煙葉醇化倉庫用低功耗長續(xù)航溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種煙葉醇化倉庫用低功耗長續(xù)航溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置，包括微處理器，分別與微處理器相連的溫濕度傳感器、磷化氫氣體濃度傳感器、電池電連接，其特征在于所述微處理器還與無線收發(fā)器、撥碼開關(guān)、晶體振蕩器電連接?？蓪熑~醇化倉庫的溫濕度、磷化氫氣體濃度進行長期持續(xù)性監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果傳送到煙葉醇化倉庫之外的控制中心，實現(xiàn)遠程監(jiān)測，并通過超低功耗單片微處理器及整機各元器件的超低功耗設(shè)置，完成電源節(jié)能控制及管理，工作時才供電，其余為休眠斷電時間，最大限度地節(jié)約電能，續(xù)航時間不少于48個月，最大續(xù)航時間達96個月，有效減少出入煙葉醇化倉庫更換電池的次數(shù)，保障煙葉醇化安全及質(zhì)量。
【專利說明】
煙葉醇化倉庫用低功耗長續(xù)航溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種監(jiān)測裝置，尤其是一種能長期持續(xù)監(jiān)測煙葉醇化倉庫環(huán)境溫濕度及磷化氫濃度，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將所測信息傳送至倉庫外的裝置，屬于環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煙葉醇化倉庫中貯藏的半成品煙葉需要經(jīng)過長時間的醇化處理來提升其品質(zhì)。在醇化過程中需要持續(xù)檢測倉儲環(huán)境的溫濕度及磷化氫濃度。通常半成品煙葉在進入醇化倉庫之前已經(jīng)過打葉復(fù)烤加工，其水分含量被控制在不會發(fā)生霉變的水平，同時通過磷化氫氣體的熏蒸來殺滅害蟲。在磷化氫熏蒸過程中，為了準確掌握熏蒸的技術(shù)參數(shù)，需要使用溫濕度及磷化氫監(jiān)測儀對熏蒸過程進行監(jiān)測。另外，為保障煙葉醇化過程的安全，煙葉醇化倉庫一般不使用照明電源和照明設(shè)備，也不能敷設(shè)各種電纜或電線，因此需要采用數(shù)字化無線傳輸?shù)姆绞絹磉M行數(shù)據(jù)傳輸，并且所用電源也只能采用蓄電池供電，并要求蓄電池具有足夠長的供電時間及平穩(wěn)放電的性能，同時還要求所有耗電元器件都是低功耗或者超低功耗的。因此，煙草行業(yè)普遍希望有一種能夠有效而實時監(jiān)測煙箱中煙葉是否發(fā)生霉變的技術(shù)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種煙葉醇化倉庫用低功耗長續(xù)航溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將所測信息傳送至倉庫外的控制中心。
[0004]本實用新型通過下列技術(shù)方案完成:一種醇化倉庫用低功耗長續(xù)航溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置，包括微處理器，分別與微處理器相連的溫濕度傳感器、磷化氫氣體濃度傳感器、一次性化學(xué)電池電連接，其特征在于所述微處理器還與無線收發(fā)器、撥碼開關(guān)、晶體振蕩器電連接，除對煙葉醇化倉庫環(huán)境之中的溫濕度、磷化氫氣體濃度等重要信息進行長期持續(xù)性監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果以數(shù)字化無線傳輸?shù)姆绞?，傳送到煙葉醇化倉庫之外的控制中心，實現(xiàn)遠程監(jiān)測，以便采取措施進行處理，從而將煙葉倉儲損失降到最低外，更重要的是通過超低功耗單片微處理器及整機各元器件的超低功耗設(shè)置，使全部信息傳感器和全部外圍設(shè)備均由超低功耗的微處理器來分別進行電源節(jié)能控制及管理，因此在監(jiān)測過程中，僅對磷化氫氣體濃度傳感器、溫濕度傳感器、無線收發(fā)模塊、撥碼開關(guān)其中的一個或幾個投入工作時才供電，其余為休眠斷電時間；同時在上述一個或幾個部件投入工作期間，也可視工作需要進行程控斷電，最大限度地節(jié)約電能，延長電池續(xù)航時間，有效減少出入煙葉醇化倉庫更換電池的次數(shù)，保障煙葉醇化安全及質(zhì)量。
