專利名稱:一種基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點，采用低功耗、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(jiān)測行業(yè)領域。采集器內(nèi)置LoRa通信模塊，該LoRa通信模塊與微控制器的UART端口相連；LoRa通信模塊與LoRa基站無線連接，LoRa通信模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至LoRa基站；該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)設計有振動傳感器、信號調(diào)理電路，振動傳感器與信號調(diào)理電路相連，信號調(diào)理電路與微控制器的模數(shù)轉換器端口相連。本實用新型利用LoRa技術低功耗、超長距離等優(yōu)點，解決了現(xiàn)有有線傳輸、ZIGBEE無線傳輸?shù)葌鹘y(tǒng)方法的不足。
【專利說明】
一種基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點，采用低功耗、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(jiān)測行業(yè)領域。
【背景技術】
[0002]振動無處不在，振動和噪聲測試也覆蓋了科研、生產(chǎn)、生活各領域，從微小振動(如地脈動)，到機械設備的振動，再到火車、飛機發(fā)動機等大振動大沖擊。涉及的領域包括土木安全檢測監(jiān)測、車輛與道路、交通工程機械等。在土木結構安全監(jiān)測行業(yè)，橋梁、結構物的振動狀態(tài)可反映結構物自身荷載的情況，因此振動傳感器及采集設備廣泛用于監(jiān)測行業(yè)。
[0003]傳統(tǒng)振動采集系統(tǒng)采用手持式設備或多通道設備進行采集或系統(tǒng)集成，由于功耗、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认拗疲祟愓駝硬杉到y(tǒng)主要采用RS485輸出，使用時需要布設電纜進行系統(tǒng)集成。而近年來出現(xiàn)了采用ZIGBEE通信的振動采集產(chǎn)品，可免去布線的工作，但同時ZIBEE也逐步在傳輸距離、傳輸速率、以及多層組網(wǎng)時穩(wěn)定性等問題也隨之而來。
[0004]上述傳統(tǒng)振動采集系統(tǒng)存在以下的不足:
[0005]首先傳統(tǒng)振動采集系統(tǒng)復雜程度較高，因為采集模塊功能單一，按照功能拼湊進行實現(xiàn)。接口方式和協(xié)議的兼容性也存在差異，進一步增加了系統(tǒng)的復雜程度和維護成本。由于傳統(tǒng)振動采集的系統(tǒng)供電、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫?，需要使用電纜、光纖、網(wǎng)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(xiàn)遠距離、多層組網(wǎng)穩(wěn)定性不足等缺點，且系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)還需通過第三方傳輸設備傳輸至服務器。
[0007]傳統(tǒng)的振動采集系統(tǒng)在安裝便捷性、遠距離傳輸、系統(tǒng)供電、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娲嬖谝欢ǖ木窒扌?，難以滿足特定工況下的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型目的在于提供一種基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點，從而解決以下幾點技術問題:(I)實現(xiàn)無線傳輸，避免現(xiàn)場布線的難度和成本；(2)實現(xiàn)太陽能供電，避免其他供電方式的不利影響;3)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的定時采集和內(nèi)部存儲。
[0009]本實用新型為了實現(xiàn)上述技術目的，采用如下技術方案:
[0010]一種基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點，采集器內(nèi)置LoRa通信模塊，該LoRa通信模塊與微控制器的UART端口相連；
[00?1 ] LoRa通信模塊與LoRa基站無線連接，LoRa通信模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至LoRa基站；
[0012]該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)設計有振動傳感器、信號調(diào)理電路，振動傳感器與信號調(diào)理電路相連，信號調(diào)理電路與微控制器的模數(shù)轉換器端口相連。
[0013]進一步的，該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)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(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)設計有實時時鐘電路，實時時鐘電路與微控制器的IIC總線端口相連。
[0015]進一步的，該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)設計有數(shù)據(jù)存儲器電路，數(shù)據(jù)存儲器電路與微控制器的串行外設接口端口相連。
[0016]LoRa是一種低能耗、遠距離的廣域網(wǎng)技術，與其他無線系統(tǒng)相比，LoRa使用擴頻調(diào)制技術，可解調(diào)低于20 dB的噪聲。確保了高靈敏度、可靠的網(wǎng)絡連接，同時提高了網(wǎng)絡效率并消除了干擾。而相比于網(wǎng)狀網(wǎng)絡，LoRa的星形拓撲結構消除了同步開銷和跳數(shù)，因而降低了功耗并可允許多個并發(fā)應用程序在網(wǎng)絡上運行。同時，LoRa技術實現(xiàn)的通信距離比其他無線協(xié)議都要長得多。
[0017]為滿足無線傳輸?shù)囊螅驹O計采用的方案是:使用LoRa無線模塊，微控制器通過控制LoRa模塊，將采集到的數(shù)據(jù)進行上報。微控制器與無線模塊之間的接口采用異步通信的方式，當不要數(shù)據(jù)通信時，微控制器可自動關閉無線模塊的電源，以降低系統(tǒng)的整體功耗。
