一種溫度記錄儀及其實現方法
2023-10-05 01:15:34 2
一種溫度記錄儀及其實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種溫度記錄儀及其實現方法，解決現有的U盤溫度記錄儀存在溫度採集精度低、使用繁瑣、數據傳輸速度慢、時間不準確、功耗高的問題。本發明包括印製電路板，以及均設置在該印製電路板上的USB模塊、溫度採集模塊、供電模塊、程序下載模塊和CPU；所述USB模塊、溫度採集模塊、供電模塊和程序下載模塊均與CPU連接，還包括均與CPU連接的時鐘模塊、存儲模塊、按鍵輸入模塊以及LED顯示模塊。本發明設計合理、功能全面、操作便捷、可靠性強、穩定性高，不僅記錄的數據精度高，記錄準確，而且大幅降低了運行的功耗，操作便利，節約用戶時間，因此，本發明具有很高的實用價值和推廣價值。
【專利說明】一種溫度記錄儀及其實現方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種溫度記錄儀及其實現方法。
【背景技術】
[0003]目前，溫度記錄儀廣泛應用在藥品食品等冷鏈運輸、存儲、保鮮等行業領域的溫度檢測和記錄中。在這些各式各樣的溫度記錄儀中，U盤溫度記錄儀以其便於攜帶、使用方便等特性而受到重點關注。
[0004]U盤溫度記錄儀是集U盤存儲技術、微處理技術、數字傳感器技術於一體的可攜式記錄儀，工作時無需USB連接電纜就可以直接插入計算機的USB埠，然後通過安裝在計算機上且與溫度記錄儀相互配套的軟體來下載和讀取溫度記錄儀上傳的數據。
[0005]然而，由於技術上的限制，目前的U盤溫度記錄儀普遍存在著記錄的溫度數據精度不高、使用繁瑣、數據傳輸速率慢、時間不準確、且功耗較高的缺陷。究其原因，主要在於現有的U盤溫度記錄儀的軟硬體結合度不高，難以做到真正的匹配，繼而也就降低了其記錄的準確性；同時這也造成了硬體較為冗餘，導致整個溫度記錄儀的包裝體積較大。
[0006]因此，如何有效地改進U盤溫度記錄儀，提高其記錄數據的精度，並減少功耗，降低成本，節約用戶時間，已經成為本領域內亟需解決的問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種溫度記錄儀及其實現方法，主要解決現有的U盤溫度記錄儀存在溫度採集記錄精度低、記錄時間不準確、且功耗高的問題。
[0008]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下:
一種溫度記錄儀，包括印製電路板，以及均設置在該印製電路板上的USB模塊、溫度採集模塊、供電模塊、程序下載模塊和CPU ;所述USB模塊、溫度採集模塊、供電模塊和程序下載模塊均與CPU連接，還包括均與CPU連接的時鐘模塊、存儲模塊、按鍵輸入模塊以及LED顯示模塊。
[0009]作為優選，所述CPU型號為PIC18F26J50。
[0010]進一步地，所述印製電路板上下表面均設有泡棉膠層。
[0011]基於上述硬體基礎，本發明還提供了該溫度記錄儀的實現方法，包括以下步驟:
(1)通過USB接口將溫度記錄儀與PC機連接，並在PC機上通過安裝的軟體配置溫度記錄儀的參數，該參數包括條形碼、溫度類型、記錄周期、時區、報警類型、報警延時時長、記錄間隔、記錄點數以及時鐘；
(2)參數配置完成後斷開溫度記錄儀與PC機的連接，溫度記錄儀對溫度採集模塊、時鐘模塊、存儲模塊、LED顯示模塊進行校驗，同時，利用不超過5s的短按按鍵輸入模塊的方式對按鍵輸入模塊進行校驗； (3)利用不超過5s的短按按鍵輸入模塊的方式，使溫度記錄儀在CPU控制下進入深度休眠模式；
