CN108399727A - 一种基于lora网络的危险气体在线监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，包括前端节点、基站、服务器、智能终端、供电单元以及报警检测装置；前端节点和基站连接，用以采集监测点的气体信息和位置信息，并进行传输；基站与服务器连接，对监测点的信号进行传送；服务器用来接收基站发送的信号，并绘制移动路线图，同步至对应的智能终端进行显示；报警检测装置，用以周期性的检测前端节点是否被移除，以及在前端节点被移除时发出警示，同步至相应的智能终端予以提示。本发明通过LORA通信进行对气体信息和位置信息传输时，避免了在局域网中需要通过2G、3G、4G或者局域网可识别的信号才能传输，从而避免产生流量费，降低使用成本。
Description
技术领域
本发明属于气体监测技术领域，尤其是涉及一种基于LORA网络的危险气体在线监测***及方法。
背景技术
化工厂、煤矿、危险气体运输等一些接触到危险气体的行业，如果无法对危险气体进行实时在线监测，一旦危险气体泄露或浓度超标都会对工作人员造成致命的伤害。不可避免产生的危险气体不仅危及在场员工的生命,而且易燃易爆,造成重大安全事故。因此研究针对危险气体的在线监测***得到了世界各国的普遍关注。
现有技术中针对危险气体的监测,主要使用危险气体检测报警器,通过检测报警器发出的报警信号来实现安全管理。比较常见的形式是对重点区域实施独立监测报警,近年来也出现了针对某一厂区(百米范围)的若干检测报警器实施局部管理的新思路。而对于危险气体运输的监测通常采用传感器采集、卫星定位，然后通过电信通信网络进行信息传送。
现有技术的不足之处在于，局域网抗遮挡性能差，监测范围过小，相对成熟的广域范围危险气体监测***尚未诞生；通讯模块长时间处于打开状态，功耗比较高，导致待机时间过短；传输传感器信息和位置信息时，通过2G、3G、4G或者局域网可识别的信号，占用了大量电信资源，并且需要支付昂贵的流量费，这给用户带来极大的经济压力，限制了该技术的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，以解决监测范围过小、功耗比较高、会产生流量费的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，包括前端节点、基站、服务器、智能终端和供电单元；
所述前端节点和基站连接，用以采集监测点的气体信息和位置信息，并把采集到的气体信息和位置信息转换为LORA信号，并根据第一通讯协议对LORA信号进行传输；
所述基站与服务器连接，把LORA信号转换为互联网信号，并根据第二通讯协议对互联网信号进行传送；
所述服务器用来接收基站发送的互联网信号，并根据同一个前端节点产生的多个LORA信号绘制移动路线图，同步至对应的智能终端进行显示；
所述供电单元，用以给所述前端节点提供电能。
进一步的，还包括报警检测装置，所述报警检测装置，用以周期性的检测前端节点是否被移除，以及在前端节点被移除时发出警示，并通过服务器生成报警信息，同步至相应的智能终端予以提示。
进一步的，所述前端节点包括前端控制单元、以及与所述前端控制单元连接的采集单元、GNSS***、加速度传感器以及前端LORA模块；
所述加速度传感器，用来检测所述前端节点是否有运动变化；
所述GNSS***，用来根据控制单元发出的控制信号对所述前端节点进行定位，获取位置信息；
所述采集单元为具有在线检测功能的有毒或易燃气体检测仪，用来采集监测点气体信息；
所述前端LORA模块，用于把气体信息和位置信息转换为LORA信号并进行传输；
所述前端控制单元用于当检测到有运动变化时发出控制信号，并将气体信息和位置信息由前端LORA模块发送至所述基站。
进一步的，所述前端控制单元为STM32F103RCT6芯片。
进一步的，所述前端LORA模块包括发送射频信号的第一射频信号发送模块、接收射频信号的第一射频信号接收模块和第一射频天线；第一射频信号发送模块与第一射频天线连接，发送所述前端控制单元处理后的数据；第一射频信号接收模块与第一射频天线连接，接收发送来的LORA信号；所述第一射频天线，作为第一射频信号发送模块的发送窗口和第一射频信号接收模块的接收窗口。
