[發明專利]超低功耗便攜式地溫采集裝置和方法

有效

• 申請號: 201410627693.7
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN104330177B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 王兆濱;孫曉光;祝英;王浩;鄭緒
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: G01K1/02
• 分類號: G01K1/02;G08C17/02
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 張克勤

1.一種超低功耗便攜式地溫采集裝置，包括數據采集系統（1），其特征在于：它還包括數據整理系統（2），數據采集系統（1）的第一UART接口（17）與數據整理系統（2）的第二UART接口（22）連接，數據采集系統包括第一單片機（18）、實時時鐘模塊（11）、溫度傳感器模塊（12）、存儲器模塊（14）、電源管理模塊（13），第一單片機（18）通過第一I2C接口（16）與實時時鐘模塊（11）相連，第一單片機（18）與溫度傳感器模塊（12）相連，第一單片機（18）還與存儲器模塊（14）及電源管理模塊（13）相連，實時時鐘模塊通過輸出報警信號喚醒休眠狀態的第一單片機（18），第一單片機（18）讀取當前實時時鐘模塊的時間，控制溫度傳感器模塊（12）進行數據采集，然后將數據寫入存儲器模塊；數據整理系統包括第二單片機（27）、SD卡模塊（24）、LCD顯示模塊（23）、第二UART接口（22）；SD卡模塊（24）和LCD顯示模塊（23）通過SPI接口（25）接在第二單片機（27）上，第二UART接口（22）用于數據采集系統的測試，第二單片機（27）的第二I2C接口（21）與數據采集系統的第一I2C接口（16）連接，讀取存儲器模塊的數據；溫度傳感器模塊采用2組共8個傳感器，第一組由第一傳感器（WD0）、第二傳感器（WD1）、第三傳感器（WD2）和第四傳感器（WD3）組成, 第二組由第五傳感器（WD4）、第六傳感器（WD5）、第七傳感器（WD6）和第八傳感器（WD7）組成，2組傳感器公用四個上拉電阻，即第一上拉電阻（RP1）、第二上拉電阻（RP2）、第三上拉電阻（RP3）、第四上拉電阻（RP4），第一上拉電阻（RP1）、第二上拉電阻（RP2）、第三上拉電阻（RP3）、第四上拉電阻（RP4）的一端共同連接在總電源（VCC）上，第一上拉電阻（RP1）的另一端接到第一傳感器(DW0)和第五傳感器(DW4)的第二引腳，然后接到第一單片機的同一I/O端口上，第二上拉電阻(RP2)的另一端接到第二傳感器(DW1)和第六傳感器(DW5)的第二引腳，然后接到第一單片機的同一控制端口上，第三上拉電阻(RP3)的另一端接到第三傳感器(DW2)和第七傳感器(DW6)的第二引腳，然后接到第一單片機的同一控制端口上，第四上拉電阻(RP4)的另一端接到第四傳感器(DW3)和第八傳感器(DW7)的第二引腳，然后接到第一單片機的同一控制端口；第一傳感器（WD0）、第二傳感器（WD1）、第三傳感器（WD2）和第四傳感器（WD3）的第一引腳接到第一電源（VCC1）上，第五傳感器（WD4）、第六傳感器（WD5）、第七傳感器（WD6）和第八傳感器（WD7）的第一引腳接到第二電源電源（VCC2）上；總電源（VCC）上連接第一三極管(Q1)和第二三極管（Q2）的集電極，第一三極管(Q1)的基極連接第一限流電阻（Rq1）的一端，同時第一限流電阻（Rq1）的另一端連接第一單片機的的控制端口，第一三極管(Q1)的發射極輸出為第一電源（VCC1），連接第一組傳感器的第一管腳；第二三極管（Q2）的基極連接第二限流電阻（Rq2）的一端，而第二限流電阻（Rq2）的另一端連接到第一單片機的控制端口，第二三極管（Q2）的發射極輸出為第二電源（VCC2），連接第二組傳感器的第一管腳；第一傳感器（WD0）、第二傳感器（WD1）、第三傳感器（WD2）和第四傳感器（WD3）組成, 第二組由第五傳感器（WD4）、第六傳感器（WD5）、第七傳感器（WD6）和第八傳感器（WD7）均為達拉斯公司的DS18B20溫度傳感器。

2.根據權利要求1所述的超低功耗便攜式地溫采集裝置，其特征在于：電源管理模塊采用外部輸入電源，由外部電源輸入端口（J1）輸入到電荷泵（reg），外部電源輸入端口（J1）的一個輸出端與地之間接上第二電容(C2)和第三電容（C3），第二電容(C2)和第三電容（C3）的正極與電荷泵（reg）相接，電荷泵（reg）接到第一單片機的I/O端口上，由第一單片機控制電荷泵（reg）是否工作，總電源（VCC）為受第一單片機控制的電源，總電源（VCC）為電荷泵（reg）的輸出端；電荷泵（reg）還接第八電容（C8），電荷泵輸出端接第五電容（C5）的一端。

3.根據權利要求1所述的超低功耗便攜式地溫采集裝置，其特征在于：第一單片機的控制芯片采用MSP430G2553，第二單片機的控制芯片采用MSP430F5529。

4.用權利要求1所述的一種超低功耗便攜式地溫采集裝置進行地溫采集的方法，其特征在于步驟如下：

A、初始化:首先初始化第一單片機的第一I2C接口（16）和第一UART接口（17），初始化實時時鐘模塊;

B、讀取時間和地址：讀取實時時鐘模塊（11）的時間，讀取存儲器模塊的寫入數據的時間和地址；

C、溫度測量：初始化第一I2C接口（16），進行多次溫度的測量，求各個通道的溫度值；

D、讀出日志信息:重新初始化第一I2C接口（16），將相關信息寫入存儲器并進行寫入校驗，通過第一UART接口（17）發送相關信息；關閉各模塊電源，降低功耗；

具體過程為：從存儲器模塊中讀出日志信息，日志信息記錄了上次測量任務寫入數據的時間和地址，然后再讀取一次溫度、一次時間，判斷讀取的時間是否正確；如果正確則將時間壓縮成3個字節，否則重新讀取時間，如果時間不正確，則再讀一次時間，并與前一次所讀取得時間進行比較；如果一致，則認為正確，將年月日時數據壓縮成3個字節；進行第三次讀溫度，然后和第二次讀取的溫度求平均值，求平均值時每個通道對應，然后將溫度數據放在3個字節的時間數據后面，組成19字節的數據信息；

E、系統進入休眠狀態；

F、如果偵聽到串口中斷，系統根據串口命令進行相應的中斷服務程序，完成后進入低功耗模式；如果是實時時鐘模塊的中斷，則進行相應的溫度測量并記錄的任務，完成后進入低功耗模式。