*CN103426284A*
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103426284 A(43)申请公布日 2013.12.04
(12)发明专利申请
(21)申请号 201310344500.2(22)申请日 2013.08.08
(71)申请人北京中科希望软件股份有限公司
地址100190 北京市海淀区中关村大街22
号中科大厦10层(72)发明人黄友春
(74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司
11332
代理人胡彬(51)Int.Cl.
G08C 17/02(2006.01)H04W 52/02(2009.01)H04W 84/12(2009.01)G01D 21/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书7页 附图3页权利要求书1页 说明书7页 附图3页
(54)发明名称
基于wifi通信技术的温湿度采集装置(57)摘要
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于wifi通信技术的温湿度采集装置。其中，所述装置包括：微控制单元（MCU）、wifi通信单元、温湿度传感器单元、无线射频(RFID)单元和电源单元；所述温湿度传感器单元、wifi通信单元和所述无线射频单元分别与所述微控制单元相连接；所述电源单元用于对各用电单元进行供电；所述无线射频单元用于接收唤醒指令，并根据唤醒指令唤醒微处理单元。本发明采用的技术方案，温湿度采集装置特殊的休眠机制，降低了温湿度采集装置的功耗，延长了温湿度采集装置的使用周期。CN 103426284 ACN 103426284 A
权 利 要 求 书
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1.一种基于wifi通信技术的温湿度采集装置，包括微控制单元（MCU）、wifi通信单元、温湿度传感器单元、无线射频(RFID)单元和电源单元；
所述温湿度传感器单元、wifi通信单元和所述无线射频单元分别与所述微控制单元相连接；
所述电源单元用于对各用电单元进行供电；所述无线射频单元用于接收唤醒指令，并根据唤醒指令唤醒微处理单元，所述唤醒指令用于唤醒所述微控制单元和所述wifi通信单元；
所述微控制单元根据所述唤醒指令进入工作状态，控制所述温湿度传感器对温湿度数据进行采集，并启动wifi通信单元，将采集的温湿度数据通过所述wifi通信单元上传。
2.如权利要求1所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，其特征在于，所述无线射频单元包括：天线、匹配电路和射频子单元。
3.如权利要求1所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，其特征在于，所述无线射频单元工作频段为860MHz—960MHz。
4.如权利要求1所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，其特征在于，所述无线射频单元采用产品电子代码（EPC编码）进行编码。
5.如权利要求1所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，其特征在于，所述无线射频单元还用于接收休眠指令，根据所述休眠指令使处于工作状态的微处理单元进入休眠状态。
6.如权利要求1所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，其特征在于，所述微控制单元包括：
512KB的只读内存（ROM）和128KB的随机存储器（RAM）；所述ROM用于存储操作系统和程序；所述RAM用于运行操作系统和软件。
7.如权利要求6所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，其特征在于，所述微控制单元还包括：
通用输入输出接口（GPIO）、串行外设接口（SPI）和UART接口。8.如权利要求1所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，其特征在于，所述温湿度传感器单元包括：
HTU11数字式温湿度传感器。
9.如权利要求1所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，其特征在于，所述电源单元包括：
L6924U芯片和ADP150-3.3芯片；其中，
所述L6924U芯片用于控制电池充电和放电；所述ADP150-3.3芯片用于控制电源的开关。
10.如权利要求9所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，其特征在于，所述电源单元还包括锂电池。
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说 明 书
基于wifi通信技术的温湿度采集装置
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技术领域
[0001]
