CN107192412A - 基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测*** - Google Patents

Abstract

基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，包括感知层、RFID阅读器通信层、LoRa无线通信层和后台计算机监测中心层；感知层包括固体煤灰监测单元、排放液体监测单元、排放气体监测单元、噪声监测单元。本发明整体结构均采用无线通信方式，结合RFID技术与LoRa技术的各自优势，克服了基于Zigbee技术的监测方式监测结构复杂、不具有定位识别功能、数传模块传输距离短、信息阻塞和时延等缺点，具有适应性强、低功耗、传输距离远、无线网络化、***结构简单与可识别环境监测位置的特点，应用前景广泛。

Description

基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***

技术领域

本发明涉及物联网技术、传感器技术、无线通信技术和环境监测领域，具体是一种基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***。

背景技术

目前，在中国经济的高速发展过程中伴随着环境状况的不断恶化，环境友好型的可持续发展是目前大力倡导的经济发展模式，火力发电厂作为经济发展过程中的主要污染源，对火力发电厂的环境进行在线监控具有重要的现实意义。目前国内还没有专门针对火力发电厂的环境进行在线监测的***，申请号为201620686708.1，公告号为205899784U《火力发电厂无线监测***》采用Zigbee数传模块和传感器检测终端对发电厂的监测区域内的状态进行监测，但是其结构较为复杂，而且不具有定位识别功能，并且其Zigbee数传模块传输距离有限，如果较远距离传输需要布置大量的Zigbee节点，不仅增加了结构复杂度和成本还会造成信息阻塞和时延。申请号为201620596638.0，公告号为205785324UJ《火力发电厂监测***》监测***结构较为复杂，而且并没有具体说明通信方式。申请号为201220135764.8，公告号为202512124U《基于RFID和无线传感网络的水质监测预警***》在各个监测节点与汇聚节点之间采用Zigbee组网互联，不适合较远距离的无线通信。

发明内容

本发明所要解决的问题是，克服上述背景技术的不足，提出一种成本低，功耗低，传输距离远，结构简单的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，包括四层结构，即感知层、RFID阅读器通信层、LoRa无线通信层和后台计算机监测中心层；感知层与RFID阅读器通信层双向连接，RFID阅读器通信层与LoRa无线通信层双向连接，LoRa无线通信层与后台计算机监测中心层双向连接；

所述感知层为布置在火力发电厂整个环境监测区域的RFID传感标签；所述RFID阅读器通信层包括RFID标签天线和RFID阅读器模块，RFID标签天线和RFID阅读器模块双向连接；所述LoRa无线通信层包括LoRa收发模块和LoRa网关，LoRa收发模块和LoRa网关双向连接；所述后台计算机监测中心层包括监测计算机、数据中心库以及监测人员，数据中心库设于监测计算机内；

所述RFID传感标签对所布置区域内的环境状态进行实时的监测，获取的环境状态监测数据通过预处理并按照RFID通信协议将监测数据打包成数据包，打包后的数据包通过RFID标签天线发送；

从RFID传感标签经RFID标签天线发送过来的状态监测数据包无线传输给阅读器RFID通信层的RFID阅读器模块，经RFID阅读器模块处理成符合LoRa通信协议的数据包后传输给LoRa收发模块；

所述LoRa无线通信层用于将LoRa收发模块将接收到的数据包按照LoRa通信协议和扩频技术远距离传输给LoRa网关；LoRa网关将接收到的数据包传输给后台计算机监测中心层；

所述后台计算机监测中心层将接收到的数据包即火力发电厂环境监测状态值实时的显示出来，监测人员根据监测计算机显示的环境监测状态值采取相应的行动；同时监测的火力发电厂环境监测状态值上传到数据中心库。

进一步，RFID传感标签包括固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签、排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签、排放气体监测单元即监测排放气体的RFID传感标签和噪声监测单元即监测噪声的RFID传感标签。

