一种不间断的温湿度监测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种不间断的温湿度监测系统及方法，属计算机控制【技术领域】。本发明包括依次连接的应用服务器、通信网络、主控制器和温湿度变送器，主控制器包括：变送器通信单元、服务器通信单元和单片机，其特征在于：所述主控制器还包括电源管理单元和数据缓存单元，所述电源管理单元包括蓄电池及供电电路，用于对所述主控制器及与其连接的温湿度变送器集中供电，在市电正常情况下用市电供电，市电断电后采用蓄电池供电；所述数据缓存单元包括存储芯片。本发明在实现对监测电源的集中统一管理的基础上，进一步实现在市电断电、断网的情况下也能够不间断的保存温湿度监测数据，更加方便对监测数据的管理和应用，提升了用户体验。
【专利说明】一种不间断的温湿度监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种不间断的温湿度监测系统及方法，属于计算机控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]为了解决在监测点比较多而且分散的场合(比如药品仓库等)实现对温湿度的集中监控以及适应大规模的监控，在实用新型专利201320022030.3 “一种基于互联网的温湿度分布式监控系统”中，提出了一种基于主控制器的分布式温湿度监控系统，在《信息技术》2013年11期中的论文“基于互联网的温湿度分布式监控系统的实现”中进一步的描述了这种分布式架构的监控模式实现方案:“利用主控制器分担监控负荷，并连接监控设备，解决了传统集中式监控系统中在连接设备较多的情况下，接线复杂的瓶颈问题；由于采用分布式多级结构监控，使得系统具有良好的扩展性，提高了系统的可靠性和可用性”。在实际应用中，监管部门往往要求对温湿度进行定期的不间断的监测，并记录温湿度数据，以及要求保存监测点的完整的不间断的温湿度数据(比如24小时内，每隔5分钟保存一条记录)以满足监管的需要。而结合现有技术，这种分布式监控系统往往就需要采用单独的UPS电源以保证在市电(AC)断电的情况下，仍然能够监测到温湿度数据，但在监测点较多而且分散的情况下，往往使用起来非常不方便而不便于集中统一的管理。另外，如果发生断网的情况下，这种监控系统就可能会丢失数据，以至于很难满足不间断的保存温湿度监测数据的业务需求。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种不间断的温湿度监测系统在市电断电或断网的情况下，仍然能够不间断的监测和保存温湿度数据。
[0004]此外，有必要提供一种不间断的温湿度监测方法在市电断电或断网的情况下，仍然能够不间断的监测和保存温湿度数据。
[0005]本发明的技术方案是:一种不间断的温湿度监测系统，包括依次连接的应用服务器、通信网络、主控制器和温湿度变送器，主控制器包括:变送器通信单元、服务器通信单元和单片机，所述主控制器还包括电源管理单元和数据缓存单元，所述电源管理单元包括蓄电池及供电电路，用于对所述主控制器及与其连接的温湿度变送器集中供电，在市电正常情况下用市电供电，市电断电后采用蓄电池供电；所述数据缓存单元包括存储芯片；以及所述单片机包括:数据采集模块，用于采集与主控制器连接的温湿度变送器通信，并定时采集温湿度数据；数据发送模块，用于将采集到的温湿度数据打包并通过通信网络发送到应用服务器；数据缓存模块，用于将数据发送模块发送失败的数据包存储到数据缓存单元的存储芯片中，以及读取缓存的温湿度记录提供给数据发送模块以重新发送到应用服务器；所述应用服务器包括:数据接收模块，用于接收和解析主控制器发送的数据包；数据存储模块，用于将解析后得到的温湿度记录保存到数据库中。
[0006]所述数据发送模块还用于在发送新采集的数据包后对数据包是否发送成功进行判断，如果发送失败，则通知所述数据缓存模块缓存温湿度数据；如果发送成功，则通知所述数据缓存模块读取小于指定阈值的未成功发送的温湿度缓存记录并将所述温湿度缓存记录打包后发送到应用服务器。所述数据缓存模块在存储芯片中缓存的温湿度记录以及所述数据发送模块发送到应用服务器的数据包至少包括:监测点、采集时间和温湿度值；而所述应用服务器的数据存储模块在存储记录时，以监测点和采集时间为主键来存储温湿度记录，以保证数据的唯一性。在所述数据缓存模块存取记录时，采用循环存储算法在存储芯片中存取记录，每次将存储芯片中未成功发送的温湿度记录通过数据发送模块成功发送后，数据缓存模块并不将其立即删除而仅标记为发送成功；在向所述应用服务器发送缓存记录时，所述数据缓存模块仅读取未标记发送成功的缓存记录传送给数据发送模块，数据发送模块将其打包并发送到应用服务器。所述单片机还包括电源管理模块，用于定期检测供电状态，并在蓄电池供电状态下检测蓄电池电压值，当蓄电池电压小于指定阈值时发出报警提示或/和将报警信息通过数据发送模块发送到应用服务器。
