存设备12，以从样本保存设备12获取温度数据。无线网关11与样本保存设备12的距离不可超过预设范围值，本发明的监测系统可以包括多个无线网关11，一个或多个无线网关唤醒样本保存设备12，并从样本保存设备12获取温度数据，且将温度数据发送给服务器13。本实施例通过多个无线网关唤醒样本保存设备12，能够加大监测范围。

应理解，在本发明实施例中，每一无线网关11只唤醒对应识别码的样本保存设备12，具体如：在一个大型的生物样本库内，进行环境温度测试时，不同所处于的样本保存设备12的识别码不同，第一无线网关只唤醒心脏器官组织样本保存设备12，并从心脏器官组织样本保存设备12获取温度数据；第二无线网关只唤醒血液样本保存设备12，并从血液样本保存设备获取温度数据。或者按照其它分类方式使得每一无线网关11至唤醒对应识别码的样本保存设备12。

服务器13用于从无线网关11获取温度数据，并根据温度数据监测样本保存设备12内环境温度的变化。

在本发明一实施例中，服务器13从无线网关11获取温度数据，可以描述出温度数据与时间的曲线图，以统计样品周围环境的温度数据随时间的变化情况，从而可以让样品周围环境通过显示器查看温度数据的变化情况。

在本发明另一实施例中，服务器13从无线网关11获取温度数据，并将温度数据与预设数据进行对比以得出时间坐标图，以实时监测每一识别码对应的样本保存设备内样品环境温度随时间的变化，从而可以判断出每一识别码对应的样本保存设备内样品环境温度是否合格。

在本发明又一实施例中，服务器13将从多个样本保存设备12获取的所有温度数据与总预设数据进行对比以得出总时间坐标图，以判断所有样本保存设备内的样本环境温度是否合格。

请参阅图2-3，图2是图1所示的样本保存设备的一实施例的结构示意图，图3是图1所示的无线网关的结构示意图。如图2所示，样本保存设备12包括微控制单元121、射频模组122、天线126、传感模块123、电池124以及非易失存储器125。微控制单元121具体可为一处理芯片，射频模组122具体可为射频芯片，射频芯片与天线126电连接。射频模组122、传感模块123与非易失存储器125均与微控制单元121具有信号连接。电池124为微控制单元121、射频模组122以及传感模块123供电，或者传感模块123不需电池124供电，直接由微控制单元121供电。传感模块123从样本保存设备内获取温度数据，例如获取当前样本保存设备12内的环境温度为5℃。非易失存储器125存储有温度数据和样本保存设备12的唯一识别码。

如图3所示，无线网关11包括射频模组111、天线114和处理芯片112。射频模组111通过天线114与样本保存设备12通信，具体用于将处理芯片112的指令发送样本保存设备12，并接收样本保存设备12发送的温度数据，并将温度数据反馈回处理芯片112。射频模组111的具体可为一射频芯片。

本实施方式中，样本保存设备12通过射频模组122、天线126与无线网关11建立有无线信道连接。无线网关11在需要传输信息时对样本保存设备12进行发送指令或接收温度数据，样本保存设备12包括载波监听（英文：Wake on Radio，简称：WOR）唤醒周期和工作周期。WOR唤醒周期内设置有第一时间窗口，工作周期包括第二时间段和第一时间段，第一时间段位于第二时间段之前，如第一时间段与第二时间段相邻，第二时间段内设置有第二时间窗口。第二时间段及第一时间段的持续时间可根据不同实施方式进行对应设置，本实施方式中，第二时间段的持续时间可存储在无线网关11的非易失存储器中，并通过唤醒包发送给样本保存设备12，WOR唤醒周期的设定值、第一时间段的持续时间由系统或者用户预先设置，并保存在非易失存储器125中。通常，样本保存设备12通电后，通过非易失存储器125获取WOR唤醒周期的设定值如为1秒或2秒等，并进入WOR唤醒周期。

在WOR唤醒周期内：

无线网关11，在无线信道上广播多个唤醒包。

样本保存设备12的射频模组122，在第一时间窗口对无线信道进行载波监听，如果在第一时间窗口监听不到载波，则在结束当前WOR唤醒周期后继续进入下一WOR唤醒周期，如果发现载波则开始接收唤醒包，并在结束当前WOR唤醒周期后进入工作周期。

