多环境数据采集存储装置及方法
【专利摘要】本发明属于一种数据采集装置，特别涉及温湿度及振动采集装置。其技术方案是：一种多环境数据采集存储装置，包括：温湿度传感器(3)，振动传感器(6)，微处理器(11)，SD卡及卡托(4)，USB控制器(12)，USB接口(2)，电池(14)，电源接口(9)，电源模块(10)；其特征是：还包括陶瓷基PCB板(5)以及可拆卸壳体(13)。本发明体积小、质量轻、功耗低，独立工作，安装和拆卸方便，可以在不改变被测装备原结构、不影响其操作使用的前提上，灵活部署于被测装备外部或内部，实现环境数据的实时、长期采集和存储，数据采集精度满足GJB150A-2009中容差分析需求，满足对产品进行环境试验、可靠性试验条件制定需求。
【专利说明】多环境数据采集存储装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于一种数据采集装置，特别涉及温湿度及振动采集装置。
【背景技术】
[0002]为了对装备可靠性、环境适应性、健康状态监测等指标进行论证和试验，需要对装备在运输、存放、执行任务等过程中的温湿度、振动等环境数据进行短时间的采集或长时间的监测。现有技术主要存在以下几个方面的问题:(I)温湿度、振动分别采集，导致设备多，不利于在野外等现场操作；(2)需要大量连接电源、数据线，难以实现在装备内部点位部设，也影响装备的操作使用；(3)采集装置及其附属设备体积大，价格昂贵，功耗大，不利于多点位的采集，更难以适应长期健康监测的需要。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是:提供一种可以解决上述问题，适用于装备多点位温湿度和振动环境数据采集的微型、长时间、自采集和自存储的一体化环境数据采集装置。
[0004]本发明的技术方案是:一种多环境数据采集存储装置，包括:温湿度传感器(3)，振动传感器(6)，微处理器(11)，SD卡及卡托(4)，USB控制器(12)，USB接口 (2)，电池(14)，电源接口(9)，电源模块(10);其特征是:还包括陶瓷基PCB板(5)以及可拆卸壳体(13)；
[0005]所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)将物理量转换为数字信号，送交所述微处理器(11)处理后存储于所述SD卡，并经由所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)输出；所述电池(14)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)为各部件提供电力；所述陶瓷基PCB板(5)用于安装所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述微处理器(11)、所述SD卡及卡托(4)、所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)，并通过螺孔(I)固连于所述可拆卸壳体(13)的底部；所述可拆卸壳体(13)内部还封装所述电池(14)，并用于通过粘合剂固定在被测装备表面。
[0006]一种多环境数据采集存储方法，它使用如上所述的多环境数据采集存储装置，并由所述微处理器(11)控制，执行以下步骤:
[0007]A.状态字读取
[0008]如果所述USB接口(2)已连接计算机，则读取来自所述计算机的工作模式、温湿度采样率、振动采样率、唤醒阈值、温度校正参数、振动校正参数状态字；其中，所述工作模式状态字设定工作状态或休眠/唤醒状态；所述温湿度采样率状态字设定每天采样次数；所述振动采样率状态字在工作状态下设定每秒采样次数，取值范围为I~3000，在休眠/唤醒状态下设定每天采样的次数；所述唤醒阈值状态字设定休眠状态和唤醒状态之间的转换阈值，单位为0.01g ;所述温度校正参数状态字设定用于温度校正算法的参数，其第一位为正负号；所述振动校正参数状态字设定用于振动校正算法的参数，其第一位为正负号；
[0009]如果所述USB接口(2)未连接所述计算机，则继续沿用上次读入的状态字；
[0010]B.电量判断和报警[0011]读取所述电池(14)的剩余电量，如果小于设定阈值，则所述电源指示灯(7)闪烁报警；
[0012]C.进入设定工作模式
