本发明涉及重大装备、精密仪器及危化品安全运输智能监控领域，尤其涉及一种复合型智能监控装置。
背景技术
随着我国经济建设的迅速发展，现阶段设备及物品安全运输监控领域正面向智能化、高速化、集成化方向发展。随着通信技术、计算机控制技术、智能感知技术等高新技术的飞速发展，智能监控技术正参与到动态监测及智能采集过程中，而且这种技术在整个智能监控系统领域中起着举足轻重的作用。例如，重大设备、精密仪器、危化品等安全运输问题都涉及到智能监测一体化设备的运用，在运输智能监控体系中，此种专业采集被测物品振动数据、倾角数据、气体压力数据，并带有实时定位和远程通讯功能的精准监控装置是及其必要的，当物品运输过程中以上三种数据超过设定的阈值时，智能监控装置及时发出报警信息，并附带实定位信息实时上传到远程监控中心，驾驶员并可及时调整安全驾驶策略，这样会极大程度的降低了运输风险。
综上，智能监控技术对于保障运输安全和加强物流监控具有十分重要的意义。现阶段我们正需要这种科技前沿的复合型智能监控装置或仪器，来满足安全运输行业监控系统中的监测需求。此种创新的高科技智能监控装置的引入必将降低运输行业物品损害程度，给物品安全运输监控行业带来了实用性的益处。
目前的物品安全运输行业的智能监控领域中，缺乏现代化的前沿监控技术手段，集中表现在车辆运输行驶等过程中，对被监测设备的实时监控技术有如下缺点：数据采集种类单一、数据采集频率低，数据采集精度低，处理器运算功能不够强大，无线通讯功能缺失等，导致物品在运输过程中的重要数据信息无法及时多种类报警和汇报给远程监控中心。
技术实现要素：
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种复合型智能监控装置，其针对现有技术的缺点，集振动数据、倾角数据、实时定位信息采集、有线本地通讯、无线远程通讯多种数据采集功能及数据传输功能于一体，处理器主频达到168m，振动采样频率600hz、采样精度0.01g，倾角采样频率200hz、采样精度0.1°，气体压力采集时间间隔10min、压力采样精度0.2kpa，内置锂电池供电且续航里程大于90天，防护等级ip66的高性能高精度复合型智能监控装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括中央处理器、蓝牙模块、gps模块、gprs模块、数据采集模块、数据存储模块、ad电压采样模块、休眠唤醒模块、电压转换模块。
所述中央处理器分别与蓝牙模块、gps模块、gprs模块、数据采集模块、数据存储模块、rtc供电模块、ad电压采样模块、休眠唤醒模块及电压转换模块相连。
作为本发明的一种优选方案，还包括4.2v转3.3v模块、4.2v转3.9v模块、usb通信模块、rtc供电模块、rs485通信模块及指示灯模块，所述4.2v转3.3v模块将4.2v电压转换为3.3v电压；所述蓝牙模块、gps模块均与其各自的4.2v转3.3v模块相连，所述gprs模块与4.2v转3.9v模块相连；所述电压转换模块的输入与4.2v锂电池相连；所述中央处理器分别与usb通信模块、rs485通信模块、rtc供电模块及指示灯模块相连；所述中央处理器的核心芯片采用stm32f407zgt6芯片。
作为本发明的另一种优选方案，所述gprs模块与sim卡相连；所述休眠唤醒模块采用两个振动开关，且两个振动开关正交摆放；所述数据采集模块采用mpu姿态及振动传感器，所述数据存储模块采用flash外扩存储器；所述usb通信模块与外部的usbmicro接口相连，所述rs485通信模块与外部的rs485通信电路相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述电压转换模块包括降压集成芯片xc6209f332mr，实现4.2v到3.3v的电压转换；该降压集成芯片与π型滤波电路相连，且外部4.2v接至的正负电源线上设置有0ω电阻rp1，正电源回路上的电阻rp1串连电阻丝fp1。
作为本发明的另一种优选方案，与蓝牙模块相连的4.2v转3.3v模块包括降压集成芯片xc6209f332mr，与gps模块相连的4.2v转3.3v模块包括降压集成芯片xc6209f332mr。
作为本发明的另一种优选方案，与gprs模块相连的4.2v转3.3v模块包括三极管qp1、p沟道mos场效应管qp2；qp1的基极通过电阻rp3与gprs模块相连，其发射极接地，发射极与基极间通过电阻rp4相连，集电极通过rp6与qp2的栅极相连，qp2的源极与4.2v锂电池相连，qp2的漏极输出至3.9v；4.2v锂电池在接入前通过电解电容ep7、电容cp7滤波处理；3.9v电压经电解电容ep8、电容ep9滤波处理，并以稳压管dp1进行稳压。
作为本发明的另一种优选方案，所述数据存储模块包括winbond公司的w25q128，当由于gprs信号强度不够时上传数据失败，将上传失败的数据保存到flash中，等gprs信号正常时上传。