进一步的，所述基站包括基站LORA模块、基站控制单元和互联网模块；基站控制单元与互联网信号模块连接，通过TCP/IP转换进行数据交互；基站LORA模块与基站控制单元连接，通过SPI进行数据交互；所述基站LORA模块与前端LORA模块进行数据传输；互联网模块，用以将基站LORA模块接收到的LORA信号发送至所述服务器进行处理；基站控制单元，用以处理基站LORA模块和互联网模块接收到的信息。
进一步的，所述基站LORA模块包括第二射频信号发送模块、第二射频信号接收模块、第二射频天线和射频信号处理模块；射频信号处理模块包括高频射频信号处理模块和低频射频信号处理模块，可以分别处理高频信号和低频信；第二射频信号发送模块，用来发送所述基站控制单元处理后的数据；第二射频信号接收模块，用来接收所述第一射频信号发送模块发送的LORA信号；第二射频天线，作为第二射频信号发送模块的发送窗口和第二射频信号接收模块的接收窗口。
进一步的，所述报警检测装置周期性的向前端控制单元发出检测信号，前端控制单元在接收到信号后反馈一控制信号给报警检测装置，当报警检测装置未接收到反馈信号时，报警检测装置发出警示，并通过上报服务器在智能终端予以提示。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***具有以下优势：
(1)本发明通过LORA通信进行对气体信息和位置信息传输时，避免了在局域网中需要通过2G、3G、4G或者局域网可识别的信号才能传输，从而避免产生流量费，降低使用成本；
(2)本发明的LORA通信的网络覆盖能力较强，范围较广；
(3)本发明通过第一通讯协议实现前端节点的第一LORA模块的实时打开和关闭，功耗得到了降低，使待机时间有效加长。
本发明的另一目的在于提出一种基于LORA网络的危险气体在线监测方法，以解决监测范围过小、功耗比较高、会产生流量费的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于LORA网络的危险气体在线监测方法，具体包括如下步骤：
(1)前端节点采集监测点的气体信息和位置信息，并把采集到的气体信息和位置信息经前端控制单元转换为LORA信号，前端LORA模块根据第一通讯协议对所述LORA信息进行传输；
(2)基站将接收到的各个前端节点的LORA信息经基站控制单元处理后转换为互联网信息，互联网模块根据第二通讯协议对所述互联网信息进行传输；
(3)服务器把接收到的基站发送的互联网信息进行存储、分析和汇总,并根据同一个前端节点产生的多个LORA信号绘制前端节点移动路线图，同步至对应的智能终端进行显示。
本发明所述的一种基于LORA网络的危险气体在线监测方法与上述一种基于LORA网络的危险气体在线监测***具有的有益效果相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***的结构示意图；
图2为本发明前端节点的运作流程示意图；
图3为本发明基站的运作流程示意图；
图4为本发明服务器运作流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本实施例中的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，包括前端节点、基站、服务器、智能端、供电单元以及报警检测装置。前端节点和基站连接，用以采集监测点的气体信息和位置信息，并把采集到的气体信息和位置信息转换为LORA信号，并根据第一通讯协议对LORA信号进行传输；基站与服务器连接，把LORA信号转换为互联网信号，并根据第二通讯协议对互联网信号进行传送；服务器用来接收基站发送的互联网信号，进行存储、分析和汇总，并根据同一个前端节点产生的多个所述LORA信号绘制移动路线图，同步至对应的智能端进行显示；报警检测装置，用以周期性的检测前端节点是否被移除，以及在前端节点被移除时发出警示，并通过服务器生成报警信息，同步至相应的智能端予以提示，通过报警检测装置实现了防盗、防丢失。报警检测装置周期性的向前端控制单元发生检测信号，主控芯片在接收到信号后反馈一控制信号给报警检测装置，当报警检测装置未接收到反馈信号时，报警检测装置发出警示，警示的形式可以是蜂鸣声，也可以是强弱光照变化，还可以是现有技术中的其他警示形式，并通过上报服务器在智能终端予以提示，实现双重保险；供电单元，用以给所述前端节点提供电能。
