技术领域
[0001] 本
发明涉及环境监测技术领域，具体涉及一种贮运环境监测系统。
背景技术
[0002] 精密装备生产出来后，通常并不会立即投入使用，特别是一些重量级装备，通常需要长期贮存，在其生命周期中要经历装卸、运输、库房贮存等过程。为适应长期贮存要求，目前精密装备普遍采用
包装箱或贮运箱包装方式，为装备创造一个密闭的环境，以减轻或避免贮运期间外界环境中各种不良因素的影响，精密装备通常安置于充满惰性气体的包装箱内，
箱体上有压
力表，用于监测包装箱内部气压。
[0003] 装备所处环境参数直接影响装备贮存可靠性和服役寿命，应当根据装备的特点，科学合理地控制环境指标。传统环境指标监测主要通过人工巡检的形式，当发现压力表气压过低时，进行补充惰性气体，以及定期除湿等。费时费力不说，监测项还很受限，无法具体确定箱内温湿度以及运输过程中是否被磕碰振荡。而且在装备要投入使用的时候，被摔过的不被摔过的、湿度过高的与湿度符合条件的都一视同仁，随机选取使用。这样并不能根据装备的实际贮运的情况进行优选，可能会造成装备使用目的的偏差。
发明内容
[0004] 为克服所述不足，本发明的目的在于提供一种贮运环境监测系统。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种贮运环境监测系统，包括：
[0006] 监测
节点，用于采集
温度、湿度、气压等环境数据和监测振动数据，
数据采集后存储在内部Flash，并上传到网关，具有超限自动报警功能，可以无缝替换现有包装箱上的压力表；
[0007] 网关，布置于仓储环境中，用于桥接无线传感网络和分组交换网络，接收监测节点的数据，并存储；
[0008] 手持终端，应用于装备巡检和数据转储，在仓储环境下，可直接
访问网关进行数据巡检，在运输环境下，可直接扫描节点，访问节点监测数据，具体体现在：
[0009] 仓储环境下，连接网关服务端，监测节点的环境以及振动数据，并筛选问题节点以差异化显示；仓储环境下，进行管理操作，装备出入库、装备
位置设定、装备履历信息读写等；运输环境下，扫描监测节点，监测装备在运输过程中的环境及振动数据；运输环境下，对异常数据进行报警提示，并记录到节点履历中；暂存网关或节点数据，用以导入到
数据中心服务器或其他监测节点；
[0010] 数据中心服务器，用于监测节点数据的导入、存储和检索；
[0011] 用户终端计算机，用于访问数据中心服务器，查询数据服务器中的装备数据，并根据设备数据建立模型，根据模型筛选优先使用的被监测装备，可分为训练使用、正式使用以及无法使用等情况，推荐不同情境下的优先使用装备，用户终端计算机提供配套的管理
软件，具有统计、分析、报警、查询、管理监测节点等功能，为用户打通完整的数据链路；
[0012] 所述监测节点通过低功耗射频单元连接到无线传感网络，网关用于桥接无线传感网络和分组交换网络，分别与数据中心服务器、用户终端计算机相连接，用户终端计算机通过网络访问数据中心服务器，用户终端计算机通过网络与手持终端相连接，手持终端通过无线网络与监测节点相连接。
[0013] 具体地，所述监测节点包括处理器
电路、电源模组、
传感器，所述传感器包括温度传感器、
湿度传感器、气压传感器及振动传感器。
[0014] 具体地，所述监测节点的传感器采用分体设计，传感器安装在装备储存箱体的内部，处理器电路和电源模组安装在装备储存箱体外部，振动传感器采用
加速度传感器，所述处理器电路分别与传感器、电源模组、
实时时钟、USB
接口、射频模组相连接，所述处理器电路采用ST的32位超低功耗处理器，具有动态
电压调节、超低功耗时钟
振荡器，专为
电池供电应用优化的处理器
内核和外设，采用Li-SOCl2电池，在同类电池中提供最大的
能量密度，以及极低的自放电特性，每年自放电损耗小于1％；电源模组采用TI超低静态
电流LDO系列芯片，温湿度传感器采用ASAIR数字温湿度一体传感器，气压传感器采用MEAS的新一代高