[0013]如果所述工作模式状态字设定为工作状态，则使所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡处于全工作状态，按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，采集温湿度和振动数据，并转D步骤；
[0014]如果所述工作模式状态字设定为休眠/唤醒状态，则转F步骤；
[0015]D.数据校正
[0016]Dl.温度补偿
[0017]设从所述状态字读取的温度校正参数为Ct，所述温湿度传感器(3)的温度值数字输出为Μτ，则温度T补偿公式为:
[0018]T = CT-39.6+0.01M1
[0019]D2.相对湿度补偿
[0020]设从所述状态字读取的湿度校正参数为Ch，所述温湿度传感器(3)的相对湿度值数字输出为Mh，则对相对湿度RH的非线性和常值项补偿公式为: [0021]RHl = Ch - 2.0468 + 0.0367Μ? -1.5955 x IO 6M211
[0022]进行温度补偿的公式(5)为:
[0023]RHt = RHl+(Mt-25) (0.01+0.00008MH) %
[0024]D3.振动量补偿
[0025]令从所述状态字读取的振动校正参数为Cv，所述振动传感器(6)输出为16进制数振动量为Mv，则振动量补偿后公式为:
[0026]V = Cv+ [hex2dec (Mv) -2048] /2048 X 50
[0027]其中振动量单位为g，Ig ^ 9.8m/s2，hex2dec表示将16进制转换为10进制；
[0028]E.数据存储
[0029]将补偿后的温度T、相对湿度RHt、振动量V写入所述SD卡；如果所述USB接口(2)已连接计算机，则传送给计算机；
[0030]F.休眠/唤醒状态
[0031]按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，定时唤醒所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡，采集温湿度和振动数据，执行D、E步骤，完成后即转为休眠状态，等待下次唤醒；
[0032]和/或利用所述振动传感器(6)的跌落检测功能，在检测到振动量Vtl超过所述状态字设定的振动阈值Vthrestold时，唤醒所述振动传感器(6)、所述SD卡进行振动量采集，执行D3和E步骤，当振动量不大于Vthreshtjld时转入休眠状态，继续进行跌落检测。
[0033]本发明体积小、质量轻、功耗低，独立工作，安装和拆卸方便，可以在不改变被测装备原结构、不影响其操作使用的前提上，灵活部署于被测装备外部或内部，实现环境数据的实时、长期采集和存储，数据采集精度满足GJB150A-2009中容差分析需求，满足对产品进行环境试验、可靠性试验条件制定需求。
【专利附图】
【附图说明】[0034]附图1为本发明中多环境数据采集存储装置原理框图；
[0035]附图2为本发明中多环境数据采集存储装置结构示意图；
[0036]附图3为本发明中多环境数据采集存储方法流程图。
【具体实施方式】
[0037]实施例1:参见附图1、2，一种多环境数据采集存储装置，包括:温湿度传感器(3)，振动传感器(6)，微处理器(11)，SD卡及卡托(4)，USB控制器(12)，USB接口 (2)，电池(14)，电源接口(9)，电源模块(10)，电源指示灯(7)以及电源开关(8);其特征是:还包括陶瓷基PCB板(5)以及可拆卸壳体(13)；
[0038]所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)将物理量转换为数字信号，送交所述微处理器(11)处理后存储于所述SD卡，并经由所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)输出；所述电池(14)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)为各部件提供电力；所述陶瓷基PCB板(5)用于安装所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述微处理器(11)、所述SD卡及卡托(4)、所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)，并通过螺孔(I)固连于所述可拆卸壳体(13)的底部；所述可拆卸壳体(13)内部还封装所述电池(14)，并用于通过粘合剂固定在被测装备表面。