[0007]—种不间断的温湿度监测方法，提供依次连接的应用服务器、通信网络、主控制器和温湿度变送器，包括如下步骤:
主控制器的电源管理单元对主控制器及其所连接的温湿度变送器集中供电，在市电正常情况下用市电供电，市电断电后采用蓄电池供电。
[0008]上电后，主控制器与其连接的温湿度变送器通信，并定时采集温湿度数据。
[0009]主控制器将采集到的温湿度数据打包并通过通信网络发送到应用服务器；如果发送失败，主控制器将温湿度数据缓存在存储芯片中以便重新发送到应用服务器。
[0010]应用服务器接收、解析主控制器发送的数据包并将解析得到的温湿度记录保存到数据库中。
[0011]所述主控制器在发送新采集的数据包失败后，将温湿度数据缓存在存储芯片中；如果发送新采集到的温湿度数据成功后，所述主控制器进一步检查是否有缓存的温湿度记录，并读取小于指定阈值的缓存的未发送成功的温湿度记录打包并发送到应用服务器。主控制器中缓存的温湿度记录以及发送到应用服务器的数据包至少包括:监测点、采集时间和温湿度值；应用服务器以监测点和采集时间为主键来存储温湿度记录，以保证数据的唯一性。所述主控制器采用循环存储算法在存储芯片中存取记录，每次将存储芯片中未成功发送的温湿度记录成功发送后不立即删除而仅标记为发送成功；所述主控制器向应用服务器发送缓存记录时，仅将未标记发送成功的缓存记录读取并打包发送到应用服务器。所述主控制器定期检测供电状态，并在蓄电池供电状态下检测蓄电池电压值，当蓄电池电压小于指定阈值时发出报警提示或/和将报警信息发送到应用服务器。
[0012]本发明的有益效果是:首先，在主控制器中通过电源管理单元对与其连接的温湿度变送器集中供电，实现对电源的集中统一管理，并在此基础上进一步实现了在市电断电、断网的情况下也能够不间断的监测和保存各个监测点的温湿度数据，更加方便监测数据的集中管理和应用而且稳定可靠，进一步提升了用户体验。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例的硬件架构图；
图2是本发明实施例的主控制器电源管理单元硬件组成框图； 图3是本发明实施例的主控制器电源管理单元的电路原理框图；
图4是本发明实施例的应用服务器与单片机的功能模块图；
图5是本发明实施例的单片机数据存储模块基于循环存储算法的工作流程图；
图6是本发明实施例的方法的工作流程图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0015]如图1所示，为本发明一种不间断的温湿度监测数据传输系统的实施例的硬件架构图。图中，系统包括依次连接的应用服务器1、通信网络2、主控制器3和温湿度变送器4 ;主控制器3包括:电源管理单元31、变送器通信单元32、服务器通信单元33、数据缓存单元34和单片机35。
[0016]其中，通信网络2在本实施例中可以采用互联网，而主控制器3的服务器通信单元33通过以太网芯片、以太网变压器及RJ45接头组成，并通过RJ45接头接入到通信网络2中。变送器通信单元32在本实施例中可以由RS485芯片(如SP491)及相关控制电路组成，通过RS485总线与多个温湿度变送器4连接。数据缓存单元34用于在停电或断网情况下缓存所采集的温湿度数据，数据缓存单元34主要由存储芯片构成，而存储芯片通常有EEPROM和Flash，在本实施例中，采用Flash芯片，相对EEPROM而言，Flash芯片具有存储容量大和存取速度快的特性。而单片机5可以采用ARM9或者STM32，也可以采用STM8，本实施例中，选用STM32，以便更好的支持大容量的存储芯片，提高系统的扩展性能。
[0017]如图2所示，为本发明实施例的主控制器电源管理单元硬件组成框图。电源管理单元31包括蓄电池312及供电电路311，用于对主控制器3及与其连接的温湿度变送器4集中供电，在市电(AC)正常情况下用市电供电，市电断电后采用蓄电池312供电，同时将市电断电来电信号和蓄电池电量提供给单片机35。