(4)喚醒溫度記錄儀，該溫度記錄儀按照設定的記錄周期利用溫度採集模塊連續採集溫度數據，同時時鐘模塊同步記錄採集的時間，並通過CPU將採集的數據和記錄的時間傳輸到存儲模塊中儲存；
(5)當溫度採集存儲過程結束，並且記錄的總點數未達到設置的上限時，在CPU控制下，溫度記錄儀進入休眠模式；
(6)喚醒溫度記錄儀，CPU判斷溫度記錄儀是否為操作按鍵輸入模塊的方式喚醒，是，則執行步驟(7);否，則執行步驟(9)；
(7)CPU繼續判斷是否為超過5s的長按按鍵輸入模塊的方式，是，則停止設備運行，執行步驟(11);否，則執行步驟(8);
(8)CPU繼續判斷是否為雙擊按鍵輸入模塊的方式，是，則標記上一記錄周期記錄的溫度及其對應的時間點，然後返回執行步驟(5);否，則CPU控制LED顯示模塊顯示報警狀態，並返回執行步驟(5);
(9)CPU繼續判斷USB模塊是否連接PC機，是，則停止設備運行，然後執行步驟(11)；否，則為記錄間隔時間到、需要開始下個記錄周期的時鐘休眠喚醒，執行步驟(10)；
(10)CPU判斷溫度採集記錄的總點數是否已達到設置的上限，是，則停止設備運行，並執行步驟(11);否，則開始下個周期的溫度數據採集和時間記錄，然後繼續執行步驟(5)；
(11)將溫度記錄儀連接PC機，該溫度記錄儀自動生成一個報告文件，並將文件數據自動上傳至計算機軟體。
[0012]具體地說，所述步驟(4)包括以下步驟:
(401)通過按鍵輸入模塊喚醒溫度記錄儀，並利用溫度採集模塊連續採集溫度數據，同時時鐘模塊根據設定的時區同步記錄採集的時間，然後傳輸至CPU ；
(402)CPU將接收的數據進行校準、濾波後，傳輸至存儲模塊儲存。
[0013]進一步地，所述步驟(401)中，利用超過5s的長按按鍵輸入模塊的方式喚醒溫度記錄儀，而不超過5s的按鍵操作則顯示溫度記錄儀當前的狀態。
[0014]再進一步地，所述步驟(I)中，溫度記錄儀配置的參數還分別包括報警溫度和啟動延時時長，當CPU判定為報警的時候，該CPU控制LED顯示模塊顯示報警；而所述步驟(401)中，長按按鍵輸入模塊後，當時間達到設定的啟動延時時長時，溫度記錄儀被喚醒，並且步驟(401)中，溫度採集模塊在持續供電2?3s後，開始採集溫度數據。
[0015]更進一步地，所述步驟(402)中，CPU對接收的數據進行校準和濾波的具體過程如下:
(a)CPU對數據進行自動校準，產生校準數據；
(b)濾除自動校準產生的偶數數組，獲得真正的溫度數據；
(c)去除最開始採集的三組數據，並求平均值；
Cd)去除與平均值偏差大於0.5的數據，並再次求平均值；
(e )將步驟(d)中的平均值進行四捨五入後，最終獲得處理後的溫度值。
[0016]作為優選，所述步驟(11)中的報告文件為採用RC4加密算法加密後的PDF文件，PC機通過打開U盤的方式直接讀取該PDF文件。
[0017]或者，所述步驟(11)中的報告文件通過USB通訊的方式傳送至PC機上，PC機通過已安裝的服務程序自動啟動計算機軟體，並將溫度、時間、統計數據自動上傳至該軟體；或者，所述步驟(11)中的報告文件通過手機來查看。
[0018]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
(I)本發明在現有技術的基礎上，通過合理設置各個模塊，並通過良好的軟硬體結合，大幅改進了溫度記錄儀的功能，不僅有效地減少了硬體的冗餘，縮小了溫度記錄儀的體積，而且使其使用更方便、記錄更準確、操作設計更加人性化、可控性和操作性更強。本發明可以根據實際測量的數據描繪出溫度與時間的趨勢曲線圖，從而大大方便了溫度數據統計的準確性，提高了溫度數據統計工作的效率。
