CN104618478A - 一种野外环境数据实时采集监测的方法 - Google Patents

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高亚琪
吴向阳
罗磊
刘鹏
曹峻
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Abstract

本发明涉及一种野外环境数据实时采集监测的方法，包括采集发送设备、控制供电设备和短信网络上传设备，各设备分别执行以下操作：采集发送设备：包括对野外环境的温度、湿度进行数据采集并将采集的数据传输给短信网络上传设备；控制供电设备：对采集发送设备进行定时周期性供电，控制采集发送设备在指定的时间内进行采集数据；短信网络上传设备：将接受的数据发送给服务器进行储存以及供使用人员通过网页进行查看。本发明提供的上述野外环境数据实时采集监测的方法，其可对野外数据进行连续、可靠的采集监测，及时感知变化，为管理决策提供及时数据。

Description

一种野外环境数据实时采集监测的方法
技术领域
本发明涉及野外环境检测领域，具体涉及一种野外环境数据实时采集监测的方法。
背景技术
现有野外环境存在如下缺陷，1、自然环境差，人力无法全天候采集数据，无法长时间连续监测，人工值守代价大，无法大面积大范围监控，监控活动范围受到限制；2、没有电力供应，用设备监测采集实现困难；3、监测的地点多，单个监控设备成本不降低就无法实现全面的环境监控，例如对土层的检测，一个地点就会有多层土壤需要监控；4传统方式都是将数据放到存储介质上，定期到现场获取，没有实时性，无法满足及时环境数据的检测。
发明内容
本发明的目的就是提供一种野外环境数据实时采集监测的方法，其可对野外数据进行连续、可靠的采集监测。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种野外环境数据实时采集监测的方法，包括采集发送设备、控制供电设备和短信网络上传设备，各设备分别执行以下操作：
采集发送设备：包括对野外环境的温度、湿度进行数据采集并将采集的数据传输给短信网络上传设备；
控制供电设备：对采集发送设备进行定时周期性供电，控制采集发送设备在指定的时间内进行采集数据；
短信网络上传设备：将接受的数据发送给服务器进行储存以及供使用人员通过网页进行查看。
详细的操作为：
采集发送设备包括进行数据采集的温度、湿度感应器，温度、湿度感应器与uno主控板相连接，uno主控板还与可***SIM卡的基于arduino的GSM通讯扩展板以及保存设置参数的SD卡分别相连接。控制供电设备包括pro mini 5v主控板以及电池组，pro mini 5v主控板通过MOSET电源开关与采集发送设备电连接，pro mini 5v主控板还与调控MOSET电源开关的启闭状态的实时钟相连接，电池组与太阳能板相连接。短信网络上传设备为内置安卓操作***的手机构成。
本发明提供的上述野外环境数据实时采集监测的方法，其可对对野外数据进行连续、可靠的采集监测，及时感知变化，为管理决策提供及时数据。
附图说明
图1为采集发送设备、控制供电设备、短信网络上传设备的连接示意图；
图2为采集发送设备的示意图；
图3为控制供电设备的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
本发明采取的技术方案如图1、2、3所示，一种野外环境数据实时采集监测的方法，包括采集发送设备、控制供电设备和短信网络上传设备，各设备分别执行以下操作：采集发送设备：包括对野外环境的温度、湿度进行数据采集并将采集的数据传输给短信网络上传设备；控制供电设备：对采集发送设备进行定时周期性供电，控制采集发送设备在指定的时间内进行采集数据；短信网络上传设备：将接受的数据发送给服务器进行储存以及供使用人员通过网页进行查看。
采集发送设备主要由感应器，arduino主控板和GSM扩展板组成。根据不同的场景选择不同的感应器，例如空气中的温度湿度和土壤里的温度湿度感应器11不相同。温度和湿度又细分为对土壤里的温度湿度的检测和对空气的温度湿度检测，检测环境的传感器要能适应各种不同情况以及不同的检测内容。主控板选择arduino的UNO，短信发送使用SIM900芯片的GSM扩展板搭载在主控板上。
野外环境能够提供的电力主要是电池和太阳能，太阳能受日照的限制，必须配合电池使用才能保证长久不间断的供应。数据采集的特点是定时周期性采集，并不是全天候时时刻刻采集，这样控制电力在采集的时刻供应，不采集的时刻停止供应就能最大限度延长电力供应。
以下公式体现了连续不间断供电和周期性供电的续航时间：
连续用电时间(小时)＝电池蓄电量(mAh)/耗电量(mA)
实际续航时间(小时)＝连续用电时间(小时)*(3600秒/每小时实际用电秒数)
实际续航时间(天)＝实际续航时间(小时)/24
一般温度湿度的采集只需要几毫秒到几秒时间，通过网络发送的时间较长，大约在20-30秒之间，这样计算采集一次需要供应电力的时间在30秒，因此推断，按1小时发送一次计算，周期性供电就延长了120倍的时间。
因为要在指定的时间采集数据，因此设备要有实时钟24功能，在指定的时间进行数据的采集工作。采集发送设备即使处于休眠状态，搭载在上面的GSM扩展板也无法控制其电源消耗。采集发送设备不能自身控制自己供电还是停电，一旦自己停电就无法启动，因此需要另外一个控制供电设备给采集发送设备供应电力或者停止供电，也就是说采用硬件控制的方法控制电量消耗。