[0018]接下来将进一步说明供电电路311的组成，如图3所示，是本发明实施例的主控制器3电源管理单元31的电路原理框图。市电通过降压整流滤波电路3111后，变为直流输出，并分别连接到市电断电来电检测电路3112、蓄电池充电电路3113和供电切换电路3114 ;其中，市电断电来电检测电路3112输出为开关量，比如“O”表示市电断电，“I”表示市电来电，一路与单片机35连接，一路与蓄电池充电电路3113连接；蓄电池充电电路3113用于对蓄电池312充电。而供电切换电路3114根据市电断电来电检测电路3112输出的开关量进行切换，如果市电来电则切换到降压整流滤波电路3111提供的直流电供电，如果市电断电则切换到蓄电池312供电。为了便于主控制器3对电源的集中管理，供电电路311还包括蓄电池电压采样电路3115，对蓄电池312的电压值采样后经过A/D转换输出到单片机35。
[0019]如图4所示，是本发明实施例的应用服务器与单片机的功能模块图。所述单片机35包括:数据采集模块351，用于采集与主控制器3连接的温湿度变送器4通信，并定时采集温湿度数据；数据发送模块352，用于将采集到的温湿度数据打包并通过通信网络2发送到应用服务器I ;数据缓存模块353，用于将数据发送模块发送失败的数据包存储到数据缓存单元34的存储芯片中，以及读取缓存的温湿度记录提供给数据发送模块352以重新发送到应用服务器I。所述应用服务器I包括:数据接收模块11，用于接收和解析主控制器发送的数据包；数据存储模块12，用于将解析后得到的温湿度记录保存到数据库中。
[0020]本实施例中，通过逐一轮询485总线上的温湿度变送器4以采集温湿度数据，数据采集模块351通过Modbus协议与连接在其上的温湿度变送器4通信，同时为提高通信效率可以采用RTU模式。应用服务器I与主控制器3通过通信网络2连接，如果通信网络2采用互联网，那么应用服务器I与主控制器3可以通过TCP/IP协议或者UDP/IP协议通信。UDP/IP协议通信快捷而且易于在嵌入式设备中实现，比较适合主控器3这种嵌入式设备。但UDP/IP协议没有应答机制，无法判知数据包是否发送成功，因此本实施例中采用一种改进的UDP/IP协议，即RUDP/IP协议。这种协议在UDP/IP协议的基础上建立应答机制，因此，通过这种应答机制，数据发送模块352就可以判知数据包是否发送成功。
[0021]所述数据发送模块352还用于在发送新采集的数据包后对数据包是否发送成功进行判断，如果发送失败，则通知所述数据缓存模块353缓存温湿度数据；如果发送成功，则通知所述数据缓存模块353读取小于指定阈值的未成功发送的温湿度缓存记录并将所述温湿度缓存记录打包后发送到应用服务器I
如果数据包发送失 败，则将其缓存，这样就存在对于缓存在存储芯片中的温湿度记录究竟何时发送的问题。优选的情况下，往往就需要选择系统空闲时间来发送这些缓存的温湿度记录。通常在数据发送模块352发送完数据包后，如果成功发送，则表明网络通畅，同时在发送完数据包后，往往需要等待一段时间才进入下一轮的数据采集，因此可以在成功发送后，检测缓存的温湿度记录，并选择一定数量的温湿度记录发送。如果将缓存的未成功发送的温湿度记录全部发送，就可能存在长时间的断电或断网后，导致大量的缓存记录，t匕如1000条，如果此时选择全部发送，那么就可能导致网络拥塞，同时读取存储芯片、打包和网络传输的延时过大，也可能会导致耽误新一轮数据采集的时间，因此需要选择一定数量的记录来传输，比如50条。每次选择传输的最大记录数往往需要根据温湿度数据采集的时间间隔的要求来决定。如果每次传输的最大记录数设定为50条，那么数据缓存模块353每次只需要读取出50条未成功发送的缓存记录即可，将此50条记录打包并发送后，等待定时时间到数据采集模块351将继续轮询485总线上的温湿度变送器4以采集温湿度数据。究竟每次应该从存储芯片中读取多少条未成功发送的温湿度记录，往往就需要根据温湿度的采集频率来定。如果采集频率高，那么指定的记录数应该少一些，而如果采集频率低，那么指定的记录数可以相对多一些。若指定阈值为N，可以根据经验值来设定N的值，如500，也可以按照以下公式来估算本次应读取的记录数N:
【权利要求】
