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摘要：传统冰箱动态测试系统，存在数据采集效率低，温度传感器易断线，测试箱成本高，安装、维护和更换困难等问题，本文介绍一种新型系统，采用基于智能移动终端的WiFi和蓝牙通信技术采集数据，解决这些问题。
关键词：智能移动终端，无线数据采集，冰箱动态测试，蓝牙4.0
1.传统的冰箱动态测试系统及其问题
动态测试是冰箱生产过程中的重要环节，是冰箱在生产线传输过程中进行制冷性能的测试。传统的测试系统原理如图1所示，温度传感器TS放在冰箱RG中，通过导线连接到测试箱TB中，电量传感器集成在测试箱中，测试箱接收和处理冰箱工作过程中的温度数据。测试箱要跟随冰箱行进，所以测试箱和冰箱都通过滑触线供电，上位PC通过无线485发送轮询指令采集测试箱数据。
这种测试系统存在以下问题：
用单片机开发的测试箱实现供电、控制、电量采集、无线收发等功能，成本高，安装、维护和更换比较困难；
上位PC通过串行通信轮询方式采集测试箱数据效率低，难以应付测试工站数量很多（超过200）的情况；
由于频繁取放和拉扯，冰箱制冷室内的有线温度传感器比较容易断线，维备件消耗很大；
温度传感器线缆会导致冰箱门封的变形，影响冰箱产品质量。
2.新型冰箱测试系统
为了解决以上问题，采用无线温度传感器，以一种更快的通信方式代替485通信。组成一套新型冰箱动态测试系统，如图2所示。和图1的系统相比，以无线路由器WRouter取代了无线485基站，以电量模块EM+智能移动终端IMT（智能手机或平板电脑）+电源取代了原先的测试箱，以无线温度传感器取代了原来的有线温度传感器。电量模块EM和多个无线温度传感器TS的测试数据通过蓝牙传送到智能移动终端，上位PC再通过WiFi查询读取智能移动终端ST所采集到的数据。
采用蓝牙通信技术的电量模块和温度传感器，传感器的无线通信采用蓝牙而不是ZigBee，由于蓝牙4.0的推出，使蓝牙在低功耗场合的应用成为可能，采用蓝牙4.0中的BLE（Bluetooh Low Energy）在和ZigBee的市场竞争中已经全面胜出，在智能移动终端中已经成为标配，所以蓝牙传感器与智能移动终端的结合变得非常容易和方便。
3.系统关键组成部分
3.1传感器
包括电量传感器即电量模块EM和无线温度传感器TS。这两种传感器中都集成了基于TI的CC2540单芯片SoC方案的BLE模块，用于发送传感器数据。
3.1.1电量模块
电量模块用于测量电流、电压和功率因数，由于要控制冰箱通断电，所以除了电量接口外，还设计了3DI+3DO I/O接口，电流互感器和电压互感器集成在模块内，通过电量接口外接被测设备（冰箱），采用集成了2路AD的单片机MSP430F427采集电量参数，定时将测试数据通过串口写入蓝牙模块，蓝牙模块通过无线通信将数据发送出去，电量模块输出口上接指示灯，提示报警信息，输出口通过接触器控制被测冰箱通断电。
3.1.2温度传感器
温度传感器用于测量冰箱不同温区的温度，单片机采用MSP430G2403。蓝牙模塊也采用超低功耗的BL E，温度传感器采用超低功耗设计，保证纽扣电池即可维持数百天工作，为降低功耗，软件设计为，当数据发送完毕后，让单片机和蓝牙模块进入休眠模式，等待下一周期再转换数据发送。实际工作周期为30s，大致过程是：休眠（28秒，50μA）→唤醒，转换数据（0.8s，4mA）→发送数据（10mA，0.2s）→休眠。
3.1.3传感器的分组