[0019](2)本發明通過配置多種參數來控制後續各個事件的響應，不僅實現了溫度記錄儀的有序工作，而且根據溫度記錄儀的各自實時信息反饋和標記，也令用戶能夠全面了解溫度記錄儀的工作情況，大幅方便了用戶對溫度記錄儀的管理。
[0020](3)本發明通過在印製電路板上下表面設置泡棉膠層的方式，增強了對線路板整體的防護強度，減小了跌落、碰撞、擠壓等方式對線路板造成的損壞，並且還可以防水，同時，泡棉膠層的設置還增加了溫度記錄儀表面的平整度，並增強了美感，使其外形包裝更加美觀、大方。
[0021](4)本發明中的CPU型號優選為PIC18F26J50，採用該款晶片來控制溫度記錄儀的深度休眠模式，可以在很大程度上降低功耗，其電流可低至13nA，而採用RTCC時，電流則可以低至850nA，並能夠實現以下功能:1、可由外部觸發信號、可編程WD T超時、RTCC鬧鐘喚醒；2、超低功耗喚醒。
[0022](5)本發明還特別設計了報警溫度和啟動延時兩個參數，其中，報警溫度參數的設置可以實現溫度記錄儀對周圍環境某個時間點的特殊溫度(過高或過低)進行報警和重點標記，進一步方便用戶了解整個溫度檢測的過程中所發生的一些特殊事件，從而做出有針對性的處理措施，並且可以報警類型與時長可以分別根據設置的報警類型及報警延時時長參數來定；而啟動延時參數的配置則可以進一步方便溫度記錄儀的使用，使其更能準確記錄和採集周圍環境的溫度。
[0023](6)本發明中的溫度採集模塊在持續供電2?3s後才開始採集溫度數據，可以使其工作穩定(特別是傳感器部分)，從而確保了溫度採集的精確度，同時CPU在此過程中可以保持在一個較低的頻率(約31KHZ)，如此便可以有效地降低整機的功耗。
[0024](7)本發明在CPU接收溫度數據的過程中，還採用了自動校準和多組數據濾波、求平均值的方式對數據進行處理，從而進一步確保了溫度採集數據的精度。
[0025](8)本發明生成的PDF格式的報告文件採用了 RC4加密算法進行加密，旁人難以篡改數據，進而也為用戶了解真實的溫度環境提供了強有力的保障。
[0026](9)本發明可以採用傳統的方式，通過安裝在PC機上的配套軟體下載和讀取記錄的數據，或者是通過打開溫度記錄儀U盤文件系統的方式讀取裡面的PDF文件；還可以是通過手機(支持OTG功能的手機)直接讀取溫度報告或通過手機安裝的APP讀取數據，其選擇多種多樣，極大程度上方便了用戶使用溫度記錄儀的便利性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的硬體系統框圖。
[0028]圖2為本發明的流程示意圖。
[0029]圖3為本發明的軟體界面示例圖。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本發明主要用於溫度檢測和記錄，其硬體部分由印製電路板，以及均設置在該印製電路板上的USB模塊、溫度採集模塊、時鐘模塊、供電模塊、存儲模塊、按鍵輸入模塊、LED顯示模塊、程序下載模塊以及CPU構成。所述CPU的型號為PIC18F26J50，而所述USB模塊、溫度採集模塊、時鐘模塊、供電模塊、存儲模塊、按鍵輸入模塊、LED顯示模塊和程序下載模塊均與該CPU連接，其中，所述程序下載模塊用於編寫各個模塊相應的功能；所述USB模塊用於將本發明與PC機連接，實現PC機與本發明之間的通訊；所述溫度採集模塊用於採集環境溫度數據；所述時鐘模塊則用於同步記錄採集的時間，以及定時喚醒溫度記錄儀；所述供電模塊用於向各個模塊供電，確保每個模塊的正常工作，其可以是電池；所述存儲模塊用於存儲溫度數據和時間數據；而所述按鍵輸入模塊則用於啟動、喚醒和控制LED顯示模塊顯示。