[0039]实施例2:如实施例1所述的多环境数据采集存储装置，其特征是:所述温湿度传感器(3)型号为SHT10，所述振动传感器(6)型号为AEMSg32Ml，所述微处理器(11)型号为STM32L151C8T6，所述电池(14)为3V锂电池。 [0040]实施例3:参见附图2，一种多环境数据采集存储方法，它使用如实施例1或2所述的多环境数据采集存储装置，并由所述微处理器(11)控制，执行以下步骤:
[0041]A.状态字读取
[0042]如果所述USB接口(2)已连接计算机，则读取来自所述计算机的工作模式、温湿度采样率、振动采样率、唤醒阈值、温度校正参数、振动校正参数状态字；其中，所述工作模式状态字设定工作状态或休眠/唤醒状态；所述温湿度采样率状态字设定每天采样次数；所述振动采样率状态字在工作状态下设定每秒采样次数，取值范围为I~3000，在休眠/唤醒状态下设定每天采样的次数；所述唤醒阈值状态字设定休眠状态和唤醒状态之间的转换阈值，单位为0.01g ;所述温度校正参数状态字设定用于温度校正算法的参数，其第一位为正负号；所述振动校正参数状态字设定用于振动校正算法的参数，其第一位为正负号；
[0043]如果所述USB接口(2)未连接所述计算机，则继续沿用上次读入的状态字；
[0044]B.电量判断和报警
[0045]读取所述电池(14)的剩余电量，如果小于设定阈值，则所述电源指示灯(7)闪烁报警；
[0046]C.进入设定工作模式
[0047]如果所述工作模式状态字设定为工作状态，则使所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡处于全工作状态，按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，采集温湿度和振动数据，并转D步骤；
[0048]如果所述工作模式状态字设定为休眠/唤醒状态，则转F步骤；
[0049]D.数据校正[0050]Dl.温度补偿
[0051]设从所述状态字读取的温度校正参数为Ct，所述温湿度传感器(3)的温度值数字输出为Μτ，则温度T补偿公式为:
[0052]T = CT-39.6+0.0IMt
[0053]D2.相对湿度补偿
[0054]设从所述状态字读取的湿度校正参数为Ch，所述温湿度传感器(3)的相对湿度值数字输出为Mh，则对相对湿度RH的非线性和常值项补偿公式为:
[0055]RHl =Ch- 2.0468 + 0.036?ΜΗ -1.5955 x IO-6Mj
[0056]进行温度 补偿的公式(5)为:
[0057]RHt = RHl+(Mt-25) (0.01+0.00008MH) %
[0058]D3.振动量补偿
[0059]令从所述状态字读取的振动校正参数为Cv，所述振动传感器(6)输出为16进制数振动量为Mv，则振动量补偿后公式为:
[0060]V = Cv+ [hex2dec (Mv) -2048] /2048 X 50
[0061]其中振动量单位为g，Ig ^ 9.8m/s2, hex2dec表不将16进制转换为10进制；
[0062]E.数据存储
[0063]将补偿后的温度T、相对湿度RHt、振动量V写入所述SD卡；如果所述USB接口(2)已连接计算机，则传送给计算机；
[0064]F.休眠/唤醒状态
[0065]按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，定时唤醒所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡，采集温湿度和振动数据，执行D、E步骤，完成后即转为休眠状态，等待下次唤醒；
[0066]和/或利用所述振动传感器(6)的跌落检测功能，在检测到振动量Vtl超过所述状态字设定的振动阈值Vthrestold时，唤醒所述振动传感器(6)、所述SD卡进行振动量采集，执行D3和E步骤，当振动量不大于Vthreshtjld时转入休眠状态，继续进行跌落检测。
【权利要求】