进一步，固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签包括煤灰监测MCU控制单元、煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器、煤灰监测RFID标签存储单元和煤灰监测电源模块；煤灰监测RFID标签存储单元与RFID标签天线相连；煤灰监测RFID标签存储单元和与煤灰监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成煤灰监测RFID标签单元；煤灰监测RFID标签存储单元与煤灰监测MCU控制单元双向连接；煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器均与煤灰监测MCU控制单元双向连接；煤灰监测MCU控制单元、煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器和煤灰监测RFID标签单元均与煤灰监测电源模块连接。

煤灰监测电源模块用于给整个固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签供电；煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器分别用于感知固体煤灰的温度和湿度；煤灰监测MCU控制单元通过对煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器进行配置，并接受来自煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器的监测原始数据，并将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从煤灰监测MCU控制单元传送过来的数据包经煤灰监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。

进一步，排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签包括液体监测MCU控制单元、液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器、液体监测RFID标签存储单元和液体监测电源模块；液体监测RFID标签存储单元亦与RFID标签天线相连；液体监测RFID标签存储单元和与液体监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成液体监测RFID标签单元；液体监测RFID标签存储单元与液体监测MCU控制单元双向连接；液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器均通过防水传输线与液体监测MCU控制单元双向连接。液体监测MCU控制单元、液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器和液体监测RFID标签单元均与液体监测电源模块连接。

由于水质监测环境的特殊性，将液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器可集成在一起，形成一个水下监测模块，水下监测模块通过防水传输线液体监测电源模块相连。

液体监测电源模块用于给整个排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签供电，对水下监测模块采用防水传输线供电；液体监测温度传感器用于监测火力发电厂排放液体的温度，金属离子传感器用于感知火力发电厂排放液体的金属离子含量，PH值传感器用于感知火力发电厂排放液体的PH值；液体监测MCU控制单元对液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器进行配置，并接受来自液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器的监测原始数据，并将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从液体监测MCU控制单元传送过来的数据包经液体监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。

进一步，排放气体监测单元即监测排放气体的RFID传感标签包括气体监测MCU控制单元、二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器、气体监测RFID标签存储单元和气体监测电源模块；气体监测RFID标签存储单元亦与RFID标签天线相连；气体监测RFID标签存储单元和与气体监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成气体监测RFID标签单元；气体监测RFID标签存储单元与气体监测MCU控制单元双向连接；二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器均与气体监测MCU控制单元双向连接；气体监测MCU控制单元、二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器和气体监测RFID标签单元均与气体监测电源模块连接；

气体监测电源模块用于给整个排放气体监测单元即监测排放气体的RFID传感标签供电；二氧化硫传感器用于感知火力发电厂排放气体的二氧化硫浓度，氧化氮传感器用于感知火力发电厂排放气体的氧化氮浓度，一氧化碳传感器用于感知火力发电厂排放气体的一氧化碳浓度，粉尘传感器用于感知火力发电厂排放气体的粉尘浓度。气体监测MCU控制单元对二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器进行配置，并接受来自二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器的监测原始数据，将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从气体监测MCU控制单元传送过来的数据包经气体监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。

进一步，噪声监测单元包括噪声监测MCU控制单元、噪声传感器、噪声监测RFID标签存储单元和噪声监测电源模块；噪声监测RFID标签存储单元亦与RFID标签天线相连；噪声监测RFID标签存储单元和与噪声监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成噪声监测RFID标签单元；噪声监测RFID标签存储单元与噪声监测MCU控制单元双向连接，噪声监测MCU控制单元与噪声传感器双向连接；噪声监测MCU控制单元、噪声传感器和噪声监测RFID标签单元均与噪声监测电源模块连接；

噪声监测电源模块用于给整个噪声监测单元供电；噪声传感器用于感知监测区域的噪声值；噪声监测MCU控制单元对噪声传感器进行配置，并接受来自噪声传感器的监测原始数据，将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从噪声监测MCU控制单元传送过来的数据包经噪声监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。