作为本发明的另一种优选方案，所述rs485通信模块包括sipex公司的sp3485芯片，该sp3485芯片的1脚、2脚、4脚与stm32f407zgt6芯片相连，p3485芯片的2脚与3脚相连，该sp3485芯片的5脚接地；sp3485芯片的8脚与+3.3v相连；sp3485芯片的6脚、7脚作为输出与外部rs485通信接口相连，且由6脚、7脚的输出经保险丝fs1、fs2输出至外部通信接口，作为一级过流保护；sp3485芯片的6脚经快速熔断tvs管接地，sp3485芯片的7脚经快速熔断tvs管接地，作为二级过压保护。
作为本发明的另一种优选方案，所述usb通信模块采用ch340g芯片，所述蓝牙模块包括美国ti公司的cc2541f256芯片，cc2541f256芯片的29脚与stm32f407zgt6芯片的69脚相连，cc2541f256芯片的30脚与stm32f407zgt6芯片的70脚相连。
所述gps模块采用skylab_skm81bc，包括核心芯片ne0；核心芯片的2脚与stm32f407zgt6芯片的37脚相连，核心芯片的3脚与stm32f407zgt6芯片的36脚相连。
所述mpu姿态及振动传感器采用is公司推出的整合性6轴运动处理组件mpu6050，mpu6050的23脚与stm32f407zgt6芯片的136脚相连，mpu6050的24脚与stm32f407zgt6芯片的137脚相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述gprs模块采用有方科技m660芯片，m660芯片的16脚与stm32f407zgt6芯片的34脚相连，m660芯片的17脚与stm32f407zgt6芯片的35脚相连。
所述ad电压采样模块包括相互串联的电阻rp7、rp8，串联后电阻rp7接锂电池、电阻rp8接地，且电阻rp8两端并联有电容cp8；rp7与rp8相连的连接点与stm32f407zgt6芯片相连。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明具有多种数据采集功能：集成振动数据采集、倾角数据采集、定位信息采集，多种数据采集功能于一体。且集成多种数据通讯功能：集成rs485有线通讯、蓝牙短距离无线通讯、gprs远程无线通讯，多种数据通讯功能于一体。再者，具有数据断点续传功能：当gprs信号强度不够时，远程上传数据失败，可以将上传失败的数据保存到外扩存储器中，等gprs信号正常时，保存的数据及时远程上传，保证数据不丢失。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1：一种复合型智能监控装置原理框图。
图2：mcu供电电压转换电路。
图3：蓝牙模块供电电压转换电路。
图4：gps模块供电电压转换电路。
图5：gprs供电电压转换电路。
图6：rtc供电电路。
图7：嵌入式核心控制电路图。
图8：姿态数据采集电路图。
图9：超限数据存储电路图。
图10：rs485通信模块电路图。
图11：usb上位机通讯电路图。
图12：蓝牙模块电路图。
图13：gps模块电路图。
图14：gprs模块电路图。
图15：ad电压采样电路图。
图16：振动开关电路图。
图17：led电路图。
图18：sim卡座电路图。
图19：usb（mini）接口电路图。
图20：rs485通讯接口电路图。
具体实施方式
如图1-20所示，本发明包括中央处理器、蓝牙模块、gps模块、gprs模块、数据采集模块、数据存储模块、ad电压采样模块、休眠唤醒模块、电压转换模块；所述中央处理器分别与蓝牙模块、gps模块、gprs模块、数据采集模块、数据存储模块、rtc供电模块、ad电压采样模块、休眠唤醒模块及电压转换模块相连。
还包括4.2v转3.3v模块、4.2v转3.9v模块、usb通信模块、rtc供电模块、rs485通信模块及指示灯模块，所述4.2v转3.3v模块将4.2v电压转换为3.3v电压；所述蓝牙模块、gps模块与其各自的4.2v转3.3v模块相连，所述gprs模块与4.2v转3.9v模块相连；所述电压转换模块的输入与4.2v锂电池相连；所述中央处理器分别与usb通信模块、rs485通信模块、rtc供电模块及指示灯模块相连；所述中央处理器的核心芯片采用stm32f407zgt6芯片。
其中，本发明内置4.2v供电锂电池：采用18650锂电池，具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，能量密度很高，是镍氢电池的1.5～2倍。而且具有很低的自放电率，可以循环充电1000次，安全性能高，耐高温性能好，由于监控装置通常处于恶劣环境下，所以对安全性要求较高，18650锂电池可以很好的满足要求。
如图2所示，中央处理器（mcu）stm32f407zgt6的电压转换模块电路：采用toressemiconductor公司的低功耗高效率的降压集成芯片xc6209f332mr，实现4.2v转换为3.3v电压转换，并带有π型滤波电路和led接通指示灯，转换后的3.3v电压为后续的集成芯片和电子元器件供电。