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于wifi通信技术的温湿度采集
装置。背景技术
信息化的发展，人们对生活质量提出了越来越高的要求，特别是近年来物联网的
发展，人们越来越重视货物的生产、制造、运输、存储和销售等各个环节的检测，确保各个环节中产品质量的安全。环境中的温湿度是影响产品的关键因素，以此为保证各个环节中产品质量的安全，就需要对环境的温湿度进行采集。采集温湿度数据后，同时需要将采集的温湿度数据传输到相关设备，实现对采集温湿度数据的存储与分析。[0003] 现有技术中，温湿度采集装置进行温湿度数据的传输一般通过两种方式。其一是，利用Zigbee（紫峰）网络，由于Zigbee网络的休眠机制较好，能够做到很低的功耗，能够长时间的检测环境温湿度，但是普通PC和移动终端并不支持Zigbee网络，使得这种设备的适用性差，需要有专门的设备才能够连接到IP网络中。其二是，利用蓝牙实现温湿度数据的传输，此种方式可以很好的连接PC或者移动终端，但是由于者蓝牙的功耗都比较高，这样使得设备需要大容量的电源或者固定的电源供电才能够长时间工作，不利于设备的移动性。
[0002]
发明内容
为降低温湿度采集装置的功耗，延长温湿度采集装置的使用周期，本发明实施例
公开了如下技术方案：
[0005] 一种基于wifi通信技术的温湿度采集装置，包括微控制单元（MCU）、wifi通信单元、温湿度传感器单元、无线射频(RFID)单元和电源单元；[0006] 所述温湿度传感器单元、wifi通信单元和所述无线射频单元分别与所述微控制单元相连接；
[0007] 所述电源单元用于对各用电单元进行供电；[0008] 所述无线射频单元用于接收唤醒指令，并根据唤醒指令唤醒微处理单元，所述唤醒指令用于唤醒所述微控制单元和所述wifi通信单元；[0009] 所述微控制单元根据所述唤醒指令进入工作状态，控制所述温湿度传感器对温湿度数据进行采集，并启动wifi通信单元，将采集的温湿度数据通过所述wifi通信单元上传。
[0010] 进一步的，所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，所述无线射频单元包括：天线、匹配电路和射频子单元。
[0004]
进一步的，所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，所述无线射频单元工作频段为860MHz—960MHz。[0012] 进一步的，所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，所述无线射频单元采用
[0011]
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产品电子代码（EPC编码）进行编码。[0013] 进一步的，所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，所述无线射频单元还用于接收休眠指令，根据所述休眠指令使处于工作状态的微处理单元进入休眠状态。[0014] 进一步的，所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，所述微控制单元包括：[0015] 512KB的只读内存（ROM）和128KB的随机存储器（RAM）；[0016] 所述ROM用于存储操作系统和程序；[0017] 所述RAM用于运行操作系统和软件。[0018] 进一步的，所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，所述微控制单元还包括：
[0019] 通用输入输出接口（GPIO）、串行外设接口（SPI）和UART接口。[0020] 进一步的，所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，所述温湿度传感器单元包括：
[0021] HTU11数字式温湿度传感器。[0022] 进一步的，所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，所述电源单元包括：[0023] L6924U芯片和ADP150-3.3芯片；其中，
[0024] 所述L6924U芯片用于控制电池充电和放电；[0025] 所述ADP150-3.3芯片用于控制电源的开关。[0026] 进一步的，所述的基于wifi通信技术的温湿度采集装置，所述电源单元还包括锂电池。
[0027] 本发明中温湿度采集装置，无线射频单元接收的唤醒指令唤醒休眠状态的微控制单元，进而唤醒温湿度采集装置；温湿度传感器单元采集环境中的温湿度数据，并将温湿度采集数据通过wifi通信单元发送到终端设备。本发明中温湿度采集装置只有在无线射频单元接收唤醒指令后，才进行对温湿度数据的采集，进而利用wifi通信单元将采集的温湿度数据发送到相应设备，实现对温湿度数据的保存或分析。以此，本发明技术方案温湿度采集装置采用特殊的休眠机制，在对温湿度数据采集前无线射频单元接收唤醒指令唤醒处于休眠状态的温湿度采集装置，在不进行温湿度采集时，使工作状态的温湿度采集装置进入休眠状态，以此降低了温湿度采集装置的功耗，同时进一步延长了温湿度采集装置的使用周期。
