CN110749352B - 一种基于nb-iot的堆砌物称重与温湿度监控地垫及监控方法 - Google Patents
一种基于nb-iot的堆砌物称重与温湿度监控地垫及监控方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于NB‑IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫,包括地垫、拼接单元与地垫主机,所述拼接单元包括压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块,所述地垫主机包括供电模块、电源管理模块、CPU计算模块和NB‑IOT通讯模块;所述压力转换模块为若干分布式薄膜式压力传感器,压力传感器输出接滤波与放大电路,用于将电信号经放大及滤波处理后传输至CPU计算模块;压力传感器也用于感应放置于电子秤的重物,将重力转换为电压模拟信号;所述温度采样模块,内设温度敏感芯片或传感器,采集原始数据,并传输到CPU计算模块;MCU接收温度采集芯片传输的原始数据,传输到NB‑IOT通讯模块,用于采集堆砌物的实时温度,可根据实际需求设置温度采样模块个数。
Description
技术领域
本发明涉及物料管理技术领域,具体为一种基于NB-IOT物联网技术+压力传感器技术以及温湿度传感器技术的智能物料监控管理技术。
背景技术
新型IoT连接都是工业物联网(IIoT)解决方案,需要低功耗广域网(LPWA)技术为低带宽解决方案提供高效连接、无处不在的覆盖和具有竞争性的服务付费模式。工业物联网应用可能还需要在远程环境实现无缝覆盖,在这样的环境中始终保持连接会耗电,并缩短解决方案的寿命,同样的解决方案如果在现场则可运行十年或更长时间。窄带物联网(NB-IoT)技术是一个有前景的解决方案。
窄带物联网(NB-IoT)是2016年由3GPP标准化的一项新无线技术。它作为LPWA技术迅速崛起,支持大量新型工业物联网IIoT设备,包括智能停车场、公用设施、可穿戴设备和工业解决方案。这是由于它能够有效连接大型设备群,每个NB-IoT网络蜂窝基站可支持多达5万个设备,同时很大限度地降低了功耗,并覆盖了传统蜂窝技术无法到达的区域。
NB-IoT大大提高了网络效率,能够仅使用一部分可用频谱就能支持大量新连接。NB-IoT的高网络效率还很大限度降低了功耗,使电池的使用寿命可以超过10年。此外,NB-IoT可深入地下并渗透入封闭空间,提供20+dB的室内覆盖。
NB-IoT底层技术没有传统蜂窝模块复杂,简化了OEM的设计、开发和部署。同时,它提供了与LTE移动网络相同的可靠且真实的安全和隐私功能,包括对用户身份机密性、实体身份验证、数据完整性和移动设备识别的支持。
NB-IoT在物联网应用中的优势显著,为传统蜂窝网技术及蓝牙、Wi-Fi等短距离传输技术所无法比拟。首先其覆盖更广,在同样的频段下,NB-IOT比现有网络增益20dB,覆盖面积扩大100倍。
其次是对海量连接的支撑能力,NB-IOT一个扇区能够支持10万个连接。目前全球有约500万个物理站点,假设全部部署NB-IOT、每个站点三个扇区,那么可以接入的物联网终端数将高达4500亿个。
同时NB-IOT的功耗更低,仅为2G的1/10,终端模块的待机时间可长达10年。在成本上也将更低,模块成本有望降至5美元之内。未来随着市场发展带来的规模效应和技术演进,功耗和成本还有望进一步降低。
此外,在支持大数据方面,NB-IoT连接所收集的数据可以直接上传云端,而蓝牙、Wi-Fi等技术则没有这样的便利。
在工厂、工地等场所存在着多种多样的堆砌物,所述的堆砌物如:玉石、煤堆、废料、垃圾等不规则形状与大小的物料。对于管理者来说,这些堆砌物也需要掌控。
而经过调查,堆砌物管理(尤其是涉及到散料的物流、运输、计量、库存管理等)主要存在以下难点:
1.堆砌物占地面积较大,随着物品的堆叠,占地面积也随之增加;
2.一般情况下管理者对进出物料有登记与记录,但对于现存的物料总库没有监控与进出料数量一致性的验证;
3.堆砌物的场所一般恶劣,且在户外难以供电,有些堆砌物如:煤等为避免火灾监测设备不易通电;
4.堆砌物的场所一般在户外给网络搭建以及数据传输带来一定困难;
5.同样因所述堆砌物的场所一般在户外,给安保工作带来极大的挑战;
6.所述堆砌物有些是易燃物品(在些化学原材料等),需要对其温度进行监控,起到预防火灾,避免不必要的经济损失;
7.所述堆砌物有些需要防潮,因此需要对湿度进行监控与预警。