1.一种不间断的温湿度监测系统，包括依次连接的应用服务器、通信网络、主控制器和温湿度变送器，主控制器包括:变送器通信单元、服务器通信单元和单片机，其特征在于:所述主控制器还包括电源管理单元和数据缓存单元，所述电源管理单元包括蓄电池及供电电路，用于对所述主控制器及与其连接的温湿度变送器集中供电，在市电正常情况下用市电供电，市电断电后采用蓄电池供电；所述数据缓存单元包括存储芯片； 所述单片机包括:数据采集模块，用于采集与主控制器连接的温湿度变送器通信，并定时采集温湿度数据；数据发送模块，用于将采集到的温湿度数据打包并通过通信网络发送到应用服务器；数据缓存模块，用于将数据发送模块发送失败的数据包存储到数据缓存单元的存储芯片中，以及读取缓存的温湿度记录提供给数据发送模块以重新发送到应用服务器； 所述应用服务器包括:数据接收模块，用于接收和解析主控制器发送的数据包；数据存储模块，用于将解析后得到的温湿度记录保存到数据库中。
2.根据权利要求1所述的不间断的温湿度监测系统，其特征在于:所述数据发送模块还用于在发送新采集的数据包后对数据包是否发送成功进行判断，如果发送失败，则通知所述数据缓存模块缓存温湿度数据；如果发送成功，则通知所述数据缓存模块读取小于指定阈值的未成功发送的温湿度缓存记录并将所述温湿度缓存记录打包后发送到应用服务器。
3.根据权利要求1或2所述的不间断的温湿度监测系统，其特征在于:所述数据缓存模块在存储芯片中缓存的温湿度记录以及所述数据发送模块发送到应用服务器的数据包至少包括:监测点、采集时间和温湿度值；而所述应用服务器的数据存储模块在存储记录时，以监测点和采集时间为主键来存储温湿度记录，以保证数据的唯一性。
4.根据权利要求3所述的不间断的温湿度监测系统，其特征在于:在所述数据缓存模块存取记录时，采用循环存储算法在存储芯片中存取记录，每次将存储芯片中未成功发送的温湿度记录通过数据发送模块成功发送后，数据缓存模块并不将其立即删除而仅标记为发送成功；在向所述应用服务器发送缓存记录时，所述数据缓存模块仅读取未标记发送成功的缓存记录传送给数据发送模块，数据发送模块将其打包并发送到应用服务器。
5.根据权利要求1所述的不间断的温湿度监测系统，其特征在于:所述单片机还包括电源管理模块，用于定期检测供电状态，并在蓄电池供电状态下检测蓄电池电压值，当蓄电池电压小于指定阈值时发出报警提示或/和将报警信息通过数据发送模块发送到应用服务器。
6.一种不间断的温湿度监测方法，提供依次连接的应用服务器、通信网络、主控制器和温湿度变送器，其特征在于包括如下步骤: 主控制器的电源管理单元对主控制器及其所连接的温湿度变送器集中供电，在市电正常情况下用市电供电，市电断电后采用蓄电池供电； 上电后，主控制器与其连接的温湿度变送器通信，并定时采集温湿度数据； 主控制器将采集到的温湿度数据打包并通过通信网络发送到应用服务器；如果发送失败，主控制器将温湿度数据缓存在存储芯片中以便重新发送到应用服务器； 应用服务器接收、解析主控制器发送的数据包并将解析得到的温湿度记录保存到数据库中。
7.根据权利要求7所述的不间断的温湿度监测方法，其特征在于:所述主控制器在发送新采集的数据包失败后，将温湿度数据缓存在存储芯片中；如果发送新采集到的温湿度数据成功后，所述主控制器进一步检查是否有缓存的温湿度记录，并读取小于指定阈值的缓存的未发送成功的温湿度记录打包并发送到应用服务器。
8.根据权利要求6或7所述的不间断的温湿度监测方法，其特征在于:所述主控制器中缓存的温湿度记录以及发送到应用服务器的数据包至少包括:监测点、采集时间和温湿度值；应用服务器以监测点和采集时间为主键来存储温湿度记录，以保证数据的唯一性。
9.根据权利要求8所述的不间断的温湿度监测方法，其特征在于:所述主控制器采用循环存储算法在存储芯片中存取记录，每次将存储芯片中未成功发送的温湿度记录成功发送后不立即删除而仅标记为发送成功；所述主控制器向应用服务器发送缓存记录时，仅将未标记发送成功的缓存记录读取并打包发送到应用服务器。
10.根据权利要求6所述的不间断的温湿度监测方法，其特征在于:所述主控制器定期检测供电状态，并在蓄电池供电状态下检测蓄电池电压值，当蓄电池电压小于指定阈值时发出报警提示或/和将报警信息发送到应用服务器。
【文档编号】G01D21/02GK103837197SQ201410099622
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】刘明, 方娇莉, 郭平, 尹业华, 何广军, 漆超 申请人:昆明理工大学