附图说明
[0028] 图1是本发明实施例中温湿度采集装置模块结构示意图。[0029] 图2是本发明实施例中无线射频单元模块结构示意图。[0030] 图3是本发明实施例中微控制单元模块结构示意图。
[0031] 图4是本发明实施例中温湿度传感器单元模块结构示意图。[0032] 图5是本发明实施例中软件模块结构示意图。
具体实施方式
[0033] 本发明公开了一种基于wifi通信的温湿度采集装置，下面结合附图及具体实施方式对本发明进行更加详细与完整的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用
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于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。[0034] wifi（wifi，wireless fidelity）是指一种能够将个人电脑、手持设备，例如Pad、手机等终端，以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi技术的标准是遵循IEEE所制定的802.11x系列标准，以此一般的802.11x系列标准都属于wifi技术范畴。而目前使用最广泛的标准是802.11b，也即是无线的标准协议。此标准从802.11的2MB基础带宽增加到11MB，而且802.11g还可以兼容802.11b，达到局域网水平，使用IEEE802.11系列协议的局域网就称为wifi。基于wifi的通信技术，也即是基于wifi的无线局域网络实现对数据传输的技术。[0035] 射频识别（RFID，Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125k～134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，无源等技术。RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术有着广泛的应用范围，例如图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。RFID技术的基本工作原理是标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，根据感应电流所获得的能量发送存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至信息系统进行有关数据处理。
[0036] 本实施例以仓库中存储货物的温湿度采集为例，对本发明技术方案进行说明与阐释。温湿度采集装置安装在需要进行温湿度采集的仓库中，对仓库中的温度和湿度进行采集，以确保仓库中的温度和湿度能够保证仓库中存储货物的品质不产生变化，霉变等。[0037] 图1所示是本发明实施例中的温湿度采集装置模块结构示意图。[0038] 如图1所示，本实施例中的温湿度采集装置模块结构包括：无线射频（RFID）单元101、微控制单元102、温湿度传感器单元103、wifi通信单元104和电源单元105。[0039] 其中，温湿度传感器单元103、wifi通信单元104和无线射频单元101分别与微控制单元102相连接；电源单元105用于对各用电单元进行供电；无线射频单元101用于接收唤醒指令，并根据唤醒指令唤醒微处理单元102，所述唤醒指令用于唤醒所述微控制单元102和所述wifi通信单元104；所述微控制单元102根据所述唤醒指令进入工作状态，控制所述温湿度传感器单元103对温湿度数据进行采集，并启动wifi通信单元104，将采集的温湿度数据通过所述wifi通信单元104上传。
[0040] 无线射频单元101采用无线射频识别技术，通过对标签的感应接收唤醒指令。无线射频单元101接收唤醒指令，唤醒处于休眠状态下的温湿度采集装置，也即是唤醒指令唤醒微控制单元102，通过微控制单元102唤醒温湿度传感器单元103和wifi通信单元104，进而唤醒处于休眠状态的温湿度采集装置。[0041] 进一步的，无线射频单元101还用接收于休眠指令，根据休眠指令使处于工作状态的微处理单元102进入休眠状态；进而使温湿度传感器单元103和wifi通信单元104进入休眠状态。
[0042] 本实施例中无线射频单元101采用无线射频识别技术，根据接收的标签的指令，也即是感应到标签发来的唤醒指令，唤醒休眠状态的微控制单元102，进而唤醒wifi通信单元104及温湿度传感器单元103，进而实现对温湿度数据的采集和对采集的温湿度数据
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的传输。
图2所示是本发明实施例中无线射频单元101结构示意图。如图2所示，无线射
频单元101包括：射频子单元1011、匹配电路1012和天线1013，无线射频单元用于接收唤醒指令或休眠指令，进而实现对温湿度采集装置的唤醒或进入休眠状态。[0044] 当温湿度采集装置安装到仓库中后，如果不需要对仓库内的环境的温湿度进行采
[0043]