故而对堆砌物状况的监控与监管在不少领域是极其重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物(散料)状况的监控方法及监控设备,尤其是称重与温湿度监控地垫,以解决所述背景技术中提到的相关问题。该地垫设备采用NB-IOT无线物联网通讯方式,通过拼接的方式使得本设备占地面积大于监测堆砌物的所需面积,可根据需求自定义布置监测温湿度监控点位与个数,所述地垫设备采用电池供电的方式,避免因电线短路造成火灾的发生,并且能向云端管理服务器发送总重量、温湿度相关数据,云端服务器将分析与统计的结果反馈到管理者手机APP上,在管理者手机APP上具有对应堆砌物真实情况的统计分析图表,管理者手机APP会根据终端地垫设备上传至云端服务器的相关数据,实现动态更新显示图表分析结果与异常情况报警等功能。
本发明是通过以下技术方案实现的:一种基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫,包括地垫、拼接单元与地垫主机,所述拼接单元包括压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块,所述地垫主机包括供电模块、电源管理模块、CPU计算模块和NB-IOT通讯模块;压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块连接至CPU计算模块和NB-IOT通讯模块;
所述压力转换模块为若干分布式薄膜式压力传感器,压力传感器输出接滤波与放大电路,用于将电信号经放大及滤波处理后传输至CPU计算模块;
压力传感器也用于感应放置于电子秤的重物,将重力转换为电压模拟信号;
所述温度采样模块,内设温度敏感芯片或传感器(温敏电阻或二极管),采集原始(二进制)数据,并传输到CPU计算模块(MCU);CPU计算模块(MCU)接收温度采集芯片传输的原始数据,直接传输或经计算得到的(通过公式计算得到真实的温度数值),并将计算得到的数据传输到NB-IOT通讯模块,用于采集堆砌物的实时温度,可根据实际需求设置温度采样模块个数,并非所有拼接单元都需要温度采样模块。
所述湿度采样模块,内设湿度采集芯片,湿度原始二进制数据,并传输到MCU;MCU接收湿度采集芯片传输的原始数据,通过公式计算得到相对湿度数值,并将计算得到的数据传输到所述NB-IOT通讯模块可根据实际需求设置湿度采样模块个数,并非所有拼接单元都需要湿度采样模块。
地垫采用织物、不织布、橡塑层状材料垫,压力转换模块为薄膜式按均匀面积分布在层状材料垫的内部或垫的下层,温度采样模块和湿度采样模块在层状材料垫的中央分布一二,湿度采样模块布置层状材料垫上开设的透气膜窗口下面。
所述供电模块包括电源和电源转换器,所述电源转换器用于为电源进行变压,并向CPU计算电路输出适合于CPU的电压。
所述拼接单元的尺寸与形状可根据需求定制化设计,拼接数量也可根据需求评估最优的数量。
基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫进行监控的方法,
所述CPU计算模块用于计算出堆砌物总重量(通过每个单元的估值或建模计算获得);
所述NB-IOT通讯模块将接收到的总重量、温度和相对湿度数据解析成无线信号,使用天线通过无线网络发送到云端服务器。
应用所述基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫的方法:地垫内的压力传感器检测压力数值变化情况,当压力变化超过设定阈值后,则CPU计算模块通过NB-IOT收发模块向外发送信号,通知云端服务器总重量的最新数值;云端服务器通过分析形成图表数据发送至管理者手机APP上,实现数据堆砌物重量监控的实时更新。所述温湿度监控则是预先设定一定时间间隔对堆砌物进行温湿度测量,通过NB-IOT收发模块向外发送信号,通知云端服务器温湿度的最新数值,云端服务器通过分析形成图表数据发送至管理者手机APP上,管理者可查看历史信息、温湿度趋势图、监控点分布信息以及平均温湿度信息。
优选的,所述***还包括升级检测模块,电子压力称重***启动时,所述升级检测模块检测是否有新Flash要求加载到CPU计算模块内,如果有,则启动升级功能,完成CPU计算模块的更新。
所述压力转换电路还包括校准电路和去皮电路,所述校准电路用于对所述***进行调零校准;所述去皮电路用于控制压力转换电路的输出电压,使得最后的称重中减去了所述***本身的重量。
所述地垫主机中设有电池供电方式,避免每个拼接单元(传感单元)独立供电,便于更换电池与维修。地垫主机采用NBIOT联网工作,可以适应苛刻的环境,监控的可靠性好。每个本发明装置就是一计量与多元状态监管的小仓库。
地垫设备采用NB-IOT无线物联网通讯方式,通过拼接的方式使得本设备占地面积大于监测堆砌物的所需面积,可根据需求自定义布置监测温湿度监控点位与个数,所述地垫设备采用电池供电的方式,避免因电线短路造成火灾的发生,并且能向云端管理服务器发送总重量、温湿度相关数据,
所述电源管理模块控制电源在供电状态下,当压力转换、重力感应模块(电子秤)空闲时,CPU计算模块进入休眠模式,当压力转换、重力感应模块(电子秤)数据变化时,CPU计算模块进入工作模式。