[0031]此外，為增強對溫度記錄儀的防護強度，所述印製電路板的上下表面均設有泡棉膠層(附圖未畫出)。
[0032]基於上述硬體基礎，下面對本發明的實現流程進行介紹。
[0033]如圖2所示，本發明的主要流程分為配置參數、硬體自校驗、深度休眠、啟動記錄溫度和時間、自動生成報告文件以及讀取和分析報告文件的數據，其具體步驟如下:
與現有技術一樣，首先通過USB接口將溫度記錄儀與PC機連接，然後在PC機上通過安裝的軟體配置溫度記錄儀的參數，該參數包括條形碼、溫度類型、時區、報警溫度、報警類型、報警延時時長、啟動延時時長、記錄周期、記錄間隔、記錄點數以及時鐘；該步驟配置的參數用於控制後續各個相關事件的響應。值得說明的是，雖然現有技術也採用了類似的配置參數的步驟，但是如何使各個事件關聯和配合，實現一個完整的溫度記錄和檢測的過程，並使軟硬體的結合度達到最高，同時還能令溫度記錄儀的操作和管理更加方便，這並非是顯而易見的，需要付出創造性的勞動才能設計和整合出來。
[0034]在配置參數完成後，斷開溫度記錄儀與PC的連接，溫度記錄儀對溫度採集模塊、時鐘模塊、存儲模塊、LED顯示模塊進行校驗，同時，利用不超過5s的短按按鍵輸入模塊的方式對按鍵輸入模塊進行校驗。硬體校檢完畢後，溫度記錄儀在CPU控制下進入深度休眠模式。
[0035]需要使用溫度記錄儀時，需要通過按鍵輸入模塊來喚醒溫度記錄儀，並利用溫度採集模塊連續採集溫度數據，同時時鐘模塊根據設定的時區同步記錄採集的時間，然後傳輸至CPU ;該步驟中，利用超過5s的長按按鍵輸入模塊的方式喚醒溫度記錄儀，而不超過5s的按鍵操作時則顯示溫度記錄儀當前的狀態(例如啟動前、延時中、啟動後、停止等狀態)。並且，為了降低整機的功耗，並提高溫度採集的精度，本實施例中，溫度採集模塊在持續供電2?3s後，才會開始採集溫度數據，而在此期間，CPU的運行頻率將會降低至3IKHz左右。
[0036]而在採集結束後的時長達到預設的啟動延時時長後，CPU才會切換至較高的頻率，並快速完成對接收的數據的處理。CPU對接收的數據進行自動校準和濾波處理，然後傳輸至存儲模塊儲存，這裡利用了 CPU晶片(PIC18F26J50)的自動校準功能，並通過本發明設計的濾波方式來實現數據的濾波處理，整個主要的自動校準和濾波處理的過程如下:
(1)CPU對數據進行自動校準，產生校準數據；
(2)濾除自動校準產生的偶數數組，獲得真正的溫度數據；
(3)去除最開始採集的三組數據，並求平均值；
(4)去除與平均值偏差大於0.5的數據，並再次求平均值；
(5 )將步驟(4 )中的平均值進行四捨五入後，最終獲得處理後的溫度值。
[0037]經過處理後的數據，便可以很好地確保其精度了。
[0038]接著，當溫度採集存儲過程結束(即溫度採集時長達到預設的記錄周期)，並且記錄的總點數未達到設置的上限時，在CPU控制下，溫度記錄儀進入休眠模式。
[0039]而當溫度記錄儀被喚醒時，CPU會判斷溫度記錄儀是否為操作按鍵輸入模塊的方式喚醒，是，則CPU繼續判斷是否為超過5s的長按按鍵輸入模塊的方式，如果是，則停止設備運行；如果不是，則繼續判斷是否為雙擊按鍵輸入模塊的方式，是，則標記上一記錄周期記錄的溫度及其對應的時間點，然後繼續進入休眠模式；否，則CPU控制LED顯示模塊顯示報警狀態(本實施例中的LED顯示模塊設有紅、綠兩種顏色，紅色代表報警，綠色代表未報警)，然後再繼續進入休眠模式。