进一步，RFID阅读器模块包括电源模块和RFID阅读器，所述RFID阅读器包括RFID阅读器天线、射频基带和数字基带；RFID阅读器天线与射频基带双向连接，射频基带与数字基带双向连接；RFID阅读器通过数字基带外接LoRa无线通信层的LoRa收发模块；LoRa收发模块通过UART与RFID阅读器的数字基带连接；LoRa收发模块和RFID阅读器均与RFID阅读器模块的电源模块连接；

RFID阅读器模块的电源模块负责向RFID阅读器和LoRa收发模块供电，RFID阅读器通过RFID阅读器天线与RFID标签天线进行通信，RFID阅读器内部的数字基带部分通过UART接口与LoRa收发模块连接；RFID阅读器通过RFID阅读器天线接收来自RFID标签天线发送的数据，经射频基带传输到数字基带部分进行处理并按照LoRa通信协议打包，将处理打包好的数据通过UART接口发送给LoRa收发模块；LoRa收发模块将接受到的状态信息数据包传输给LoRa网关。

所述LoRa无线通信层包括LoRa收发模块与LoRa网关，LoRa通信是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，具有距离远，低功耗，多节点，低成本特点。

本发明之基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***具有适应性强，低功耗，传输距离远，无线网络化，***结构简单与可识别环境监测位置的特点。

（1）适应性强主要体现在RFID标签抗污染，耐久性强，RFID通信技术具有可穿透木材，塑料等非金属和非透明物质，可应用与粉尘，油污等高污染环境，因此非常适合火力发电厂环境监测各种复杂的环境。并且RFID标签含有存储单元，当整个通信过程发生中断的时候，可以继续感知数据存储下来，等到通信顺畅后再发送出去。

（2）低功耗主要体现在本发明采用的硬件设备大部分是低功耗设备。比如MCU控制模块采用低功耗的MSP430型号单片机，采用的通信方式例如LoRa无线通信具有低功耗的特点,而且传感节点是定时唤醒监测即通过MCU控制模块定时唤醒各类型的传感器，各传感器其余时间处于休眠模式。（3）传输距离远主要体现在采用了基于LoRa扩频技术的无线通信方式，传输距离可达十公里以上，足以覆盖整个火力发电厂的环境监测区域。

（4）无线网络化主要体现在感知层与监测中心之间的数据传输靠无线网络传输。

（5）***结构简单主要体现在摈弃了传统的有线监测***复杂的布线结构，并且也不需要像Zigbee技术采用节点自组织的网络结构。

（6）可识别环境监测位置，是每个RFID标签天线在与RFID阅读器通信的时候，都会发送一个唯一识别自己的ID码，因此可以在整个监测过程中唯一的识别每一个RFID标签天线，从而识别环境监测的位置。

附图说明

图1为本发明之基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***的总体结构示意图。

图2为RFID阅读器模块的结构示意图。

图3为固体煤灰监测单元的结构示意图。

图4为排放液体监测单元的结构示意图。

图5为排放气体监测单元的结构示意图。

图6为噪声监测节单元的结构意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参照图1，本发明之基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，包括四层结构，即感知层、RFID阅读器通信层、LoRa无线通信层和后台计算机监测中心层。感知层与RFID阅读器通信层双向连接，RFID阅读器通信层与LoRa无线通信层双向连接，LoRa无线通信层与后台计算机监测中心层双向连接。

所述感知层为布置在火力发电厂整个环境监测区域的RFID传感标签。所述RFID阅读器通信层包括RFID标签天线和RFID阅读器模块U5，RFID标签天线和RFID阅读器模块U5双向连接。所述LoRa无线通信层包括LoRa收发模块和LoRa网关，LoRa收发模块和LoRa网关双向连接。所述后台计算机监测中心层包括监测计算机、数据中心库以及监测人员，数据中心库设于监测计算机内。