具体的，气体信息是指采集单元采集到的监测点危险气体的气体种类和浓度；位置信息是指具有具体指向性的信息，即前端节点所处位置的坐标,通过服务器的处理可得到所处的街道、路线以及方位等,通过上述信息人员可以判断出监测点所处的位置或者到达监测点的走法。第一通讯协议定义了前端节点与基站在信息传输过程中需要遵循的规则。LORA信号是指含有气体信息并且还含有位置特征的信息。第二通讯协议定义了基站和服务器在信息传输过程中需要遵循的规则。实际运行中，通过第一通讯协议确定一通讯模式，并且当通过采集单元采集到气体信息和通过GNNS***获取位置信息后,通过确定的传输方式将LORA信号上传至基站；在基站转换为互联网信号后，上传至服务器，在服务器上进行数据的处理。
如图2所示，作为本实施例中优选的,所述前端节点的运行流程为：前端节点上电启动，初始化前端LORA模块第一射频信号收发模块，向服务器发送设备登录信息，判断是否成功收到服务器反馈的成功登陆信息，若登陆失败，则延时一段时间再次发送设备登录信息。若登陆成功，采集单元和GNSS***分别对监测点的气体信息和位置信息进行采集和获取，对位置信息进行保存，此时通过加速度传感器检测前端节点是否有运动变化，只有当前端节点出现移动时才会触发GNSS***进行位置信息的采集，进一步节省了电量,降低了功耗,提升了前端节点的待机时间；并且避免采集到重复的位置信息，提高了GNSS***采集的效率；前端控制单元把获取的位置信息和气体信息进行打包，发送至前端LORA模块，由前端LORA模块的第一射频信号模块按照第一通讯协议把待发送的数据通过第一射频天线发送出去。前端控制单元为前端节点的中枢,其实时对各个功能元件进行控制,达到了智能化和省电的目的。
如图3所示，作为本实施例中优选的，所述基站的运行流程为：
当第二射频天线接收前端节点发来的LORA信号时，传送至第二射频信号接收模块，经射频处理模块处理后，通过SPI通信的方法与基站控制模块进行数据交互，所述LORA信号经TCP/IP转换后变成互联网信号，互联网信号经互联网模块根据第二通讯协议将数据发送到服务器。当互联网模块接收到服务器发来的指令时，传送到基站控制模块进行TCP/IP转换，将互联网信号转换为LORA信号，通过SPI通讯的方法与射频处理模块进行数据交互，经射频处理模块处理过的数据发送至第二射频信号发送模块，由第二射频天线按照第一通讯协议将数据发送到前端节点。
如图4所示，作为本实施例中优选的，所述服务器的运行流程为：服务器接收到基站的互联网信息，对所述互联网信息进行存储，服务器从该互联网信息提取气体信息和位置信息,根据气体信息分析监测点危险气体的种类和浓度，以及对人体和环境的危害程度，并生成相信的数据指标；根据位置信息确定监测点具体的坐标,并调取该坐标对应的地图、周围的场景、周围标志性的建筑物或者其他具有指向性的标识等,并把分析后的气体信息和位置信息汇总，同步到智能终端进行显示,便于人员直观的判断监测点的状况和位置，及时发现险情。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，其特征在于：包括前端节点、基站、服务器、智能终端和供电单元；
所述前端节点和基站连接，用以采集监测点的气体信息和位置信息，并把采集到的气体信息和位置信息转换为LORA信号，并根据第一通讯协议对LORA信号进行传输；
所述基站与服务器连接，把LORA信号转换为互联网信号，并根据第二通讯协议对互联网信号进行传送；
所述服务器用来接收基站发送的互联网信号，并根据同一个前端节点产生的多个LORA信号绘制移动路线图，同步至对应的智能终端进行显示；
所述供电单元，用以给所述前端节点提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，其特征在于：还包括报警检测装置，所述报警检测装置，用以周期性的检测前端节点是否被移除，以及在前端节点被移除时发出警示，并通过服务器生成报警信息，同步至相应的智能终端予以提示。