与现有技术相比,本发明的有益效果:本发明包括升级检测模块可以随时进行***的维护和升级,压力转换电路内置调零校准电路,可以随时进行调零校准,精度更高,操作更方便;本发明可以对重量较大、形状不规则的堆砌物进行分散称重求和处理,本发明可以与进出货数据进行对比分析,检查物料进出与存货的数据一致性;本发明采用电池供电方式,可以在不方便通电的场地使用,降低火灾等风险;本发明采用NB-IOT无线物联网通讯,无需自建网络,国家授信网络,提高网络传输的安全性;本发明可以实现异常情况报警,有效防止盗窃、火灾(如煤炭、焦炭等需要温度监控)以及石灰还需要防潮(堆垛的覆盖层不能透漏的监控)等风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1拼接单元编号示意图与地垫主机相连
图2各个模块的分布情况示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范图。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例一
如图1所示,本发明一种基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控拼接式地垫,包括拼接单元与地垫主机,所述拼接单元包括压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块,所述地垫主机包括供电模块、电源管理模块、重力感应模块、CPU计算模块和NB-IOT通讯模块;
所述拼接单元尺寸为100x100x20cm,拼接单元内设压力转换模块型号为HX712,包括滤波电路,用于将电信号经放大及滤波处理后传输至CPU计算模块;
所述数据传输单元用于传输拼接单元数据至地垫主机的CPU计算模块;
所述地垫主机中重力感应模块(型号为DYLF-102)包括压力传感器,用于感应放置于电子秤的重物,将重力转换为电压模拟信号;
所述CPU计算模块(型号为STM32L433RCT6)用于计算出重物重量;
所述电源管理模块控制电源在上电状态下,当电子秤空闲时,CPU计算模块进入休眠模式,当电子秤数值变化超过设定阙值时,CPU计算模块进入工作模式;
所述NB-IOT通讯模块(型号为M5311)将接收到的总重量、温度和相对湿度数据解析成无线信号,使用天线通过无线网络发送到云端服务器。
工作时,当有堆砌物放置在地垫上时的压力变化情况,当压力变化超过设定阈值后,所述地垫主机认为有堆砌物放置或拖走,则地垫主机通过NB-IOT收发模块向外发送信号,通知云端服务器堆砌物总重量有变化;由云端服务器发送信息至管理员手机APP上,管理员可以与进出货的重量与总重量的变化进行对比核验。管理者可以对每一次的进出货进行记录,云端服务器可以提供统计与报表服务。上述功能同样可以作为安防功能使用,如果数据异常时,云端服务器会向管理者和安防人员的手机发送预警信息,例如:非工作时间堆砌物的总重量发生变化,很有可能发生盗窃事件,安防人员收到信息后第一时间去现场查看。
实施例二
如图2所示,本发明一种基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫,包括拼接单元与地垫主机,所述拼接单元中的温度采样模块并不需要每一个拼接单元都放置温度采样模块,所述拼接单元中预留温度采样模块卡槽,根据堆砌物实际情况决定温度采样模块个数与具***置。
所述温度检测传感器采用SHT30,SHT30通过I2C接口与MCU连接,接口与地垫主机连接,工作时,当压温度超过设定阈值后,地垫主机认为是一种危险状态,则通过NB-IOT收发模块向外发送信号,告知云端服务器温度异常。由云端服务器向管理者和相关人员手机APP发送预警信息,同时可以设定时间范围(例如十分钟,上传一次监测温度数据),云端服务器可以统计一段时间内的温度变化趋势。
实施例三
如图2所示,本发明一种基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫,包括拼接单元与地垫主机,所述拼接单元中的湿度采样模块并不需要每一个拼接单元都放置湿度采样模块,所述拼接单元中预留湿度采样模块卡槽,根据堆砌物实际情况决定湿度采样模块个数与具***置。
所述湿度采样模块型号为SHT30,SHT30通过I2C接口与MCU连接,接口与地垫主机连接。工作时,当湿度超过设定阈值后,地垫主机认为是一种危险状态,则通过NB-IOT收发模块向外发送信号,告知云端服务器湿度异常。由云端服务器向管理者和相关人员手机APP发送预警信息,同时可以设定时间范围(例如十分钟,上传一次监测湿度数据),云端服务器可以统计一段时间内的湿度变化趋势。
Claims (6)