集，则温湿度采集装置处于休眠状态。当需要对仓库内环境的温湿度进行采集时，无线射频单元101接收唤醒指令，唤醒指令唤醒微控制单元102，进而唤醒处于休眠状态的温湿度采集装置，实现对仓库内环境的温湿度的采集。[0045] 优选的，本实施例中无线射频单元101的工作频段为860MHz—960MHz。[0046] 优选的，本实施例中无线射频单元101采用产品电子代码（EPC编码）进行编码。[0047] 进一步的，本实施例中，当无线射频单元101接收休眠指令后，使微控制单元102进入休眠状态，进而使处于工作状态的温湿度采集装置进入休眠状态。也即是，当不需要再对仓库内环境的温湿度数据进行采集，通过向无线射频单元101发送一个休眠指令，无线射频单元101接收休眠指令，通过使微控制单元102进入休眠状态便可实现工作状态的温湿度采集装置进入休眠状态。
[0048] 微控制单元102接收无线射频单元101的唤醒指令后，进入工作状态，唤醒温湿度传感器单元103和wifi通信单元104，同时对温湿度传感器单元103和wifi通信单元104的工作过程进行控制。具体的，也即是无线射频单元101将接收到的唤醒指令，传输到微控制单元102后，使休眠状态的微控制单元102进入工作状态，进而唤醒wifi通信单元104和温湿度传感器单元103，进而使温湿度传感器单元进入工作状态。实现对温湿度数据的采集和传输。
[0049] 图3所示是本发明实施例中微控制单元102的模块结构示意图。如图3所示，微控制单元102包括：RAM（只读内存）1021、ROM（随机存储器）1022、处理器1023和接口单元1024。其中，RAM（只读内存）1021、ROM（随机存储器）1022和接口单元1024分别与处理器1023相连接。[0050] 优选的，本实施例中微控制单元102的处理器1023采用SPARC V8架构的32位处理器，其中处理器1023的主频为44MHz。微控制单元102与电源单元105、wifi通信单元104、无线射频单元101和温湿度传感器单元103分别相连接，是本实施例中采集装置的核心，用于接收无线射频单元101的唤醒指令或休眠指令，唤醒温湿度采集装置，并对温湿度采集装置温湿度数据采集和传输进行控制与检测，实现对温湿度的采集及采集的温湿度数据的传输。
本实施例中微控制单元102还包括512KB的只读内存（ROM，Read-Only Memory）
1021，其中，ROM用来存储操作系统和软件；同时还包括128KB的随机存储器（RAM，random access memory）1022，其中，RAM用来运行操作系统和软件。[0052] 进一步的，本实施例中微控制单元102还包含接口单元1024；其中，接口单元1024包括通用输入输出接口（GPIO）、串行外设接口（SPI）和UART接口，接口单元1024用来连接外围设备。例如，当需要重新设定采集时间间隔及温湿度数据采集的方式，可以通过这些接口连接终端设备，例如计算机（PC）、掌上电脑(PDA）、智能手机和平板电脑等，进行程序下载。当通过这些接口通过终端设备进行下载程序后，便在微控制器单元102中加载运行相
[0051]
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应程序，按其设定方式实现温湿度数据的采集及对采集的温湿度数据的传输。[0053] 本实施例中是实现对仓库中环境的温湿度进行采集。当本实施例中温湿度采集装置被安装到相应的仓库内，唤醒指令唤醒采集装置后，微控制单元102便控制温湿度传感器单元103进行温湿度数据的采集，进一步实现对存储的温湿度数据的传输。
[0054] 温湿度传感器单元103是对特定区域内的或特定物品的温度和湿度进行采集。货物生产、运输或存储往往需要一个合适的温度和湿度，在此温度和湿度范围内能够保证货物不变质，确保货物的质量。以此需要对特定区域内或特定物品的温度和湿度进行检测。当无线射频单元101唤醒温湿度采集装置，温湿度传感器单元103及wifi通信单元104便可进行对温湿度的采集及传输。
[0055] 图4所示是本发明实施例中温湿度传感器单元103结构模块示意图。如图4所示，温湿度传感器单元103包括：温度传感器1031和湿度传感器1032，其中温度传感器1031实现对温度的采集，湿度传感器1032实现对湿度的采集。[0056] 本实施例是对仓库内温湿度进行采集，也即是将温湿度采集装置安装在仓库中对仓库中环境的温湿度进行采集，以此采集仓库内的温湿度数据，进而分析确定仓库内的温湿度数据是否符合存储货物的条件，保证仓库内存储货物的质量安全。[0057] 优选的，本实施例中采用Humirel公司的HTU11数字式温湿度传感器。HTU11是基于Humirel公司高性能的湿度感应元件制成，HTU1x（F）系列模块为OEM应用提供一个准确可靠的温湿度测量数据。HTU11传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。HTU11模块功耗低并且体积小，具有良好的品质、快的响应速度、抗干扰能力强，微小的体积、极低的功耗。
[0058] HTU11数字式温湿度传感器能够提供范围为-40℃到150℃，精度为±0.4℃的温度测量和范围为0%到100%，精度为±3%的湿度测量。