如图3所示，蓝牙模块供电：采用toressemiconductor公司的低功耗高效率的降压集成芯片xc6209f332mr，实现4.2v转换为3.3v电压转换。
如图4所示，gps模块供电：采用toressemiconductor公司的低功耗高效率的降压集成芯片xc6209f332mr，实现4.2v转换为3.3v电压转换。
如图5所示，gprs供电：控制端接到mcu的gpio上，通过一个qp2(irlml6401trpbf)构成的电子开关控制开关电。通过开关电，能最彻底的解决模块异常情况。当gprs_on被置为高电平时，开关导通，模块上电开机。增加qp1(mmbt5551)是为了给qp2栅极（g极）的高电平电压值等于源极（s极）的电压，满足高端驱动要求，确保qp2能可靠的关断。
如图6所示，rtc供电模块：使用纽扣电池cr1220给单片机的aux电压供电。
如图7所示，中央处理器以st公司的armcortex-m系列高性能芯片stm32f407zgt6作为核心控制芯片，和姿态数据采集电路、数据存储电路、rs485串行通讯电路、usb上位机通讯电路等相连，实现本发明装置的主要功能。
如图8所示，高精度姿态感知传感器采用is公司推出的全球首款整合性6轴运动处理组件mpu6050，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了安装空间。此6轴传感器内部整合了3轴陀螺仪和3轴加速度传感器，利用自带的数字运动处理器硬件加速引擎，实时采集被测设备的加速度数据并通过中央处理器进行数字运动处理解算成角速度信息，实现振动数据和姿态数据的实时采集。
如图9所示，flash外扩存储器采用winbond公司的w25q128：当由于gprs信号强度不够时上传数据失败，可以将上传失败的数据保存到flash中，等gprs信号正常时上传。
如图10所示，rs485通信模块具有一主多从、传输距离远、抗干扰等特点，用来实现监控装置和外置压力传感器的通讯。本设计采用的是sipex公司的sp3485芯片。传统的保护电路大部分为单重保护，本电路加入二级过流、过压保护电路，保护元件具体标称值的选取为本发明专利的保护点。对装置内部rs485电路部分起到了双重保护作用。
一级保护为过流保护，电路中串入fs1、fs2自恢复保险丝，选取标称值为1a/60v，当外部电流超过1a时候，保险丝自动熔断，大电流不会进入装置内部，起到了过流保护作用。
二级为过压保护，电路中并入两个快速熔断tvs管，即ts1和ts2,标称值均为smbj6.0ca，当外部电压超过6v时候，tvs管自动熔断，大电压不会进入装置内部，起到了过压保护作用。
如图11所示，usb通信模块：usb上位机通讯，为串口通信接口电路，可以实现感知装置与上位机的数据实时通讯。采用的是ch340g芯片。用户可以通过此接口查看设备状态，也可以通过此接口升级固件程序。
如图12所示，蓝牙模块：采用的是包含美国ti公司的cc2541f256芯片的模块电路板，具有功耗低，体积小，抗干扰能力强等特点，可以实现与手机数据透传，使用天眼智能监测手机app连接设备可以实时查看设备的振动、倾角、定位等数据信息，也可以查看配置，修改配置，打印日志等。
如图13所示，gps模块采用skylab_skm81bc采用neo为核心芯片，将gps、北斗、gnss三模融合，提供精准的定位和时间信息，单片机内部时钟可以通过此gps模块提供的时间信息定期校准，设备的位置信息也可以随振动倾角等数据包同时上传。
如图14所示，gprs模块采用有方科技m660芯片，外围电路包括sim卡，射频，串口通讯以及电源控制端，此模块主要负责设备与云平台数据的传输，包括上传振动倾角压力等信息，以及从云平台获取报警阈值，上传时间间隔等配置信息。gprs网络占用带宽较低，较为稳定，比较适合本设备的应用场景。
如图15所示，ad电压采样：将锂电池的电压值由模拟量转换为数字量采集到中央处理器中进行处理，得到电量百分比后上传到云数据平台或手机app。
如图16所示，休眠唤醒模块：采用两个振动开关正交摆放，在车辆运动的过程中振动开关发生活动使mcu保持正常运行状态，当车辆停止时，振动开关不再活动，mcu进入休眠模式，等下一次振动开关发生运动时唤醒。
如图17所示，指示灯模块：三个led指示灯：run灯为运行状态指示灯，当设备刚上电时为红色，初始化完毕后变为绿色进入正常运行状态；gps灯在gps搜星时闪烁红灯，当gps成功得到定位信息后变为绿色，然后gps模块进入休眠模式，等待下一次重新定位，此过程gps灯熄灭；gprs灯在gprs通讯时闪烁绿色，当gprs通讯出现问题时闪烁红色，当gprs模块未工作时熄灭。
如图18所示，sim卡接口为小型sim卡卡座，另一端与gprs模块相连，提供通讯运营商信息以及本卡信息。
如图19所示，usb（mini）接口：用于连接设备和计算机，从而能在计算机上查看本机的运行信息，以及可以通过此接口升级固件程序。
如图20所示，rs485通讯接口：用于连接外置压力传感器，获取待测设备的气体或液体压力信息。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。