在工作周期内：

样本保存设备12在第一时间段采集温度数据且保存在非易失存储器125中，在第二时间窗口发送温度数据和样本保存设备12对应的识别码至无线网关11。在第二时间段结束后，样本保存设备12可继续进入WOR唤醒周期。

无线网关11，在第二时间段于无线信道上与一个或多个样本保存设备12进行通信，以获取温度数据。

其中，第一时间窗口在WOR唤醒周期内的位置可以为随机分配的，第二时间窗口在第二时间段内的位置由识别码决定。样本保存设备12在WOR唤醒周期处于WOR状态，即样本保存设备12在WOR唤醒周期中除需进行载波监听的第一时间窗口外均保持休眠状态，且如果没有监听到唤醒包则在结束当前WOR唤醒周期后继续进入下一WOR唤醒周期，直至在监听到唤醒包才进入工作周期。并且，样本保存设备12可在工作周期的第二时间段中除第二时间窗口外均保持休眠状态。例如样本保存设备12的微控制单元121、射频模组122、传感模块123以及非易失存储器125中的一个或多个在WOR唤醒周期中除第一时间窗口外均保持休眠状态，在工作周期的第二时间段中除第二时间窗口外均保持休眠状态。当样本保存设备12保持休眠状态时，样本保存设备12从电池124消耗的平均电流小于5μA。

下面举例对监测系统的通信过程进行说明。

无线网关11在需要传输信息时，在无线信道上广播多个唤醒包，此时，无线网关11此时所需平均电流如图4中T0-T1时间段所示。

如图5所示，样本保存设备12由系统根据识别码、用户设定或者随机分配而确定自身的第一时间窗口，例如，可根据识别码的某几位如后三位为200确定第一时间窗口为第200ms。样本保存设备12在WOR唤醒周期T0-T1中的第一时间窗口t1时进行载波监听，如果样本保存设备12在第一时间窗口t1监听不到载波，则在结束当前WOR唤醒周期后继续进入下一WOR唤醒周期。

如果样本保存设备12在第一时间窗口t1监听到载波，则开始接收监听到的唤醒包，并根据接收到的唤醒包的序号，计算出进入工作周期的第一时间段T1-T2而需等待的时间，例如，所有样本保存设备12的WOR唤醒周期均设置为1000ms，第一样本保存设备12在第一时间窗口第200ms监听到序号为200的唤醒包，根据唤醒包的序号200计算得到还需等800ms才能进入第一时间段；第二样本保存设备12在第一时间窗口第300ms监听到序号为300的唤醒包，根据唤醒包的序号300计算得到还需等700ms才能进入第一时间段，所有接收到唤醒包的样本保存设备12等待对应时间而同步进入第一时间段。每个接收到唤醒包的样本保存设备12在第一时间段中对温度数据的采集，在采集完成后可休眠等待进入第二时间段。样本保存设备12可预先根据自身的识别码确定在第二时间段中向无线网关11发送数据的第二时间窗口，具体可以取识别码的后三位作为在第二时间段发送的时间点，例如第一样本保存设备12的识别码为10100065、第二样本保存设备12的识别码为10100075，则第一样本保存设备12在第二时间段中的第65ms作为第二时间窗口，向无线网关11发送温度数据和自身的识别码，第二样本保存设备12在第二时间段中的第75ms作为第二时间窗口，向无线网关11发送温度数据和自身的识别码。其中，样本保存设备12可在第二时间段中处第二时间窗口外均处于休眠状态。

可选地，无线信道位于433.0MHz~434.0MHz频段。

可选地，识别码为8位。本实施方式中，可通过选取样本保存设备12的出厂编号的几个预定位置上的数字来获得识别码，并存储在非易失存储器125中。

本实施方式，样本保存设备12仅在WOR唤醒周期的第一时间窗口进行监听，在WOR唤醒周期的其他时间就能处于休眠状态，由于休眠状态下所需的电流小于5μA，故能够降低样本保存设备12的功耗，而且样本保存设备12在第一时间窗口能够监听无线网关11，且在第二时间窗口发送数据给无线网关11，而且，样本保存设备12在接收到唤醒包后，均等待到第一时间段才进行采集，实现了按需采集，使得多个样本保存设备12能够同步采集，保证了数据的一致性。另外，样本保存设备12利用自身识别码确定第二时间窗口，以降低不同样本保存设备12同时向无线网关11发送数据的可能性，进而降低甚至避免样本保存设备12间的数据冲突，提高了多个样本保存设备12与无线网关11通信的可靠性。