分辨率气压传感器，加速度传感器采用ST低功耗加速度传感器，低功耗射频采用LoRa模组，Flash
存储器采用Winbond串行Nor Flash存储器。
[0015] 具体地，所述网关采用无线网关，网关带有报警指示电路，无线网关包括高性能嵌入式处理器二、LoRaWAN模组二、WiFi模组二、以太网接口、报警指示电路、网关电源管理。
[0016] 具体地，所述手持终端包括高性能嵌入式处理器五、存储器、射频单元、
用户界面，所述手持终端设备还包括WiFi模组五、USB接口、电池。
[0017] 具体地，所述数据中心服务器承载着系统的核心业务，服务器为该系统提供数据服务接口、网络安全认证、
数据库服务，采用B/S架构。
[0018] 本发明具有以下有益效果：将贮运环境监测系统应用到装备上，对装备在贮存、运输条件下的温湿度、气压、振动等环境参数进行采集、监测、记录，并能通过低功耗射频网络将数据发送至无线网关或手持终端，最终可汇总到数据中心服务器，建立装备全生命周期环境信息档案；在设定方式下，如果环境超标，主动告警，便于使用维护人员及时处理；为贮存、运输和使用中的事务处理提供技术依据，更符合装备保障的信息化需求；监测数据存储于监测节点中，跟随于装备，数据中心服务器汇聚所有装备的监测数据，可根据相关数学模型筛选不同情境下的使用推荐；网关在数据存储以及响应巡检的
基础上，实现库房管理功能，同时可对节点履历信息进行读写；监测节点使用电池供电，低功耗设计，理论工作时长为5年，5年后更换监测节点，更换监测节点时从旧监测节点把数据导入到新监测节点，直到装备使用，从而实现装备的全生命周期监测。
附图说明
[0019] 图1为本发明的结构示意图。
[0020] 图2为本发明的监测节点结构示意图。
[0021] 图3为本发明的网关结构示意图。
[0022] 图4为本发明的手持终端结构示意图。
[0023] 图5为本发明的数据中心服务器架构结构示意图。
[0024] 图中1监测节点，11电源模组，12处理器电路，13传感器，2网关，3数据中心服务器，4用户终端计算机，5手持终端。
具体实施方式
[0025] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0026] 如图1至图5所示的一种贮运环境监测系统，包括：
[0027] 监测节点1，包括处理器电路12、电源模组11、传感器13，所述传感器13包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器及振动传感器，用于采集温度、湿度、气压等环境数据和监测振动数据，数据采集后存储在内部Flash，并上传到网关，具有超限自动报警功能，可以无缝替换现有包装箱上的压力表；
[0028] 网关2，布置于仓储环境中，用于接收监测节点的数据，并存储，提供Web人机接口和专用服务端程序，便于手持终端或用户计算机通过网页或专用客户端访问，响应手持终端或用户计算机访问，呈现数据曲线以及完成管理功能，管理功能包括出入库管理、装备履历管理以及监测限值管理等功能；
[0029] 手持终端5，应用于装备巡检和数据转储，在仓储环境下，可直接访问网关进行数据巡检，在运输环境下，可直接扫描节点，访问监测节点监测数据，具体体现在：
[0030] 仓储环境下，连接网关服务端，监测节点的环境以及振动数据，并筛选问题节点以差异化显示；仓储环境下，进行管理操作，装备出入库、装备位置设定、装备履历信息读写等；运输环境下，扫描监测节点，监测装备在运输过程中的环境及振动数据；运输环境下，对异常数据进行报警提示，并记录到节点履历中；暂存网关或节点数据，用以导入到数据中心服务器或其他监测节点；
[0031] 数据中心服务器4，用于监测节点数据的导入、存储和检索；