所述RFID传感标签对所布置区域内的环境状态进行实时的监测，获取的环境状态监测数据通过RFID传感标签的MCU控制单元进行预处理并按照RFID通信协议将监测数据打包成数据包，打包后的数据包进入RFID传感标签的RFID标签存储单元缓存然后通过RFID标签天线发送。

所述阅读器RFID通信层用于RFID标签天线与RFID阅读器模块之间的通信。从RFID传感标签经RFID标签天线发送过来的状态监测数据包无线传输给RFID阅读器模块。RFID阅读器模块中包含有数字基带部分，数字基带部分将数据包处理成符合LoRa通信协议的数据包后传输给LoRa收发模块。

所述LoRa无线通信层用于将LoRa收发模块将接收到的数据包按照LoRa通信协议和扩频技术远距离传输给LoRa网关。LoRa网关将接收到的数据包传输给后台计算机监测中心层。

所述后台计算机监测中心层将接收到的数据包（即火力发电厂环境监测状态值）实时的显示出来。监测人员根据监测计算机显示的环境监测状态值来进行相应的行动。如：感知层传输回的监测区域的状态值超过预设的阈值并持续一定的时间后，说明相关的监测区域的环境指标不达标，就会安排相关的人员对引起该监测区域环境监测值超标的原因进行排查和整改，直到监测值在合理范围内。同时监测的火力发电厂环境监测状态值会上传到数据中心库。

如前所述，感知层为布置在火力发电厂整个环境监测区域的RFID传感标签，包括固体煤灰监测单元U1（又称监测固体煤灰的RFID传感标签）、排放液体监测单元U2（又称监测排放液体的RFID传感标签）、排放气体监测单元U3（又称监测排放气体的RFID传感标签）和噪声监测单元U4（又称监测噪声的RFID传感标签）。

固体煤灰监测单元U1位于火力发电厂的煤灰贮藏处，用以监测煤灰实时的状态，并将所监测的状态数据值按照RFID通信协议进行打包处理通过RFID标签天线发送给RFID阅读器模块。排放液体监测单元U2位于火力发电厂液体排放处，用以监测排放液体的状态，并将所监测状态数据值按照RFID通信协议进行打包处理通过RFID标签天线发送给RFID阅读器模块。所述排放气体监测单元位于火力发电厂气体排放处，用以监测排放气体实时的状态，并将所监测状态数据值按照RFID通信协议进行打包处理通过RFID标签天线发送给RFID阅读器模块。所述噪声监测单元位于火力发电厂噪声监测处，用以监测噪声的状态值，并将所监测噪声状态数据值按照RFID通信协议进行打包处理通过RFID标签天线发送给RFID阅读器模块。

RFID阅读器模块U5用以收集所覆盖范围内的RFID标签天线所发送来的信息，并将所收集到的数据信息进行打包处理后通过UART接口发送给LoRa收发模块发送出去。

LoRa无线通信层中的LoRa网关接收来自LoRa收发模块发送的状态信息数据包通过LoRa无线通信发送给后台计算机监测中心层。

火力发电厂可能设有多个煤灰贮藏处。每一个煤灰贮藏处设有一个固体煤灰监测单元U1。对于每一个设有固体煤灰监测单元U1的煤灰贮藏处可称为一个固体煤灰监测节点。图1中示出了n个固体煤灰监测节点。

火力发电厂可能设有多个液体排放处。每一个液体排放处设有一个排放液体监测单元U2。对于每一个设有排放液体监测单元U2的液体排放处可称为一个液体排放监测节点。图1中示出了n个液体排放监测节点。

火力发电厂可能设有多个气体排放处。每一个气体排放处设有一个排放气体监测单元U3。对于每一个设有排放气体监测单元U3的气体排放处可称为一个气体排放监测节点。图1中示出了n个气体排放监测节点。

火力发电厂可能设有多个噪声监测处。每一个噪声监测处设有一个噪声监测单元U4。对于每一个设有噪声监测单元U4的噪声监测处可称为一个噪声监测节点。图1中示出了n个噪声监测节点。