3.根据权利要求1所述的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，其特征在于：所述前端节点包括前端控制单元、以及与所述前端控制单元连接的采集单元、GNSS***、加速度传感器以及前端LORA模块；
所述加速度传感器，用来检测所述前端节点是否有运动变化；
所述GNSS***，用来根据控制单元发出的控制信号对所述前端节点进行定位，获取位置信息；
所述采集单元为具有在线检测功能的有毒或易燃气体检测仪，用来采集监测点气体信息；
所述前端LORA模块，用于把气体信息和位置信息转换为LORA信号并进行传输；
所述前端控制单元用于当检测到有运动变化时发出控制信号，并将气体信息和位置信息由前端LORA模块发送至所述基站。
4.根据权利要求3所述的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，其特征在于：所述前端控制单元为STM32F103RCT6芯片。
5.根据权利要求3所述的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，其特征在于：所述前端LORA模块包括发送射频信号的第一射频信号发送模块、接收射频信号的第一射频信号接收模块和第一射频天线；第一射频信号发送模块与第一射频天线连接，发送所述前端控制单元处理后的数据；第一射频信号接收模块与第一射频天线连接，接收发送来的LORA信号；所述第一射频天线，作为第一射频信号发送模块的发送窗口和第一射频信号接收模块的接收窗口。
6.根据权利要求1所述的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，其特征在于：所述基站包括基站LORA模块、基站控制单元和互联网模块；基站控制单元与互联网信号模块连接，通过TCP/IP转换进行数据交互；基站LORA模块与基站控制单元连接，通过SPI进行数据交互；所述基站LORA模块与前端LORA模块进行数据传输；互联网模块，用以将基站LORA模块接收到的LORA信号发送至所述服务器进行处理；基站控制单元，用以处理基站LORA模块和互联网模块接收到的信息。
7.根据权利要求6所述的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，其特征在于：所述基站LORA模块包括第二射频信号发送模块、第二射频信号接收模块、第二射频天线和射频信号处理模块；射频信号处理模块包括高频射频信号处理模块和低频射频信号处理模块，可以分别处理高频信号和低频信；第二射频信号发送模块，用来发送所述基站控制单元处理后的数据；第二射频信号接收模块，用来接收所述第一射频信号发送模块发送的LORA信号；第二射频天线，作为第二射频信号发送模块的发送窗口和第二射频信号接收模块的接收窗口。
8.根据权利要求2所述的一种基于LORA网络的危险气体在线监测***，其特征在于：所述报警检测装置周期性的向前端控制单元发出检测信号，前端控制单元在接收到信号后反馈一控制信号给报警检测装置，当报警检测装置未接收到反馈信号时，报警检测装置发出警示，并通过上报服务器在智能终端予以提示。
9.一种基于LORA网络的危险气体在线监测方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
(1)前端节点采集监测点的气体信息和位置信息，并把采集到的气体信息和位置信息经前端控制单元转换为LORA信号，前端LORA模块根据第一通讯协议对所述LORA信息进行传输；
(2)基站将接收到的各个前端节点的LORA信息经基站控制单元处理后转换为互联网信息，互联网模块根据第二通讯协议对所述互联网信息进行传输；
(3)服务器把接收到的基站发送的互联网信息进行存储、分析和汇总,并根据同一个前端节点产生的多个LORA信号绘制前端节点移动路线图，同步至对应的智能终端进行显示。
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