[0032] 用户终端计算机5，用于访问数据中心服务器，查询数据服务器中的装备数据，并根据装备数据建立模型，根据模型筛选优先使用的被监测装备，可分为训练使用、正式使用以及无法使用等情况，推荐不同情境下的优先使用装备，用户终端计算机提供配套的管理软件，具有统计、分析、报警、查询、管理监测节点等功能，为用户打通完整的数据链路；
[0033] 所述监测节点通过低功耗射频单元连接到无线传感网络，网关用于桥接无线传感玩过和分组交换网络，与数据中心、用户终端计算机相连接，用户终端计算机通过网络与手持终端相连接，手持终端通过无线网络与检测节点相连接。
[0034] 具体地，所述监测节点的传感器采用分体设计，传感器13安装在装备储存箱体的内部，处理器电路12和电源模组11安装在装备储存箱体外部，振动传感器采用加速度传感器，其设计方案为：
[0035] 1.1处理器采用ST的32位超低功耗处理器，具有动态电压调节、超低功耗时钟振荡器，专为电池供电应用优化的处理器内核和外设；
[0036] 1.2采用Li-SOCl2电池，在同类电池中提供最大的
能量密度，以及极低的自放电特性，每年自放电损耗小于1％；
[0037] 1.3电源模组采用TI超低静态电流LDO系列芯片，具备关断功能，工作状态静态
漏电流低至500nA，关断状态下漏电流低至40nA，可根据系统需要，灵活的开启/关断工作组件的电源，最大程度节省
电能；
[0038] 1.4温湿度传感器采用ASAIR数字温湿度一体传感器，每小时启动一次温度采集，空闲时彻底切断电源；
[0039] 1.5气压传感器采用MEAS的新一代高分辨率气压传感器，分辨率可达到10cm，并且活动功耗低至1uA；
[0040] 1.6加速度传感器采用ST低功耗加速度传感器，100Hz连续
采样，可设定报警
阈值，振动超过阈值时，产生中断唤醒CPU，采样并记录振动值；
[0041] 1.7低功耗射频，
物联网的无线通信技术很多，主要分为两类：一类是Zigbee、WiFi、蓝牙等短距离通信技术；另一类是LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗广域网)，即广域网通信技术。LPWAN又可分为两类：一类是工作于未授权
频谱的LoRa、SigFox等技术；另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如LTE Cat-m、NB-IoT等。结合项目实际应用场景，我们认为使用LoRa组网方案比较切合本系统的项目需求。选择LoRa的优势，更低的功耗，LoRa独有的CAD(信道活动检测)模式可实现空中唤醒，极大的节省功耗，在快响应应用中，电池寿命是Zigbee的5到10倍；更好的信道
质量，LoRa使用的Sub-GHz频段，信道质量优于2.4GHz频段；更强的抗干扰性，借助LoRa调制技术，可获得超过-148dBm的高灵敏度；更远的通信距离，城市1～2千米通信距离，空旷环境可达20千米的通信距离；采用SX1278射频芯片，独有的LoRa扩频调制技术，完美解决了小数据量在复杂环境中的低功耗、超远距通信问题；
[0042] 1.8实时时钟RTC，采用高稳定度RTC，内置32.768KHz高稳
石英晶体，误差±5×10-6(Ta＝+25℃)，自动计算闰年到2099年，消耗电流0.48uA；
[0043] 1.9Flash存储器，采用Winbond串行Nor Flash存储器，128Mbit存储容量，高速SPI接口，4mA工作电流和小于1uA的待机电流。
[0044] 环境监测节点寿命预估，寿命评估条件见下：
[0045] 温度、湿度、气压：每小时采样记录一次，每次采样需要3秒；振动监测100Hz采样持续；振动监测超
门限，每周触发一次，每次持续60秒；射频每小时发送一次数据，耗时0.1秒，预计系统整体工作寿命10年以上(理论值)：
[0046] 温度、湿度、气压采集和记录平均电流：(300uA*3s+12.5uA*3s+177uA*3s+4000uA*0.2s)/3600s＝0.63uA；