1.一种多环境数据采集存储装置，包括:温湿度传感器(3)，振动传感器(6)，微处理器(11)，SD卡及卡托(4)，USB控制器(12)，USB接口 (2)，电池(14)，电源接口 (9)，电源模块(10)，电源指示灯(7)以及电源开关(8);其特征是:还包括陶瓷基PCB板(5)以及可拆卸壳体(13)； 所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)将物理量转换为数字信号，送交所述微处理器(11)处理后存储于所述SD卡，并经由所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)输出；所述电池(14)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)为各部件提供电力；所述陶瓷基PCB板(5)用于安装所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述微处理器(11)、所述SD卡及卡托(4)、所述USB控制器(12)、所述USB接口(2)、所述电源接口(9)、所述电源模块(10)，并通过螺孔(I)固连于所述可拆卸壳体(13)的底部；所述可拆卸壳体(13)内部还封装所述电池(14)，并用于通过粘合剂固定在被测装备表面。
2.根据权利要求1所述的多环境数据采集存储装置，其特征是:所述温湿度传感器(3)型号为SHT10,所述振动传感器(6)型号为AEMS832M1,所述微处理器(11)型号为STM32L151C8T6，所述电池(14)为3V锂电池。
3.—种多环境数据采集存储方法，它使用如权利要求1或2所述的多环境数据采集存储装置，并由所述微处理器(11)控制，执行以下步骤: A.状态字读取 如果所述USB接口(2)已连接计算机，则读取来自所述计算机的工作模式、温湿度采样率、振动采样率、唤醒阈值、温度校正参数、振动校正参数状态字；其中，所述工作模式状态字设定工作状态或休眠/唤醒状态；所述温湿度采样率状态字设定每天采样次数；所述振动采样率状态字在工作状态下设定每秒采样次数，取值范围为I~3000，在休眠/唤醒状态下设定每天采样的次数；所述唤醒阈值状态字设定休眠状态和唤醒状态之间的转换阈值，单位为0.01g ;所述温度校正参数状态字设定用于温度校正算法的参数，其第一位为正负号；所述振动校正参数状态字设定用于振动校正算法的参数，其第一位为正负号； 如果所述USB接口(2)未连接所述计算机，则继续沿用上次读入的状态字； B.电量判断和报警 读取所述电池(14)的剩余电量，如果小于设定阈值，则所述电源指示灯(7)闪烁报m.1=I ， C.进入设定工作模式 如果所述工作模式状态字设定为工作状态，则使所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡处于全工作状态，按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，采集温湿度和振动数据，并转D步骤； 如果所述工作模式状态字设定为休眠/唤醒状态，则转F步骤； D.数据校正 Dl.温度补偿 设从所述状态字读取的温度校正参数为Ct，所述温湿度传感器(3)的温度值数字输出为Mt，则温度T补偿公式为:
T = CT-39.6+0.0IMt D2.相对湿度补偿设从所述状态字读取的湿度校正参数为Ch，所述温湿度传感器(3)的相对湿度值数字输出为Mh，则对相对湿度RH的非线性和常值项补偿公式为: RHl =Ch- 2.0468 + QmeiM11 — 1.5955 x IO-6M^ 进行温度补偿的公式(5)为:
RHt = RHl+ (Mt-25) (0.01+0.00008MH) % D3.振动量补偿 令从所述状态字读取的振动校正参数为Cv，所述振动传感器(6)输出为16进制数振动量为Mv，则振动量补偿后公式为:
V = Cv+ [hex2dec (Mv) -2048] /2048 X 50 其中振动量单位为g，Ig ^ 9.8m/s2，hex2dec表示将16进制转换为10进制； E.数据存储 将补偿后的温度T、相对湿度RHt、振动量V写入所述SD卡；如果所述USB接口⑵已连接计算机，则传送给计算机； F.休眠/唤醒状态 按照所述状态字设定的每天温度采样次数、振动采样率，定时唤醒所述温湿度传感器(3)、所述振动传感器(6)、所述SD卡，采集温湿度和振动数据，执行D、E步骤，完成后即转为休眠状态，等待下次唤醒； 和/或利用所述振动传感器(6)的跌落检测功能，在检测到振动量％超过所述状态字设定的振动阈值Vttoestold时，唤醒所述振动传感器(6)、所述SD卡进行振动量采集，执行D3和E步骤，当振动量不大于Vthreshtjld时转入休眠状态，继续进行跌落检测。
【文档编号】G05B19/042GK103970055SQ201410215722
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】李新俊, 颜诗源, 何敬东, 殷维刚, 杨艳妮 申请人:中国人民解放军第二炮兵装备研究院第三研究所