[0040]如果不是操作按鍵輸入模塊的方式喚醒溫度記錄儀，則CPU會繼續判斷USB模塊是否連接PC機，是，則停止設備運行，並自動生成報告文件並上傳至PC機；如果不是，則為記錄間隔時間到、需要開始下個記錄周期的時鐘休眠喚醒，在該種模式下，CPU會繼續判斷溫度採集記錄的總點數是否達到設置的上限，是，則停止設備運行；否，則開始下一記錄周期的溫度採集。
[0041]在上述過程中，自動生成的報告文件可以是採用RC4加密算法進行加密後的HF文件，然後PC機通過打開U盤的方式直接讀取該PDF文件；也可以是報告文件以USB HID的方式傳送至PC機(或者手機)上。當採用第二種方式傳送報告文件時，安裝在PC機(或手機)上的配套軟體會自動啟動並完成數據的上傳、溫度的顯示以及數據的保存，從而方便用戶在PC機(或手機)上直接通過軟體查看報告。本發明的軟體界面如圖3所示，該軟體可以顯示溫度採集的數據、相應記錄的時間、記錄周期和記錄間隔，並且其界面上還有設備信息、記錄概要、報警(高溫和低溫時)、標記事件，而界面的右邊則有上傳數據、設備狀態、數據導出、PDF文件導出、EXCEL表格導出、建議以及退出等功能按鍵。
[0042]本發明的軟體主界面有溫度報警標識，有報警現象時會閃爍提醒用戶。本發明的軟體界面無需手動點擊打開，當溫度記錄儀插入計算機的時候會自動彈出軟體並完成數據的上傳、顯示和存儲到資料庫。軟體無需說明書，在用戶將滑鼠放到相應的位置上會自動顯示相應的功能說明(通過軟體的按鈕可關閉該功能)。軟體採用圖標式按鍵方式，使軟體看起來一目了然。同時軟體提供了按時間查詢數據、快速查詢報警數據、快速切換設備列表、滑鼠放大和縮小溫度圖形等多種便捷功能。用戶在此界面上可以很方便地對採集的溫度數據進行讀取、導出等操作。軟體便捷、直觀、易於使用，展示溫度信息的同時，極大的節約了用戶時間。
[0043]本發明通過合理的軟硬體設計，很好地實現了溫度記錄儀採集和記錄溫度數據的連續性和真實性，不僅功能全面，而且記錄的數據精度非常高，並且操作也更加方便，無論是專業人士還是非專業人士，可以很快上手使用。因此，與現有的溫度記錄儀相比，本發明技術進步十分明顯，具有突出的實質性特點和顯著的進步。
[0044]上述實施例僅為本發明的優選實施例，並非是對本發明保護範圍的限制，但凡採用本發明的設計原理，以及在此基礎上進行非創造性勞動而做出的變化，均應屬於本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種溫度記錄儀，包括印製電路板，以及均設置在該印製電路板上的USB模塊、溫度採集模塊、供電模塊、程序下載模塊和CPU ;所述USB模塊、溫度採集模塊、供電模塊和程序下載模塊均與CPU連接，其特徵在於，還包括均與CPU連接的時鐘模塊、存儲模塊、按鍵輸入模塊以及LED顯示模塊。
2.根據權利要求1所述的一種溫度記錄儀，其特徵在於，所述CPU型號為PIC18F26J50。
3.根據權利要求2所述的一種溫度記錄儀，其特徵在於，所述印製電路板上下表面均設有泡棉膠層。
4.一種溫度記錄儀的實現方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)通過USB接口將溫度記錄儀與PC機連接，並在PC機上通過安裝的軟體配置溫度記錄儀的參數，該參數包括條形碼、溫度類型、記錄周期、時區、報警類型、報警延時時長、記錄間隔、記錄點數以及時鐘； (2)參數配置完成後斷開溫度記錄儀與PC機的連接，溫度記錄儀對溫度採集模塊、時鐘模塊、存儲模塊、LED顯示模塊進行校驗，同時，利用不超過5s的短按按鍵輸入模塊的方式對按鍵輸入模塊進行校驗； (3)利用不超過5s的短按按鍵輸入模塊的方式，使溫度記錄儀在CPU控制下進入深度休眠模式； (4)喚醒溫度記錄儀，該溫度