[0059] Wifi通信单元104用于当温湿度采集装置被唤醒后对采集的温湿度数据进行传输。采集的温湿度数据需要传输到相应终端设备，例如计算机（PC）、掌上电脑(PDA）、智能手机和平板电脑等，进行分析。以此，采集装置中必须要有进行数据传输的通信设备。本发明采用wifi通信技术实现对温湿度采集装置采集的温湿度数据进行传输。[0060] 优选的，本实施例中Wifi通信单元104包括有2.4GHz IEEE802.11b/g的接收器和发送器，并同时能够提供4Mb/s的数据传输速率。同时wifi通信单元104还支持WEP（Wired Equivalent Privacy）和WPA（Wi-Fi Protected Access）加密。[0061] 本实施例中采用不加密方式实现对采集的温湿度数据的传输。
[0062] 电源单元105是用来对温湿度采集装置中各用电单元进行供电。温湿度采集装置中温湿度传感器单元103采集温湿度数据需要消耗能量，wifi通信单元104进行温湿度数据数据的传输同样消耗能量，以此需要对采集装置各用电单元进行供电。[0063] 优选的，本实施例中电源单元105采用ST公司的L6924U芯片和一片AD公司的ADP150-3.3芯片。L6924U芯片用于管理电池充电和放电，能够提供可调节的充电时间和充电电流，ADP150-3.3用于给整个系统提供3.3V的电压，能够管理整个系统电源的开关。电源单元105对整个采集装置内的各用电单元进行供电。[00] 进一步的，本实施例中对仓库内进行温湿度采集的温湿度采集装置采用锂电池进行供电。
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上述是本实施例中温湿度采集装置主要硬件单元功能及组成结构的说明，为使本
发明的说明更加完整与清楚，下述对本实施例中温湿度采集装置的软件实现流程进行说明。
[0066] 图5所示是本发明实施例中软件模块示意图。如图5所示所示，软件模块包括：唤醒模块201、控制模块202、采集模块203和传输模块204。[0067] 唤醒模块201，用于唤醒处于休眠状态的温湿度采集装置。当不进行温湿度采集时，温湿度采集装置处于休眠状态，以此，为了实现对温湿度数据的采集必须唤醒处于休眠状态的温湿度采集装置。唤醒模块201接收用户唤醒指令，进而实现对采集装置的唤醒，进一步实现对温湿度采集装置的采集。[0068] 控制模块202，用于通过对微控制单元的控制实现温湿度传感器数据采集和温湿度数据传输的控制。具体的，也就是当无线射频单元唤醒温湿度采集装置后，控制模块202便控制温湿度传感器进行温度和湿度的采集，以及当采集温度和湿度数据后控制和管理wifi通信单元实现对采集的温度和湿度数据的传输。以此，在控制模块202的作用下，实现对温湿度数据的采集以及实现对温湿度数据传输。[0069] 采集模块203，用于实现对温湿度数据的采集。温湿度数据的采集根据温湿度采集装置的应用环境，设定了不同的采集方式。对于温湿度的采集根据不同的场合需要的采集方式往往多种多样，例如在货物生产过程中，就需要对生产环境的温湿度进行实时的采集以确保生产环境的温湿度能够符合生产产品的温湿度要求，此时需要对温湿度进行实时采集；又如在仓库中，因仓库中的温湿度比较稳定，以此可以对仓库中的温湿度相隔一定时间进行采集。采集模块203便是实现对温湿度数据采集的模块。[0070] 本实施例中，温湿度采集装置应用在仓库中，以采集仓库中的温湿度数据。以此，根据仓库中环境状况设定本实施例中的采集方式。例如设定采集时间为5分钟。[0071] 传输模块204，用于实现对温湿度数据的传输。数据的传输方式多种多样，根据应用场景的需要可以有不同的设定，例如为了保证传输的安全性可以设定为加密传输。[0072] 本实施例中，温湿度采集装置应用在仓库中，采集的温湿度数据只是为确保仓库内的温湿度环境是否满足仓库中存储货物的温湿度要求。以此，本实施例中设定在对温湿度采集数据进行传输过程以不加密的方式进行传输。
[0073] 以上为本实施例中的采集装置主要软件模块的说明。本实施例中温湿度采集装置，以硬件为基础结合加载运行的软件程序实现本发明目的。[0074] 本发明中温湿度采集装置，无线射频单元接收的唤醒指令唤醒休眠状态的微控制单元，进而唤醒温湿度采集装置，温湿度传感器单元采集环境中的温湿度数据，并将温湿度采集数据通过wifi通信单元发送到终端设备。本发明中温湿度采集装置只有在无线射频单元接收唤醒指令后，才进行开启，进行对温湿度数据的采集，进而利用wifi通信单元将采集的温湿度数据发送到相应设备，实现对温湿度数据的保存或分析。以此，本发明技术方案温湿度采集装置采用特殊的休眠机制，在对温湿度数据采集前无线射频单元接收唤醒指令唤醒处于休眠状态的温湿度采集装置，在不进行温湿度采集时，无线射频单元接收休眠指令，使工作状态的温湿度采集装置进入休眠状态，以此降低了温湿度采集装置的功耗，同时进一步延长了温湿度采集装置的使用周期。[0075] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于本发明，对于本领域技术人员
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而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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