参照图2，RFID阅读器模块U5包括电源模块U51和RFID阅读器U52 。所述RFID阅读器U52包括RFID阅读器天线、射频基带和数字基带。RFID阅读器天线与射频基带双向连接，射频基带与数字基带双向连接。RFID阅读器U52通过数字基带外接LoRa无线通信层的LoRa收发模块。LoRa收发模块通过UART与RFID阅读器的数字基带连接。LoRa收发模块和RFID阅读器U52均与RFID阅读器模块U5的电源模块U51连接。

RFID阅读器模块U5的电源模块U51负责向RFID阅读器U52和LoRa收发模块U53供电，RFID阅读器U52通过RFID阅读器天线与RFID标签天线进行通信，RFID阅读器U52内部的数字基带部分通过UART接口与LoRa收发模块连接。RFID阅读器U52通过RFID阅读器天线接收来自RFID标签天线发送的数据，经射频基带传输到数字基带部分进行处理并按照LoRa通信协议打包，将处理打包好的数据通过UART接口发送给LoRa收发模块。LoRa收发模块U53可以进行远距离传输，它将接受到的状态信息数据包传输给较远距离的LoRa网关。

参照图3，固体煤灰监测单元U1（即监测固体煤灰的RFID传感标签）包括煤灰监测MCU控制单元U13、煤灰监测温度传感器U14、煤灰监测湿度传感器U15、煤灰监测RFID标签存储单元U12和煤灰监测电源模块U11。煤灰监测RFID标签存储单元U12与RFID阅读器通信层的RFID标签天线相连。煤灰监测RFID标签存储单元和与煤灰监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线可集成在一起，共同构成煤灰监测RFID标签单元。煤灰监测RFID标签存储单元U12通过I²C与煤灰监测MCU控制单元U13双向连接。煤灰监测温度传感器U14、煤灰监测湿度传感器U15均通过I²C与煤灰监测MCU控制单元U13双向连接。

煤灰监测电源模块U11用于给整个固体煤灰监测单元U1（即监测固体煤灰的RFID传感标签）供电。煤灰监测MCU控制单元U13、煤灰监测温度传感器U14、煤灰监测湿度传感器U15和煤灰监测RFID标签单元均与煤灰监测电源模块U11连接。

煤灰监测温度传感器U14、煤灰监测湿度传感器U15分别用于感知固体煤灰的温度和湿度。煤灰监测MCU控制单元U13通过I²C对煤灰监测温度传感器U14、煤灰监测湿度传感器U15进行配置，并接受来自煤灰监测温度传感器U14、煤灰监测湿度传感器U15的监测原始数据，并将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包。从煤灰监测MCU控制单元U13传送过来的数据包经煤灰监测RFID标签存储单元U12缓存后送到RFID标签天线进行发送。RFID标签天线向RFID阅读器天线发送监测的状态信息数据，并按照RFID通信协议接收RFID阅读器天线反馈回数据。

参照图4，排放液体监测单元U2（即监测排放液体的RFID传感标签）包括液体监测MCU控制单元U23、液体监测温度传感器U24、金属离子传感器U25、PH值传感器U26、液体监测RFID标签存储单元U22和液体监测电源模块U21。液体监测RFID标签存储单元U22亦与RFID阅读器通信层的RFID标签天线相连。液体监测RFID标签存储单元U22和与液体监测RFID标签存储单元U22相连的RFID标签天线可集成在一起，共同构成液体监测RFID标签单元。液体监测RFID标签存储单元U22通过I²C与液体监测MCU控制单元U23双向连接。液体监测温度传感器U24、金属离子传感器U25、PH值传感器U26分别通过不同的防水传输线与液体监测MCU控制单元U23双向连接。

液体监测电源模块U21用于给整个排放液体监测单元U2（即监测排放液体的RFID传感标签）供电。液体监测MCU控制单元U23、液体监测温度传感器U24、金属离子传感器U25、PH值传感器U26和液体监测RFID标签单元均与液体监测电源模块U21连接。