[0047] 震动监测平均电流：5uA；
[0048] 震动采集和记录平均电流：(90uA*60s+177uA*60s+4000uA*30s)/(3600s*24*7)＝0.225uA；
[0049] LDO自耗电流：0.5uA*2+0.04uA＝1.04uA；
[0050] RTC消耗电流：0.48uA；
[0051] 射频电路电流：(120000uA*0.1s+177uA*0.2s+4000uA*0.1s)/3600s+12.2uA＝15.65uA；
[0052] 电池自放电电流：2.6Ah*1％/365/24＝2.97uA；
[0053] 系统平均电流：0.63+5+0.225+1.04+0.48+15.65+2.97＝25.995uA；
[0054] 理论工作寿命：2.6Ah*106/25.995/24/365≈15.72年。
[0055] 具体地，所述网关采用无线网关，是一个网络连接到另一个网络的桥接设备，可以支持不同协议之间的转换，实现不同协议网络之间的互联，无线网关带有报警指示电路，当监测节点汇报的环境数据超过阈值时，网关可以进行报警提示，便于工作人员及时发现和
定位异常点，快速处理环境异常，无线网关包括高性能嵌入式处理器二、LoRaWAN模组二、WiFi模组二、以太网接口、报警指示电路、网关电源管理，如图3所示，性能参数为：
[0057] 运行内存：1GB；
[0058] 自带闪存：4GB；
[0059]
操作系统：Windows Server 2008；
[0060] 通讯协议：LoRaWAN、802.11b/g/n；
[0061] 无线射频频率：433MHz/2.4GHz等ISM频段；
[0062] Ethernet：10M/100M/1000M自适应以太网；
[0063] WiFi：150Mbps工业级WiFi模组。
[0064] 具体地，所述手持终端是一个集成了高性能嵌入式处理器五、存储器、射频单元、用户界面的
手持设备，用于在运输过程中，对装备的环境状况进行现场巡检，同时，手持终端具有存储能力，还可以作为数据转储的中介，将数据从监测节点取出后，通过PC上位机导入到服务器系统，所述用户界面采用LED显示屏、
触摸屏，射频单元采用LoRaWAN模组，所述手持终端设备还包括WiFi模组五、USB接口(数据+充电)、电池，其性能参数为：
[0065] CPU频率：1.2GHz；
[0066] 运行内存：1GB；
[0067] 自带闪存：4GB；
[0068] 操作系统：Win10；
[0069] 显示屏：LED显示屏；
[0071] 通讯协议：LoRaWAN、802.11b/g/n；
[0072] 无线射频频率：433MHz/2.4GHz等ISM频段；
[0073] WiFi：150Mbps WiFi模组；
[0074] USB：USB2.0、480Mbps；
[0076] 具体地，所述数据中心服务器承载着系统的核心业务，服务器为该系统提供数据服务接口、网络安全认证、数据库等服务，采用B/S架构，利用不断成熟的Web浏览器技术，用通用浏览器实现客户的访问与操作，应用程序以网页形式存放于Web服务器上，用户运行某个应用程序时只需在客户端上的浏览器中键入想相应的网址，调用Web服务器上的应用程序并对数据库进行操作，完成相应的
数据处理工作。其主要功能为：数据的实时传输与呈现、实时的异常状况报警、历史数据的曲线绘制、异常环境状况的统计、数据深度分析、查询历史数据、管理监测节点、管理无线网关和手持终端设备、相关阈值参数的配置、数据的导出、生成档案和报告。
[0077] 本发明不局限于所述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
[0078] 本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