[0018]集節(jié)點內(nèi)部設計有振動傳感器，實現(xiàn)的基本方案是:微型控制器產(chǎn)生一系列的脈沖激勵信號，使得傳感器內(nèi)部鋼弦產(chǎn)生自由振蕩，由鋼弦自由振蕩產(chǎn)生的振弦信號經(jīng)過調(diào)理電路后，輸入到模擬數(shù)字轉換器中進行數(shù)值化采集，微型控制器通過對數(shù)值化采集的數(shù)據(jù)進行計算，得到振弦傳感器的頻率參數(shù)，以實現(xiàn)振弦數(shù)據(jù)采集的功能。
[0019]采集模塊電源設計方案是，使用可充電鋰電池作為主電源，并設計充電控制電路，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，采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，一體化振弦采集節(jié)點內(nèi)部設計有振弦采集電路、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(xiàn)振弦傳感器采集、并通過LoRa通信模塊無線進行傳輸，且系統(tǒng)是鋰電池供電、太陽能充電的裝置，因此可實現(xiàn)完全無線布點、智能采集的功能，彌補了傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)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是本實用新型采集節(jié)點實際安裝示意圖；
[0024]圖2中:Il-LoRa天線；12-太陽能板；13-—體化振動采集節(jié)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]一種基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點，采集器內(nèi)置LoRa通信模塊8，該LoRa通信模塊8與微控制器4的UART端口相連；
[0027]LoRa通信模塊8與LoRa基站9無線連接，LoRa通信模塊8將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至LoRa基站9;
[0028]該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)設計有振動傳感器1、信號調(diào)理電路2，振動傳感器I與信號調(diào)理電路2相連，信號調(diào)理電路2與微控制器4的模數(shù)轉換器端口相連。
[0029]該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)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(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)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總線端口相連。
[0031]該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)設計有數(shù)據(jù)存儲器電路6，數(shù)據(jù)存儲器電路6與微控制器4的串行外設接口端口相連。
[0032]將一體化振動采集節(jié)點13安裝固定于離地面有一定高度的安裝平臺14與安裝支架15上，安裝完畢后調(diào)整LoRa天線11、太陽能板12額定角度和位置。
[0033]打開一體化振動采集節(jié)點的電源開關，此時采集模塊自動獲取無線網(wǎng)絡地址，并進行數(shù)據(jù)通信。
[0034]—體化振動采集節(jié)點使用的天線應盡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。并盡量減少天線之間的障礙物。
[0035]現(xiàn)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(xiàn)場依據(jù)實際情況，可稍微調(diào)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(nèi)的有效充電時間。
【主權項】
1.一種基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點，其特征在于:采集器內(nèi)置LoRa通信模塊(8 )，該LoRa通信模塊(8 )與微控制器(4)的UART端口相連； LoRa通信模塊(8)與LoRa基站(9)無線連接，LoRa通信模塊(8)將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至LoRa基站(9)； 該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)設計有振動傳感器(1)、信號調(diào)理電路(2)，振動傳感器(I)與信號調(diào)理電路(2)相連，信號調(diào)理電路(2)與微控制器(4)的模數(shù)轉換器端口相連。2.根據(jù)權利要求1所述的基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點，其特征在于: 該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)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(jù)權利要求1所述的基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點，其特征在于:該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)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總線端口相連。4.根據(jù)權利要求1所述的基于LoRa技術的一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點，其特征在于:該一體化監(jiān)測振動采集節(jié)點內(nèi)設計有數(shù)據(jù)存儲器電路(6)，數(shù)據(jù)存儲器電路(6)與微控制器(4)的串行外設接口端口相連。
【文檔編號】G08C17/02GK205722361SQ201620266939
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】劉付鵬, 王輔宋, 劉文峰, 謝鎮(zhèn), 劉國勇, 李松
【申請人】江西飛尚科技有限公司