1.一种基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫,其特征是,包括地垫、拼接单元与地垫主机,所述拼接单元包括压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块,所述地垫主机包括供电模块、电源管理模块、CPU计算模块和NB-IOT通讯模块;压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块连接至CPU计算模块和NB-IOT通讯模块;
所述压力转换模块为若干分布式薄膜式压力传感器,压力传感器输出接滤波与放大电路,用于将电信号经放大及滤波处理后传输至CPU计算模块;
压力传感器也用于感应放置于电子秤的重物,将重力转换为电压模拟信号;
所述温度采样模块,内设温度敏感芯片或传感器,采集原始数据,并传输到CPU计算模块;CPU计算模块接收温度采集芯片传输的原始数据,直接传输或经计算得到的数据传输到NB-IOT通讯模块,用于采集堆砌物的实时温度,根据实际需求设置温度采样模块个数;
所述湿度采样模块,内设湿度采集芯片,湿度原始二进制数据,并传输到MCU;MCU接收湿度采集芯片传输的原始数据,通过公式计算得到相对湿度数值,并将计算得到的数据传输到所述NB-IOT通讯模块可根据实际需求设置湿度采样模块个数;
地垫采用织物、不织布、橡塑层状材料垫,压力转换模块为薄膜式按均匀面积分布在层状材料垫的内部或垫的下层,温度采样模块和湿度采样模块在层状材料垫的中央分布一二,湿度采样模块布置层状材料垫上开设的透气膜窗口下面;
所述CPU计算模块用于计算出堆砌物总重量;
所述NB-IOT通讯模块将接收到的总重量、温度和相对湿度数据解析成无线信号,使用天线通过无线网络发送到云端服务器;云端服务器将分析与统计的结果反馈到管理者手机APP上,在管理者手机APP上具有对应堆砌物真实情况的统计分析图表,管理者手机APP会根据终端地垫设备上传至云端服务器的相关数据,实现动态更新显示图表分析结果与异常情况报警功能;
地垫内的压力传感器检测压力数值变化情况,当压力变化超过设定阈值后,则CPU计算模块通过NB-IOT收发模块向外发送信号,通知云端服务器总重量的最新数值;云端服务器通过分析形成图表数据发送至管理者手机APP上,实现数据堆砌物重量监控的实时更新;
所述地垫主机中设有电池供电方式,每个拼接单元独立供电,便于更换电池与维修;所述电源管理模块控制电源在供电状态下,当压力转换、重力感应模块空闲时,CPU计算模块进入休眠模式,当压力转换、重力感应模块数据变化时,CPU计算模块进入工作模式。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫,其特征是,所述供电模块包括电源和电源转换器,所述电源转换器用于为电源进行变压,并向CPU计算电路输出适合于CPU的电压。
3.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫,其特征是,所述拼接单元的尺寸与形状根据需求定制化设计,拼接数量根据需求评估的数量。
4.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫,其特征是,所述温湿度监控则是预先设定一定时间间隔对堆砌物进行温湿度测量,通过NB-IOT收发模块向外发送信号,通知云端服务器温湿度的最新数值,云端服务器通过分析形成图表数据发送至管理者手机APP上,管理者查看历史信息、温湿度趋势图、监控点分布信息以及平均温湿度信息。
5.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫,其特征是,还设有升级检测模块,电子压力称重***启动时,所述升级检测模块检测是否有新Flash要求加载到CPU计算模块内,如果有,则启动升级功能,完成CPU计算模块的更新。
6.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫,其特征是,所述压力转换模块还包括校准电路和去皮电路,所述校准电路用于对电子压力称重***进行调零校准;所述去皮电路用于控制压力转换电路的输出电压,使得最后的称重中减去了所述电子压力称重***本身的重量。
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基于ARM9的粮仓环境监测***关键技术研究与实现;孙茜莉;《中国优秀硕士论文全文数据库 信息科技辑》;20140615(第06期);第I140-597页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN110749352A (zh) | 2020-02-04 |
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