可以理解的是，本实施方式中的样本保存设备12如果接收到唤醒包，则在工作周期的第二时间段处于唤醒状态，在其他实施方式中，样本保存设备12也可以仅在第二时间窗口处于唤醒状态，并在第二时间段中除第二时间窗口外处于休眠状态，以进一步降低功耗。

在又一优选实施方式中，为进一步提高监测系统的通信可靠性，样本保存设备12的工作周期的第二时间段内还设置有第三时间窗口，第三时间窗口位于第二时间窗口之后，具体可相邻与第二时间窗口，如图5所示的t3，其中：

无线网关11在接收到样本保存设备12的温度数据和识别码之后，则立即在无线信道广播表示已确认收到该温度数据的确认包，确认包中包括发送该温度数据的样本保存设备12的识别码。

样本保存设备12在发送温度数据至无线网关11之后，在第三时间窗口对无线信道进行监听，以接收无线网关11在接收到温度数据后在无线信道广播的确认包。

样本保存设备12在接收确认包之后对确认包内的识别码进行判断：

在判断到确认包内的识别码与自身存储的识别码一致时，样本保存设备12在第二时间段的剩余时间内保持休眠状态，并在下一WOR唤醒周期的第一时间窗口对无线信道进行监听；

在判断到确认包内的识别码与自身存储的识别码不一致或者在第三时间窗口没有接收到确认包时，样本保存设备12根据对应的识别码重新确定另一第二时间窗口，并在下一工作周期的第二时间段中的另一第二时间窗口重复发送温度数据和识别码至无线网关11。其中，下一工作周期邻接在当前工作周期之后。样本保存设备12采用另一策略确定另一第二时间窗口，如上面所述，样本保存设备12采用识别码的后三位确定原来的所述第二时间窗口，并采用识别码的后三位加上识别码的倒数第四位的和确定另一第二时间窗口，以使由于原本第二时间窗口相同而导致没有发送成功的样本保存设备12在重发时，能够避免再次同时发送数据。

例如，监测系统中的第一样本保存设备12和第二样本保存设备12的识别码分别为10100065和10101065，两个样本保存设备12采用识别码的后三位而确定的第二时间窗口均为第65ms，故两个样本保存设备12均在第二时间段的第65ms发送数据，导致数据冲突，无线网关11接收到的第一、第二样本保存设备的温度数据和识别码出错。无线网关11在接收数据之后，广播包括接收到的错误识别码的确认包，第一、第二样本保存设备12在第三时间窗口监听到所述确认包，并判断确认包内的识别码与自身识别码不一致，故确定发送数据不成功，并启动重发机制：

第一样本保存设备12根据识别码的后三位加上识别码的倒数第四位的和确定对应的另一第二时间窗口为65+0=65ms，第二样本保存设备12根据同样策略确定对应的另一第二时间窗口为65+1=66ms。第一样本保存设备12在下一工作周期的第二时间段的第65ms重发温度数据和识别码，第二样本保存设备12在下一周期的第二时间段的第66ms重发温度数据和识别码。第一、第二样本保存设备12在所述另一第二时间窗口相邻的第三时间窗口继续监听无线信道的确认包。其中，样本保存设备若根据接收到的确认包继续启动重发机制，则在每次的重发机制中所确定的第二时间窗口的策略均与之前的策略不同，以降低不同样本保存设备的发送数据时间相同的可能性。

可以理解的是，本优化实施方式中，样本保存设备12如果在第一时间窗口监听到唤醒包，则在第二时间段内除第二、第三时间窗口外均保持休眠状态，否则，在第二时间段均保持休眠状态。

在本优化实施方式中，样本保存设备通过设置第三时间窗口监听无线网关11的确认包，并在判断确认包中不包括自身识别码或者没有接收到确认包时启发重发机制，以提高无线网关11和样本保存设备12间的通信可靠性。并且，样本保存设备12采用不同策略确定重发时的第二时间窗口，可使由于原本第二时间窗口相同而导致没有发送成功的样本保存设备在重发时，能够避免再次同时发送数据。

上述方案中，通过无线网关唤醒样本保存设备，使样本保存设备检测样本保存设备内样品保存环境的温度数据，无线网关从样本保存设备获取温度数据，服务器从无线网关获取温度数据，并根据温度数据监测样本保存设备内环境温度的变化，能够实时监测样本保存设备内样品环境温度的变化情况，以实现一次性监测多个样品环境温度变化情况，大大提升效率。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor）执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。