一種基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點的製作方法
2023-09-23 05:26:55 1
專利名稱:一種基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點，採用低功耗、超遠距離的LoRa技術通信，太陽能供電的一體化設備，涉及到土木施工安全監測行業領域。採集器內置LoRa通信模塊，該LoRa通信模塊與微控制器的UART埠相連；LoRa通信模塊與LoRa基站無線連接，LoRa通信模塊將數據無線發送至LoRa基站；該一體化監測測斜採集節點內設計有傾角傳感器、信號調理電路，傾角傳感器與信號調理電路相連，信號調理電路與微控制器的模數轉換器埠相連。本實用新型利用LoRa技術低功耗、超長距離等優點，解決了現有有線傳輸、ZIGBEE無線傳輸等傳統方法的不足。
【專利說明】
一種基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點，採用低功耗、超遠距離的LoRa技術通信，太陽能供電的一體化設備，涉及到土木施工安全監測行業領域。
【背景技術】
[0002]目前在基坑施工、尾礦庫安全監測等領域，土體、壩體的位移變化是一個重要的監測對象，其中分為外部位移和內部位移，外部位移可通過GPS、全站儀等方法實現測量，而內部位移主要通過杆式測斜儀進行測量。基本原理是:杆式測斜儀的長度固定，通過傾斜角度的變化，通過三角函數的關係計算水平位移L=Len*Sin(a)，其中Len為測斜儀的長度，α為傾斜角度。
[0003]傳統測斜採集系統採用手持式設備或多通道設備進行採集或系統集成，由於功耗、數據傳輸等限制，此類採集系統主要採用RS485輸出，使用時需要布設電纜進行系統集成。而近年來出現了採用ZIGBEE通信的測斜採集產品，可免去布線的工作，但同時ZIBEE在傳輸距離、傳輸速率、以及多層組網時穩定性等問題也隨之而來。
[0004]上述傳統採集系統存在以下的不足:
[0005]首先傳統測斜採集系統複雜程度較高，因為採集模塊功能單一，按照功能拼湊進行實現。接口方式和協議的兼容性也存在差異，進一步增加了系統的複雜程度和維護成本。由於傳統測斜採集的系統供電、數據傳輸等要求，需要使用電纜、光纖、網線等有線方式進行布設，施工難度較大，且增加一定材料成本。
[0006]綜上所述，ZIGBEE無線通信方式存在無法實現遠距離、多層組網穩定性不足等缺點，且系統內部的數據還需通過第三方傳輸設備傳輸至伺服器。
[0007]傳統的測斜採集系統、噪聲採集系統、振動採集系統、振弦採集系統在安裝便捷性、遠距離傳輸、系統供電、數據傳輸等方面存在一定的局限性，難以滿足特定工況下的要求。
【發明內容】
[0008]本實用新型目的在於提供一種基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點，從而解決以下幾點技術問題:(I)實現無線傳輸，避免現場布線的難度和成本；(2)實現太陽能供電，避免其他供電方式的不利影響;3)實現數據的定時採集和內部存儲。
[0009]本實用新型為了實現上述技術目的，採用如下技術方案:
[0010]一種基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點，採集節點內置LoRa通信模塊，該LoRa通信模塊與微控制器的UART埠相連；
[00?1 ] LoRa通信模塊與LoRa基站無線連接，LoRa通信模塊將數據無線發送至LoRa基站；
[0012]該一體化監測測斜採集節點內設計有傾角傳感器、信號調理電路，傾角傳感器與信號調理電路相連，信號調理電路與微控制器的模數轉換器埠相連。
[0013]進一步的，該一體化監測測斜採集節點內設計有太陽能板、鋰電池，太陽能板與鋰電池相連，鋰電池與微控制器連接。
[0014]進一步的，該一體化監測測斜採集節點內設計有實時時鐘電路，實時時鐘電路與微控制器的IIC總線埠相連。
[0015]進一步的，該一體化監測測斜採集節點內設計有數據存儲器電路，數據存儲器電路與微控制器的串行外設接口埠相連。
[0016]LoRa是一種低能耗、遠距離的廣域網技術，與其他無線系統相比，LoRa使用擴頻調製技術，可解調低於20 dB的噪聲。確保了高靈敏度、可靠的網絡連接，同時提高了網絡效率並消除了幹擾。而相比於網狀網絡，LoRa的星形拓撲結構消除了同步開銷和跳數，因而降低了功耗並可允許多個並發應用程式在網絡上運行。同時，LoRa技術實現的通信距離比其他無線協議都要長得多。
[0017]為滿足無線傳輸的要求，本設計採用的方案是:使用LoRa無線模塊，微控制器通過控制LoRa模塊，將採集到的數據進行上報。微控制器與無線模塊之間的接口採用異步通信的方式，當不要數據通信時，微控制器可自動關閉無線模塊的電源，以降低系統的整體功耗。