記錄儀按照設定的記錄周期利用溫度採集模塊連續採集溫度數據，同時時鐘模塊同步記錄採集的時間，並通過CPU將採集的數據和記錄的時間傳輸到存儲模塊中儲存； (5)當溫度採集存儲過程結束，並且記錄的總點數未達到設置的上限時，在CPU控制下，溫度記錄儀進入休眠模式； (6)喚醒溫度記錄儀，CPU判斷溫度記錄儀是否為操作按鍵輸入模塊的方式喚醒，是，則執行步驟(7);否，則執行步驟(9)； (7)CPU繼續判斷是否為超過5s的長按按鍵輸入模塊的方式，是，則停止設備運行，執行步驟(11);否，則執行步驟(8); (8)CPU繼續判斷是否為雙擊按鍵輸入模塊的方式，是，則標記上一記錄周期記錄的溫度及其對應的時間點，然後返回執行步驟(5);否，則CPU控制LED顯示模塊顯示報警狀態，並返回執行步驟(5); (9)CPU繼續判斷USB模塊是否連接PC機，是，則停止設備運行，然後執行步驟(11);否，則為記錄間隔時間到、需要開始下個記錄周期的時鐘休眠喚醒，執行步驟(10)； (10)CPU判斷溫度採集記錄的總點數是否已達到設置的上限，是，則停止設備運行，並執行步驟(11);否，則開始下個周期的溫度數據採集和時間記錄，然後繼續執行步驟(5)； (11)將溫度記錄儀連接PC機，該溫度記錄儀自動生成一個報告文件，並將文件數據自動上傳至計算機軟體。
5.根據權利要求4所述的一種溫度記錄儀的實現方法，其特徵在於，所述步驟(4)包括以下步驟: (401)通過按鍵輸入模塊喚醒溫度記錄儀，並利用溫度採集模塊連續採集溫度數據，同時時鐘模塊根據設定的時區同步記錄採集的時間，然後傳輸至CPU ； (402)CPU將接收的數據進行校準、濾波後，傳輸至存儲模塊儲存。
6.根據權利要求5所述的一種溫度記錄儀的實現方法，其特徵在於，所述步驟(401)中，利用超過5s的長按按鍵輸入模塊的方式喚醒溫度記錄儀，而不超過5s的按鍵操作則顯示溫度記錄儀當前的狀態。
7.根據權利要求6所述的一種溫度記錄儀的實現方法，其特徵在於，所述步驟(I)中，溫度記錄儀配置的參數還分別包括報警溫度和啟動延時時長，當CPU判定為報警的時候，該CPU控制LED顯示模塊顯示報警；而所述步驟(401)中，長按按鍵輸入模塊後，當時間達到設定的啟動延時時長時，溫度記錄儀被喚醒，並且步驟(401)中，溫度採集模塊在持續供電2?3s後，開始採集溫度數據。
8.根據權利要求7所述的一種溫度記錄儀的實現方法，其特徵在於，所述步驟(402)中，CPU對接收的數據進行校準和濾波的具體過程如下: (a)CPU對數據進行自動校準，產生校準數據； (b)濾除自動校準產生的偶數數組，獲得真正的溫度數據； (c)去除最開始採集的三組數據，並求平均值； Cd)去除與平均值偏差大於0.5的數據，並再次求平均值； (e )將步驟(d)中的平均值進行四捨五入後，最終獲得處理後的溫度值。
9.根據權利要求8所述的一種溫度記錄儀的實現方法，其特徵在於，所述步驟(11)中的報告文件為採用RC4加密算法加密後的PDF文件，PC機通過打開U盤的方式直接讀取該PDF文件。
10.根據權利要求8所述的一種溫度記錄儀的實現方法，其特徵在於，所述步驟(11)中的報告文件通過USB通訊的方式傳送至PC機上，PC機通過已安裝的服務程序自動啟動計算機軟體，並將溫度、時間、統計數據自動上傳至該軟體；或者，所述步驟(11)中的報告文件通過手機來查看。
【文檔編號】G01K1/02GK104236729SQ201410567263
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】陳鴿, 韓元昊 申請人:四川坦普瑞爾科技有限公司