[0005]所述磷化氫氣體濃度傳感器與微處理器之間連接直流線性放大器和偏置電壓發(fā)生器，通過直流線性放大器將磷化氫氣體濃度傳感器輸出的微弱模擬信號放大為微處理器內(nèi)含模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行各種數(shù)字化處理;通過偏置電壓發(fā)生器向磷化氫氣體濃度傳感器輸送必要的偏置電壓，同時向直流線性放大器提供所需要的負極性電源，直流線性放大器和偏置電壓發(fā)生器所需要的正極性電源則由微處理器進行管理和控制，僅僅在需要測量磷化氫氣體濃度時才供電，其余為休眠斷電時間;且在非休眠期間視需要也可以進行程控斷電，使磷化氫氣體濃度傳感器停止工作，因為在非熏蒸期間并不需要測量磷化氫氣體濃度。
[0006]所述微處理器為超低功耗單片微處理器Ul，其中:Ul的18、22、23腳通過接口 JP2、JP3與溫濕度傳感器U2的4、3、2腳相連，Ul的2、17腳與磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW相連，Ul的I腳、24、25腳分別與電池JP4、輸入監(jiān)測JP5相連，Ul的12腳與無線收發(fā)器JPl的1、2腳相連，Ul的16腳與撥碼開關(guān)SI相連，Ul的26、27腳與晶體振蕩器Yl相連，以將溫濕度傳感器U2、磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW采集到的信號送Ul對比、分析判斷、處理后，經(jīng)無線收發(fā)模塊JPl送出；通過晶體振蕩器Yl與Ul的連接，產(chǎn)生用于精確定時的時鐘振蕩，其振蕩頻率一般為32768赫茲，經(jīng)過15級分頻獲得秒級時鐘信號，以實現(xiàn)較大范圍內(nèi)的程控監(jiān)測流程時間間隔，用于支持Ul的正常工作;通過撥碼開關(guān)SI與微處理器Ul控制地址的設(shè)定，以便在晶體振蕩器Yl提供給微處理器Ul工作時鐘的同時，微處理器Ul對撥碼開關(guān)SI設(shè)定值進行讀取，并根據(jù)所讀數(shù)據(jù)，對磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW、溫濕度傳感器U2等進行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號通過無線收發(fā)器JPl發(fā)送到倉庫外的控制中心，實現(xiàn)遠程監(jiān)測，以便采取措施進行處理，從而將煙葉倉儲損失降到最低。
[0007]所述磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW通過接口 JP6、JP7分別與直流線性放大器U4A、偏置電壓發(fā)生器U4B相連，直流線性放大器U4A與Ul的2腳相連，偏置電壓發(fā)生器U4B與Ul的17腳相連，同時偏置電壓發(fā)生器U4B通過電壓極性反轉(zhuǎn)器U3與Ul的17腳相連，以將磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW輸出的微弱模擬信號經(jīng)直流線性放大器U4A放大后經(jīng)17腳送入Ul中，經(jīng)過Ul中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進行各種數(shù)字化處理;通過Ul的2腳、偏置電壓發(fā)生器U4B向磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW輸送必要的偏置電壓，同時通過Ul的17腳、電壓極性反轉(zhuǎn)器U3向直流線性放大器U4A提供所需要的負極電源，而直流線性放大器U4A和偏置電壓發(fā)生器U4B所需要的正極電源則由微處理器進行管理和控制，僅僅在需要測量磷化氫氣體濃度時才供電，其余為休眠斷電時間；且在非休眠期間視需要也可以進行程控斷電，使磷化氫氣體濃度傳感器停止工作，因為在非熏蒸期間并不需要測量磷化氫氣體濃度。