[0018]實現的基本方案是:微型控制器產生一系列的脈衝激勵信號，使得傾角傳感器內部鋼弦產生自由振蕩，由鋼弦自由振蕩產生的振弦信號經過調理電路後，輸入到模擬數字轉換器中進行數值化採集，微型控制器通過對數值化採集的數據進行計算，得到振弦傳感器的頻率參數，以實現振弦數據採集的功能。
[0019]採集模塊電源設計方案是，使用可充電鋰電池作為主電源，並設計充電控制電路，充電源太陽能板，當有光照時，太陽能板通過充電控制電路對鋰電池進行充電，無光照時，採集模塊通過鋰電池進行工作。
[0020]本實用新型的有益效果:
[0021]綜上所述，一體化振弦採集節點內部設計有振弦採集電路、LoRa通信模塊、實時時鐘、存儲器等，通過微型控制器的自動控制，可實現振弦傳感器採集、並通過LoRa通信模塊無線進行傳輸，且系統是鋰電池供電、太陽能充電的裝置，因此可實現完全無線布點、智能採集的功能，彌補了傳統監測系統中不足。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型的功能結構框圖；
[0023]圖2是本實用新型採集節點實際安裝示意圖；
[0024]圖2中:Il-LoRa天線；12-太陽能板；13-—體化測斜採集節點；14-安裝平臺；15-安裝支架。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖1、2對本實用新型進行詳細描述:
[0026]一種基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點，採集節點內置LoRa通信模塊8，該LoRa通信模塊8與微控制器4的UART埠相連；
[0027]LoRa通信模塊8與LoRa基站9無線連接，LoRa通信模塊8將數據無線發送至LoRa基站9;
[0028]該一體化監測測斜採集節點內設計有傾角傳感器1、信號調理電路2，傾角傳感器I與信號調理電路2相連，信號調理電路2與微控制器4的模數轉換器埠相連。
[0029]該一體化監測測斜採集節點內設計有太陽能板7、鋰電池3，太陽能板7與鋰電池3相連，鋰電池3與微控制器4連接。
[0030]該一體化監測測斜採集節點內設計有實時時鐘電路5，實時時鐘電路5與微控制器4的IIC總線埠相連。
[0031]該一體化監測測斜採集節點內設計有數據存儲器電路6，數據存儲器電路6與微控制器4的串行外設接口埠相連。
[0032]將一體化測斜採集節點13安裝固定於離地面有一定高度的安裝平臺14與安裝支架15上，安裝完畢後調整LoRa天線11、太陽能板12額定角度和位置。
[0033]打開一體化測斜採集節點的電源開關，此時採集模塊自動獲取無線網絡地址，並進行數據通信。
[0034]—體化測斜採集節點使用的天線應儘量遠離大面積的金屬平面及地面，安裝設備時，要使天線距離金屬管或者金屬平面至少10cm，安裝位置至少離地面I米以上。並儘量減少天線之間的障礙物。
[0035]現場安裝時，應將太陽能板朝向正南方向(夏季稍偏西，冬季稍偏東)，一般傾斜角為45度角(現場依據實際情況，可稍微調整)，因為45度角不僅可以有效的吸收光能還可以最大限度的減少風阻和增加支架的支撐力，以保證鋰電池一天內的有效充電時間。
【主權項】
1.一種基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點，其特徵在於:採集節點內置LoRa通信模塊(8 )，該LoRa通信模塊(8 )與微控制器(4 )的UART埠相連； LoRa通信模塊(8)與LoRa基站(9)無線連接，LoRa通信模塊(8)將數據無線發送至LoRa基站(9)； 該一體化監測測斜採集節點內設計有傾角傳感器(1)、信號調理電路(2)，傾角傳感器(I)與信號調理電路(2)相連，信號調理電路(2)與微控制器(4)的模數轉換器埠相連。2.根據權利要求1所述的基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點，其特徵在於: 該一體化監測測斜採集節點內設計有太陽能板(7)、鋰電池(3)，太陽能板(7)與鋰電池(3)相連，鋰電池(3)與微控制器(4)連接。3.根據權利要求1所述的基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點，其特徵在於:該一體化監測測斜採集節點內設計有實時時鐘電路(5)，實時時鐘電路(5)與微控制器(4)的IIC總線埠相連。4.根據權利要求1所述的基於LoRa技術的一體化監測測斜採集節點，其特徵在於:該一體化監測測斜採集節點內設計有數據存儲器電路(6)，數據存儲器電路(6)與微控制器(4)的串行外設接口埠相連。
【文檔編號】E02D1/00GK205712051SQ201620264455
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】劉付鵬, 王輔宋, 劉文峰, 謝鎮, 劉國勇, 李松
【申請人】江西飛尚科技有限公司