一个移动终端对应测试一台冰箱，每一台冰箱需要一个电量传感器，每一台冰箱的每一个温区需要一个温度传感器。这一个电量传感器和多个温度传感器作为一组，封装成一种颜色，和相邻冰箱的另一组传感器进行区分，不同温区的传感器以不同的形状和编号进行区分。传感器作为外围设备设置唯一代号，作为中央设备的智能移动终端APP可以用这个代号标志和区分传感器身份。
3.2智能移动终端
终端以具备蓝牙4.0的智能手机或者平板电脑为中央设备，移动端的安卓应用程序（APP）使用Java在Eclipse中开发，安卓系统自带一个轻量级的数据库SQLite，移动端侦测到外围蓝牙设备有数据发送到达中央设备时，即读取数据保存在本地SQLite数据库中。当蓝牙设备连接异常时，将异常代码保存在数据库中，并且发出报警信号到电量模块，点亮连接在电量模块输出接口上的信号灯。
在另一个方向上，智能移动终端WiFi都配置固定且唯一IP地址和上位PC组成局域网，移动终端和上位PC之间采用Socket通信。当移动终端通过WiFi收到上位PC发来的查询指令时，将保存在本地数据库中的数据全部发送出去，然后清空数据库。
3.3上位PC
上位PC使用工控机，运行Windows和SQL Server数据库，C#编写测试数据采集和处理软件，保存、分析和显示测试结果。在测数据以温度曲线的图形方式显示在屏幕上，每一冰箱测试完毕后，系统会根据所建立的标准模型来判断温度曲线是否合格，给出判断结果。所有测试数据和判断结果都将保存在数据库中备查。
4效果
按以上方案开发了两种传感器，同时开发了移动端的安卓应用和PC端的数据采集系统，将安卓应用发布到小米平板上，能通过蓝牙同时稳定地采集到6个传感器数据。还试验了红米手机、酷派的某型手机，也能稳定地采集到6个传感器数据。
测试系统同时运行12个移动端，每个移动端都同时采集6个传感器数据，测试1个月，蓝牙通信平均丢包率在3‰以内，能满足实际数据采集要求，试验效果证明方案可行，可应用于冰箱动态测试系统，能解决传统方案存在的问题。
关键词：智能移动终端，无线数据采集，冰箱动态测试，蓝牙4.0
1.传统的冰箱动态测试系统及其问题
动态测试是冰箱生产过程中的重要环节，是冰箱在生产线传输过程中进行制冷性能的测试。传统的测试系统原理如图1所示，温度传感器TS放在冰箱RG中，通过导线连接到测试箱TB中，电量传感器集成在测试箱中，测试箱接收和处理冰箱工作过程中的温度数据。测试箱要跟随冰箱行进，所以测试箱和冰箱都通过滑触线供电，上位PC通过无线485发送轮询指令采集测试箱数据。
这种测试系统存在以下问题：
用单片机开发的测试箱实现供电、控制、电量采集、无线收发等功能，成本高，安装、维护和更换比较困难；
上位PC通过串行通信轮询方式采集测试箱数据效率低，难以应付测试工站数量很多（超过200）的情况；
由于频繁取放和拉扯，冰箱制冷室内的有线温度传感器比较容易断线，维备件消耗很大；
温度传感器线缆会导致冰箱门封的变形，影响冰箱产品质量。
2.新型冰箱测试系统
为了解决以上问题，采用无线温度传感器，以一种更快的通信方式代替485通信。组成一套新型冰箱动态测试系统，如图2所示。和图1的系统相比，以无线路由器WRouter取代了无线485基站，以电量模块EM+智能移动终端IMT（智能手机或平板电脑）+电源取代了原先的测试箱，以无线温度传感器取代了原来的有线温度传感器。电量模块EM和多个无线温度传感器TS的测试数据通过蓝牙传送到智能移动终端，上位PC再通过WiFi查询读取智能移动终端ST所采集到的数据。
采用蓝牙通信技术的电量模块和温度传感器，传感器的无线通信采用蓝牙而不是ZigBee，由于蓝牙4.0的推出，使蓝牙在低功耗场合的应用成为可能，采用蓝牙4.0中的BLE（Bluetooh Low Energy）在和ZigBee的市场竞争中已经全面胜出，在智能移动终端中已经成为标配，所以蓝牙传感器与智能移动终端的结合变得非常容易和方便。
3.系统关键组成部分
3.1传感器
包括电量传感器即电量模块EM和无线温度传感器TS。这两种传感器中都集成了基于TI的CC2540单芯片SoC方案的BLE模块，用于发送传感器数据。
3.1.1电量模块
电量模块用于测量电流、电压和功率因数，由于要控制冰箱通断电，所以除了电量接口外，还设计了3DI+3DO I/O接口，电流互感器和电压互感器集成在模块内，通过电量接口外接被测设备（冰箱），采用集成了2路AD的单片机MSP430F427采集电量参数，定时将测试数据通过串口写入蓝牙模块，蓝牙模块通过无线通信将数据发送出去，电量模块输出口上接指示灯，提示报警信息，输出口通过接触器控制被测冰箱通断电。
3.1.2温度传感器
温度传感器用于测量冰箱不同温区的温度，单片机采用MSP430G2403。蓝牙模塊也采用超低功耗的BL E，温度传感器采用超低功耗设计，保证纽扣电池即可维持数百天工作，为降低功耗，软件设计为，当数据发送完毕后，让单片机和蓝牙模块进入休眠模式，等待下一周期再转换数据发送。实际工作周期为30s，大致过程是：休眠（28秒，50μA）→唤醒，转换数据（0.8s，4mA）→发送数据（10mA，0.2s）→休眠。
3.1.3传感器的分组
一个移动终端对应测试一台冰箱，每一台冰箱需要一个电量传感器，每一台冰箱的每一个温区需要一个温度传感器。这一个电量传感器和多个温度传感器作为一组，封装成一种颜色，和相邻冰箱的另一组传感器进行区分，不同温区的传感器以不同的形状和编号进行区分。传感器作为外围设备设置唯一代号，作为中央设备的智能移动终端APP可以用这个代号标志和区分传感器身份。
3.2智能移动终端
终端以具备蓝牙4.0的智能手机或者平板电脑为中央设备，移动端的安卓应用程序（APP）使用Java在Eclipse中开发，安卓系统自带一个轻量级的数据库SQLite，移动端侦测到外围蓝牙设备有数据发送到达中央设备时，即读取数据保存在本地SQLite数据库中。当蓝牙设备连接异常时，将异常代码保存在数据库中，并且发出报警信号到电量模块，点亮连接在电量模块输出接口上的信号灯。
在另一个方向上，智能移动终端WiFi都配置固定且唯一IP地址和上位PC组成局域网，移动终端和上位PC之间采用Socket通信。当移动终端通过WiFi收到上位PC发来的查询指令时，将保存在本地数据库中的数据全部发送出去，然后清空数据库。
3.3上位PC
上位PC使用工控机，运行Windows和SQL Server数据库，C#编写测试数据采集和处理软件，保存、分析和显示测试结果。在测数据以温度曲线的图形方式显示在屏幕上，每一冰箱测试完毕后，系统会根据所建立的标准模型来判断温度曲线是否合格，给出判断结果。所有测试数据和判断结果都将保存在数据库中备查。
4效果
按以上方案开发了两种传感器，同时开发了移动端的安卓应用和PC端的数据采集系统，将安卓应用发布到小米平板上，能通过蓝牙同时稳定地采集到6个传感器数据。还试验了红米手机、酷派的某型手机，也能稳定地采集到6个传感器数据。
测试系统同时运行12个移动端，每个移动端都同时采集6个传感器数据，测试1个月，蓝牙通信平均丢包率在3‰以内，能满足实际数据采集要求，试验效果证明方案可行，可应用于冰箱动态测试系统，能解决传统方案存在的问题。