[0008]本實用新型具有下列優(yōu)點和效果:采用上述方案，除可對煙葉醇化倉庫環(huán)境之中的溫濕度、磷化氫氣體濃度等重要信息進行長期持續(xù)性監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果以數(shù)字化無線傳輸?shù)姆绞?，傳送到煙葉醇化倉庫之外的控制中心，實現(xiàn)遠程監(jiān)測，以便采取措施進行處理，從而將煙葉倉儲損失降到最低外，更重要的是通過超低功耗單片微處理器及整機各元器件的超低功耗設(shè)置，使全部信息傳感器和全部外圍設(shè)備均由超低功耗的微處理器來分別進行電源節(jié)能控制及管理，因此在監(jiān)測過程中，僅對磷化氫氣體濃度傳感器、溫濕度傳感器、無線收發(fā)模塊、撥碼開關(guān)其中的一個或幾個投入工作時才供電，其余為休眠斷電時間；同時在上述一個或幾個部件投入工作期間，也可視工作需要進行程控斷電，最大限度地節(jié)約電能，延長電池使用壽命，使續(xù)航時間不少于48個月，最大續(xù)航時間達96個月，有效減少出入煙葉醇化倉庫更換電池的次數(shù)，保障煙葉醇化安全及質(zhì)量。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)框圖；
[0010]圖2為本實用新型其中一實施例電路圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步描述。
[0012]如圖1，本實用新型提供的煙葉醇化倉庫用溫濕度磷化氫含量監(jiān)測裝置，包括微處理器I，分別與微處理器I相連的溫濕度傳感器3、磷化氫氣體濃度傳感器2、電池4電連接，其中所述微處理器I還與無線收發(fā)模塊7、天線8、撥碼開關(guān)6、晶體振蕩器5電連接，以便將溫濕度傳感器3、磷化氫氣體濃度傳感器2采集到的對應(yīng)信號，經(jīng)過無線收發(fā)器7、天線8向煙葉醇化倉庫外的控制中心傳送，從而遠程獲得煙葉醇化倉庫內(nèi)的溫度、濕度、磷化氫含量等信息，以采取相應(yīng)的措施。
[0013]所述磷化氫氣體濃度傳感器2與微處理器I之間連接直流線性放大器21和偏置電壓發(fā)生器22，通過直流線性放大器21將磷化氫氣體濃度傳感器2輸出的微弱模擬信號放大為微處理器I內(nèi)含模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行各種數(shù)字化處理;通過偏置電壓發(fā)生器22向磷化氫氣體濃度傳感器2輸送必要的偏置電壓，同時向直流線性放大器21提供所需要的負極性電源，直流線性放大器21和偏置電壓發(fā)生器22所需要的正極性電源則由微處理器I進行管理和控制，僅僅在需要測量磷化氫氣體濃度時才供電，其余為休眠斷電時間；且在非休眠期間視需要也可以進行程控斷電，使磷化氫氣體濃度傳感器停止工作，因為在非熏蒸期間并不需要測量磷化氫氣體濃度。
[0014]所述微處理器I為市購的超低功耗單片微處理器Ul，其型號為:MSP430G2553IPW28。
[0015]所述磷化氫氣體濃度傳感器2為市購產(chǎn)品，其型號為:4PH3-1000，用來測量磷化氫氣體的濃度，其量程應(yīng)當(dāng)全部覆蓋煙葉醇化倉庫熏蒸過程的磷化氫濃度范圍；該磷化氫氣體濃度傳感器2的測量范圍為1000 ppm。
[0016]所述溫濕度傳感器3為低功耗數(shù)字式一體化產(chǎn)品，其型號為:HTU11;其工作電源受到超低功耗單片微處理器Ul直接進行管理和控制，僅僅在需要測量溫濕度時才供電，在休眠期間則自動斷電；另外在非休眠期間視需要也可以進行程控斷電，使得溫度傳感器或濕度傳感器分別停止工作，或者是兩者都同時停止工作。溫濕度傳感器通過數(shù)據(jù)總線與微處理器Ul進行通訊。
[0017]所述無線收發(fā)器7的型號為:nRF24L01;其以數(shù)據(jù)模塊的形式出現(xiàn)，并且其天線8也以印刷電路的方式與其他元器件一起集成到了同一印刷電路板上，從而形成模塊的結(jié)構(gòu)；無線收發(fā)器7也可以采用傳統(tǒng)的無線收發(fā)集成塊加外圍元器件加外接鞭狀天線的形式來實現(xiàn)；其工作電源同樣受到超低功耗單片微處理器Ul直接進行管理和控制，僅僅在需要發(fā)送測量數(shù)據(jù)或接收上位機指令時才供電，在休眠期間則全部斷電；另外無線收發(fā)器7通過數(shù)據(jù)總線與微處理器Ul進行通訊。
[0018]所述撥碼開關(guān)6為N位撥碼開關(guān)，其型號為:SWDIP4;用來設(shè)置溫濕度磷化氫監(jiān)測地址，撥碼開關(guān)6工作電源受到超低功耗微處理器Ul直接進行管理和控制，僅僅在需要讀取開關(guān)數(shù)據(jù)時才供電，在讀數(shù)完畢后立即斷電；在其余時間則長期斷電；撥碼開關(guān)6的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線與微處理器Ul進行連接;每位撥碼開關(guān)6接通時，數(shù)據(jù)為低;斷開時則數(shù)據(jù)為高。。