控制供电设备自生耗电要小才能实现长时间的控制功能，自生电力耗尽也就无法控制给采集发送设备供电了。控制供电设备大多时间都要处于休眠状态，当数据采集时间到来时苏醒控制供电，以保证长久的续航时间。选择arduino省电的mini板作为主控板，同时增加太阳能板25功能，太阳能充电作为辅助电源，以延长控制供电设备的工作时间。arduino上连接实时钟24，按指定时间进行开关电源。选择MOSET作为供应和停止电力的开关，arduino控制开关的打开和关闭。
目前，GSM的短信方式是覆盖面最广的通讯方式，成本低，技术实现容易，可以实现大范围，远距离的实时(从采集数据到保存数据到服务器最多1分钟时间)传输。采集设备将采集信息用短信方式发出，有一部手机接收后，手机在通过数据网络通道发送数据到服务器。一部有安卓操作***的手机实现将短信发送给服务器。手机可以部署到任何可以接受短信的地方，可以放到服务器所在的机房或者办公室安全的地方。
所有器件放到一个盒子里，保证器件不受自然环境的破环而能正常使用。GSM板上***SIM卡，最好工业专用卡，民用卡要实验才能保证使用，太阳能板25放到阳光充足的地方。
更为详细的操作为：
一、所需器件
1、arduino的uno主控板12一块，是信息采集的核心
2、温度湿度感应器11(根据场景选择不同的感应器)
3、基于arduino的GSM通讯扩展板13一块。其上要***通讯运营商的SIM卡
4、SD卡用于保存设置参数；
5、arduino的pro mini 5v主控板21
6、MOSET电源开关23
7、实时钟24
8、太阳能板25和lion电池221
9、GP 2600mAh电池6节(图1、3中标号221所示)
二、器件连接
1、采集发送设备
arduino的UNO+感应器+GSM扩展板
电源接MOSET开关板。
2、控制供电设备
arduino的Pro mini+实时钟24+太阳能板25+MOSET开关板
MOSET开关板上的电源接口接采集发送设备。
3、上传网络设备
手机：接受野外采集设备发来的短信，用HTTP方式将数据转发给服务器，服务器端接收数据后保存到服务的数据库里。
手机接到短信后以HTTP方式发送信息到服务器，服务器以HTTP方式接受信息保存到数据库当中，网页以图形方式显示检测数据，网站服务器端可采用现有的设备进行实施。
三、采集发送设备的程序
用C语言实现
1、使用感应器产品的函数，在arduino中直接可以得到感应数值；
2、数据发送数据给GSM扩展板，扩展板用短信发送到指定的一个手机；
3、设备启动后只能发送一次数据。为了节约电力，周期性供电，会停电，一次供电后只发送一次信息。若在有电状态下不控制发送次数会造成数据采集的无序。
四、控制供电设备的程序
用C语言实现
1、指定时间打开供电开关。因为arduino主控板振晶不准，需要用实时钟24修正，打开供电开关以时钟时间为准，不能依靠arduino的秒数计时；
2、延续足够工作时间，保证使用。本项目中从采集到发送信息需要近30秒，因此保证供电的时间是30秒；
3、关闭供电开关；
4、进入休眠状态并在打开电池开关之前从休眠中醒来，保证打开电源。因为arduino主控板振晶不准，arduino的按秒计时时间段要短一些，保证在需要打开开关之前的时间苏醒；
循环1-4步骤，往复实现定时开关电源。
采集发送设备和控制供电设备放置在野外，短信转发的手机放到有手机信号和网络信号的地方，发送信息写入服务器的数据库，数据使用人员通过网页查看采集的数据表和以数据为基础的可视化图形。服务器需要和互联网连接，因此数据的使用者可以在有互联网的任何地方看到检测数据。
上述方法存在如下效果：
1、检测的时效性大大提高，及时感知变化，为管理决策提供及时数据；
2、提高检测可靠性，检测过程中发现问题可以立即发现，及时解决。若事后发现检测过程中存在问题，失误已经成为事实，为时已晚；
3、数据处理的自动化程度高。从数据采集到最后保存到服务器中数据库，实现“一站式”处理。若用其他方式(例如保存在SD卡里)事后还需要人工转存，分类，存入数据库的操作，费事费力，容易出错，效率低下。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种野外环境数据实时采集监测的方法，包括采集发送设备、控制供电设备和短信网络上传设备，各设备分别执行以下操作：
采集发送设备：包括对野外环境的温度、湿度进行数据采集并将采集的数据传输给短信网络上传设备；
控制供电设备：对采集发送设备进行定时周期性供电，控制采集发送设备在指定的时间内进行采集数据；
短信网络上传设备：将接受的数据发送给服务器进行储存以及供使用人员通过网页进行查看。
2.根据权利要求1所述野外环境数据实时采集监测的方法，其特征在于：采集发送设备包括进行数据采集的温度、湿度感应器，温度、湿度感应器与uno主控板相连接，uno主控板还与可***SIM卡的基于arduino的GSM通讯扩展板以及保存设置参数的SD卡分别相连接。
3.根据权利要求1或2所述野外环境数据实时采集监测的方法，其特征在于：控制供电设备包括pro mini 5v主控板以及电池组，promini 5v主控板通过MOSET电源开关与采集发送设备电连接，pro mini5v主控板还与调控MOSET电源开关的启闭状态的实时钟相连接，电池组与太阳能板相连接。
4.根据权利要求3所述野外环境数据实时采集监测的方法，其特征在于：短信网络上传设备为内置安卓操作***的手机构成。
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