液体监测温度传感器U24用于监测火力发电厂排放液体的温度，金属离子传感器U25用于感知火力发电厂排放液体的金属离子含量，PH值传感器U26用于感知火力发电厂排放液体的PH值。液体监测MCU控制单元U23通过I²C对液体监测温度传感器U24、金属离子传感器U25、PH值传感器U26进行配置，并接受来自液体监测温度传感器U24、金属离子传感器U25、PH值传感器U26的监测原始数据，并将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包。从液体监测MCU控制单元U23传送过来的数据包经液体监测RFID标签存储单元U22缓存后送到RFID标签天线进行发送。RFID标签天线向RFID阅读器天线发送监测的状态信息数据，并按照RFID通信协议接收RFID阅读器天线反馈回数据。

参照图5，排放气体监测单元U3（即监测排放气体的RFID传感标签）包括气体监测MCU控制单元U33、二氧化硫传感器U34、氧化氮传感器U35、一氧化碳传感器U36、粉尘传感器U37、气体监测RFID标签存储单元U32和气体监测电源模块U31。气体监测RFID标签存储单元U32亦与RFID阅读器通信层的RFID标签天线相连。气体监测RFID标签存储单元U32和与气体监测RFID标签存储单元U32相连的RFID标签天线可集成在一起，共同构成气体监测RFID标签单元。气体监测RFID标签存储单元U32通过I²C与气体监测MCU控制单元U33双向连接。二氧化硫传感器U34、氧化氮传感器U35、一氧化碳传感器U36、粉尘传感器U37分别通过不同的I²C与气体监测MCU控制单元U33双向连接。气体监测MCU控制单元U33、二氧化硫传感器U34、氧化氮传感器U35、一氧化碳传感器U36、粉尘传感器U37和气体监测RFID标签单元均与气体监测电源模块U31连接。

气体监测电源模块U31用于给整个排放气体监测单元U3（即监测排放气体的RFID传感标签）供电。二氧化硫传感器U34用于感知火力发电厂排放气体的二氧化硫浓度，氧化氮传感器U35用于感知火力发电厂排放气体的氧化氮浓度，一氧化碳传感器U36用于感知火力发电厂排放气体的一氧化碳浓度，粉尘传感器U37用于感知火力发电厂排放气体的粉尘浓度。气体监测MCU控制单元U33通过I²C对二氧化硫传感器U34、氧化氮传感器U35、一氧化碳传感器U36、粉尘传感器U37进行配置，并接受来自二氧化硫传感器U34、氧化氮传感器U35、一氧化碳传感器U36、粉尘传感器U37的监测原始数据，将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包。从气体监测MCU控制单元U33传送过来的数据包经气体监测RFID标签存储单元U32缓存后送到RFID标签天线进行发送。RFID标签天线向RFID阅读器天线发送监测的状态信息数据，并按照RFID通信协议接收RFID阅读器天线反馈回数据。

参照图6，噪声监测单元U4包括噪声监测MCU控制单元U43、噪声传感器U44、噪声监测RFID标签存储单元U42和噪声监测电源模块U41。噪声监测RFID标签存储单元U42亦与RFID阅读器通信层的RFID标签天线相连。噪声监测RFID标签存储单元U42和与噪声监测RFID标签存储单元U42相连的RFID标签天线可集成在一起，共同构成噪声监测RFID标签单元。噪声监测RFID标签存储单元U42通过I²C与噪声监测MCU控制单元U43双向连接，噪声监测MCU控制单元U43通过I²C与噪声传感器U44双向连接。噪声监测MCU控制单元U43、噪声传感器U44和噪声监测RFID标签单元均与噪声监测电源模块U41连接。