[0019]電池4為一次性化學(xué)電池，其電壓范圍為2.4V至3.6V，用來對超低功耗單片微處理器Ul進行直接供電，同時通過超低功耗微處理器Ul對所有用電部件進行供電；一次性化學(xué)電池4為大容量堿性紙板電池，或者是長壽命的鋰鐵硫電池;其容量和放電平穩(wěn)程度較好。
[0020]超低功耗微處理器Ul是本實用新型的最佳選擇，它與晶體振蕩器5相連接，產(chǎn)生用于精確定時的實時時鐘振蕩，其振蕩頻率一般為32768赫茲，經(jīng)過15級分頻即可獲得秒級時鐘信號。超低功耗單片微處理器Ul的內(nèi)部程序存儲器存儲著本實用新型的全部程序代碼，用以控制溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置的全部運行流程，并且對全部所有用電設(shè)備進行電源節(jié)能管理。為節(jié)能起見，其大部分時間都處于睡眠狀態(tài)。只有當(dāng)秒級時鐘信號到來時，它才被喚醒，去查看是否已經(jīng)到達規(guī)定的監(jiān)測流程時間。如果時間不到就返回睡眠狀態(tài)。只有在實時時鐘計數(shù)值到達預(yù)先設(shè)定監(jiān)測流程時間的情況下，微處理器Ul才會真正醒來，開通所需要的各種電源，進行各例行數(shù)據(jù)測量、處理和無線發(fā)送。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后隨即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，接收來自上位機或控制中心的指令數(shù)據(jù)。然后關(guān)閉除實時時鐘振蕩器之外所有的工作電源，重新回到睡眠狀態(tài)。
[0021]假設(shè)實時時鐘計數(shù)器的字長為16位，相應(yīng)的最大計數(shù)值為65535。于是在I秒的實時時鐘驅(qū)動下，實時時鐘計數(shù)器的最大計數(shù)周期為65535秒，合18.2小時。如果事先將I秒的實時時鐘分頻三次，那么實時時鐘計數(shù)器的最大計數(shù)周期就可以增加8倍，達到145.6小時，也即6個晝夜。所以，本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)的程控監(jiān)測流程時間間隔為:最小I秒鐘、最大6個晝夜，在此范圍之內(nèi)，程控監(jiān)測流程的時間間隔可以通過上位機指令來進行任意設(shè)置。
[0022]微處理器Ul的內(nèi)含模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般為10位字長，相應(yīng)的最大計數(shù)值為1023，于是在磷化氫氣體濃度傳感器的測量范圍為1000 ppm的情況下，每個計數(shù)值所表現(xiàn)的磷化氫濃度正好差不多是一個ppm，從而形成了系統(tǒng)數(shù)據(jù)分辨率與測量范圍的最佳匹配。此外，微處理器Ul的內(nèi)含模數(shù)轉(zhuǎn)換器還具有自身電源電壓自檢的功能。據(jù)此就能夠?qū)崟r地測量出本實用新型的電池電壓，以便于據(jù)此進行節(jié)能管理，及時發(fā)現(xiàn)電源異常和更換電池。
[0023]直流線性放大器21和偏置電壓發(fā)生器22采用超低功耗的運算放大器來實現(xiàn)，其型號均為:BA10358，兩個運算放大器被集成到同一個芯片之中，以便減小體積和降低功耗。它們只有在磷化氫測量工作期間才短暫通電，其余時間則一律斷電。
[0024]如圖2所示，所述超低功耗單片微處理器Ul的18、22、23腳通過接口 JP2、JP3與溫濕度傳感器U2的4、3、2腳相連，Ul的2、17腳與磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW相連，Ul的I腳、24、25腳分別與電池JP4、輸入監(jiān)測JP5相連，Ul的12腳與無線收發(fā)器JPl的1、2腳相連，Ul的16腳與撥碼開關(guān)SI相連，Ul的26、27腳與晶體振蕩器Yl相連，以將溫濕度傳感器U2、磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW采集到的信號送Ul對比、分析判斷、處理后，經(jīng)無線收發(fā)器JPl送出；通過晶體振蕩器Yl與Ul的連接，產(chǎn)生用于精確定時的實時時鐘振蕩，其振蕩頻率一般為32768赫茲，經(jīng)過15級分頻獲得秒級時鐘信號，用于支持Ul的正常工作;通過撥碼開關(guān)SI與微處理器Ul控制地址的設(shè)定，只有在實時時鐘計數(shù)值到達預(yù)先設(shè)定監(jiān)測流程時間的情況下，微處理器Ul才會真正醒來，開通所需要的各種電源，進行各例行數(shù)據(jù)測量、處理和無線發(fā)送;數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后隨即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，接收來自上位機或控制中心的指令數(shù)據(jù);然后關(guān)閉除實時時鐘振蕩器之外所有的工作電源，重新回到睡眠狀態(tài)。
[0025]所述磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW通過接口 JP6、JP7分別與直流線性放大器U4A、偏置電壓發(fā)生器U4B相連，直流線性放大器U4A與Ul的2腳相連，偏置電壓發(fā)生器U4B與Ul的17腳相連，同時偏置電壓發(fā)生器U4B通過電壓極性反轉(zhuǎn)器U3與Ul的17腳相連，以將磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW輸出的微弱模擬信號經(jīng)直流線性放大器U4A放大后經(jīng)17腳送入Ul中，經(jīng)過Ul中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進行各種數(shù)字化處理;通過Ul的2腳、偏置電壓發(fā)生器U4B向磷化氫氣體濃度傳感器FRONT VIEW輸送必要的偏置電壓，同時通過Ul的17腳、電壓極性反轉(zhuǎn)器U3向直流線性放大器U4A提供所需要的負極電源，而直流線性放大器U4A和偏置電壓發(fā)生器U4B所需要的正極電源則由微處理器進行管理和控制，僅僅在需要測量磷化氫氣體濃度時才供電，其余為休眠斷電時間；且在非休眠期間視需要也可以進行程控斷電，使磷化氫氣體濃度傳感器停止工作，因為在非熏蒸期間并不需要測量磷化氫氣體濃度。
【主權(quán)項】
1.一種煙葉醇化倉庫用低功耗長續(xù)航溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置，包括微處理器，分別與微處理器相連的溫濕度傳感器、磷化氫氣體濃度傳感器、電池電連接，其特征在于所述微處理器還與無線收發(fā)器、撥碼開關(guān)、晶體振蕩器電連接。2.如權(quán)利要求1所述的煙葉醇化倉庫用低功耗長續(xù)航溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置，其特征在于所述磷化氫氣體濃度傳感器與微處理器之間連接直流線性放大器和偏置電壓發(fā)生器。3.如權(quán)利要求1所述的煙葉醇化倉庫用低功耗長續(xù)航溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置，其特征在于所述微處理器為超低功耗單片微處理器Ul，其中:Ul的18、22、23腳通過接口 JP2、JP3與溫濕度傳感器U2的4、3、2腳相連，Ul的2、17腳與磷化氫氣體濃度傳感器相連，Ul的I腳、24、25腳分別與電池JP4、輸入監(jiān)測JP5相連，Ul的12腳與無線收發(fā)器JPl的1、2腳相連，Ul的16腳與撥碼開關(guān)SI相連，Ul的26、27腳與晶體振蕩器Yl相連。4.如權(quán)利要求3所述的煙葉醇化倉庫用低功耗長續(xù)航溫濕度磷化氫監(jiān)測裝置，其特征在于所述磷化氫氣體濃度傳感器通過接口 JP6、JP7分別與直流線性放大器U4A、偏置電壓發(fā)生器U4B相連，直流線性放大器U4A與Ul的2腳相連，偏置電壓發(fā)生器U4B與Ul的17腳相連，同時偏置電壓發(fā)生器U4B通過電壓極性反轉(zhuǎn)器U3與Ul的17腳相連。
【文檔編號】G01D21/02GK205483044SQ201620035894
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月14日
【發(fā)明人】趙元軍, 駱杰, 趙元平, 楊強, 楊韜, 馮龍
【申請人】昆明美光科技有限公司, 紅塔煙草(集團)有限責(zé)任公司