噪声监测电源模块U41用于给整个噪声监测单元U4供电。噪声传感器U44用于感知监测区域的噪声值。噪声监测MCU控制单元U43通过I²C对噪声传感器U44进行配置，并接受来自噪声传感器U44的监测原始数据，将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包。从噪声监测MCU控制单元U43传送过来的数据包经噪声监测RFID标签存储单元U42缓存后送到RFID标签天线进行发送。RFID标签天线向RFID阅读器天线发送监测的状态信息数据，并按照RFID通信协议接收RFID阅读器天线反馈回数据。

本发明整体结构均采用无线通信方式，结合RFID技术与LoRa技术的各自优势，克服了基于Zigbee技术的监测方式监测结构复杂、不具有定位识别功能、数传模块传输距离短、信息阻塞和时延等缺点，具有适应性强、低功耗、传输距离远、无线网络化、***结构简单与可识别环境监测位置的特点，应用前景广泛。

Claims (7)

1.基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，其特征在于，包括四层结构，即感知层、RFID阅读器通信层、LoRa无线通信层和后台计算机监测中心层；感知层与RFID阅读器通信层双向连接，RFID阅读器通信层与LoRa无线通信层双向连接，LoRa无线通信层与后台计算机监测中心层双向连接；

所述感知层为布置在火力发电厂整个环境监测区域的RFID传感标签；所述RFID阅读器通信层包括RFID标签天线和RFID阅读器模块，RFID标签天线和RFID阅读器模块双向连接；所述LoRa无线通信层包括LoRa收发模块和LoRa网关，LoRa收发模块和LoRa网关双向连接；所述后台计算机监测中心层包括监测计算机、数据中心库以及监测人员，数据中心库设于监测计算机内；

所述RFID传感标签对所布置区域内的环境状态进行实时的监测，获取的环境状态监测数据通过预处理并按照RFID通信协议将监测数据打包成数据包，打包后的数据包通过RFID标签天线发送；

从RFID传感标签经RFID标签天线发送过来的状态监测数据包无线传输给阅读器RFID通信层的RFID阅读器模块，经RFID阅读器模块处理成符合LoRa通信协议的数据包后传输给LoRa收发模块；

所述LoRa无线通信层用于将LoRa收发模块将接收到的数据包按照LoRa通信协议和扩频技术远距离传输给LoRa网关；LoRa网关将接收到的数据包传输给后台计算机监测中心层；

所述后台计算机监测中心层将接收到的数据包即火力发电厂环境监测状态值实时的显示出来，监测人员根据监测计算机显示的环境监测状态值采取相应的行动；同时监测的火力发电厂环境监测状态值上传到数据中心库。

2.根据权利要求书1所述的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，其特征在于，RFID传感标签，包括固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签、排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签、排放气体监测单元即监测排放气体的RFID传感标签和噪声监测单元即监测噪声的RFID传感标签。

3.根据权利要求书2所述的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，其特征在于，固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签包括煤灰监测MCU控制单元、煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器、煤灰监测RFID标签存储单元和煤灰监测电源模块；煤灰监测RFID标签存储单元与RFID标签天线相连；煤灰监测RFID标签存储单元和与煤灰监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成煤灰监测RFID标签单元；煤灰监测RFID标签存储单元与煤灰监测MCU控制单元双向连接；煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器均与煤灰监测MCU控制单元双向连接；煤灰监测MCU控制单元、煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器和煤灰监测RFID标签单元均与煤灰监测电源模块连接；

煤灰监测电源模块用于给整个固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签供电；煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器分别用于感知固体煤灰的温度和湿度；煤灰监测MCU控制单元对煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器进行配置，并接受来自煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器的监测原始数据，并将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从煤灰监测MCU控制单元传送过来的数据包经煤灰监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。

4.根据权利要求书2所述的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，其特征在于，排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签包括液体监测MCU控制单元、液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器、液体监测RFID标签存储单元和液体监测电源模块；液体监测RFID标签存储单元亦与RFID标签天线相连；液体监测RFID标签存储单元和与液体监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成液体监测RFID标签单元；液体监测RFID标签存储单元与液体监测MCU控制单元双向连接；液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器均通过防水传输线与液体监测MCU控制单元双向连接；液体监测MCU控制单元、液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器和液体监测RFID标签单元均与液体监测电源模块连接；

液体监测电源模块用于给整个排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签供电，对监测液体的传感器单元利用防水传输线供电；液体监测温度传感器用于监测火力发电厂排放液体的温度，金属离子传感器用于感知火力发电厂排放液体的金属离子含量，PH值传感器用于感知火力发电厂排放液体的PH值；液体监测MCU控制单元对液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器进行配置，并接受来自液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器的监测原始数据，并将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从液体监测MCU控制单元传送过来的数据包经液体监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。

5.根据权利要求书2所述的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，其特征在于，排放气体监测单元即监测排放气体的RFID传感标签包括气体监测MCU控制单元、二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器、气体监测RFID标签存储单元和气体监测电源模块；气体监测RFID标签存储单元亦与RFID标签天线相连；气体监测RFID标签存储单元和与气体监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成气体监测RFID标签单元；气体监测RFID标签存储单元与气体监测MCU控制单元双向连接；二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器均与气体监测MCU控制单元双向连接；气体监测MCU控制单元、二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器和气体监测RFID标签单元均与气体监测电源模块连接；

气体监测电源模块用于给整个排放气体监测单元即监测排放气体的RFID传感标签供电；二氧化硫传感器用于感知火力发电厂排放气体的二氧化硫浓度，氧化氮传感器用于感知火力发电厂排放气体的氧化氮浓度，一氧化碳传感器用于感知火力发电厂排放气体的一氧化碳浓度，粉尘传感器用于感知火力发电厂排放气体的粉尘浓度；气体监测MCU控制单元对二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器进行配置，并接受来自二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器的监测原始数据，将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从气体监测MCU控制单元传送过来的数据包经气体监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。

6.根据权利要求书2所述的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，其特征在于，噪声监测单元包括噪声监测MCU控制单元、噪声传感器、噪声监测RFID标签存储单元和噪声监测电源模块；噪声监测RFID标签存储单元亦与RFID标签天线相连；噪声监测RFID标签存储单元和与噪声监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成噪声监测RFID标签单元；噪声监测RFID标签存储单元与噪声监测MCU控制单元双向连接，噪声监测MCU控制单元与噪声传感器双向连接；噪声监测MCU控制单元、噪声传感器和噪声监测RFID标签单元均与噪声监测电源模块连接；

噪声监测电源模块用于给整个噪声监测单元供电；噪声传感器用于感知监测区域的噪声值；噪声监测MCU控制单元对噪声传感器进行配置，并接受来自噪声传感器的监测原始数据，将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从噪声监测MCU控制单元传送过来的数据包经噪声监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。

7.根据权利要求书1或2所述的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测***，其特征在于，RFID阅读器模块包括电源模块和RFID阅读器，所述RFID阅读器包括RFID阅读器天线、射频基带和数字基带；RFID阅读器天线与射频基带双向连接，射频基带与数字基带双向连接；RFID阅读器通过数字基带外接LoRa无线通信层的LoRa收发模块；LoRa收发模块通过UART与RFID阅读器的数字基带连接；LoRa收发模块和RFID阅读器均与RFID阅读器模块的电源模块连接；

RFID阅读器模块的电源模块负责向RFID阅读器和LoRa收发模块供电，RFID阅读器通过RFID阅读器天线与RFID标签天线进行通信，RFID阅读器内部的数字基带部分通过UART接口与LoRa收发模块连接；RFID阅读器通过RFID阅读器天线接收来自RFID标签天线发送的数据，经射频基带传输到数字基带部分进行处理并按照LoRa通信协议打包，将处理打包好的数据通过UART接口发送给LoRa收发模块；LoRa收发模块将接受到的状态信息数据包传输给LoRa网关。