CN104386594A - 基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统及方法。该系统包括感知节点、网关、云端管理平台、手机App客户端；采用nRF24L01无线感知节点用于采集塔机安全信息，网关利用GPRS模块将信息传送至云端管理平台，用户安装基于塔机监控的手机App客户端就可以实现塔机远程监控。本发明具有管理方便、能源节省、可靠性高、时延性小、灵活性强等优点，具有良好的推广价值。

Description

基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统及方法

技术领域：

本发明属于远程监控领域，特别涉及一种基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统及方法。

背景技术：

随着我国建筑行业的发展，塔机应用的逐渐增多，塔机事故时有发生。事故的起因一般是：所吊重物因力矩太大使吊臂折断或者使塔机倾倒；塔机由于安装高度高，受风面积大，暴风侵袭会使塔机倾覆；目前工地周围建筑物较多，塔机有时也会与建筑物发生碰撞事故；这些事故都会给附近的工人的人身安全造成严重影响，对财产造成重大损失。

为了解决塔机这一系列的安全问题，人们采用传感器对塔机进行监控，避免碰撞事故的发生。对于传感器采集的信息，一般采用PLC处理，通过有线方式传输。PLC的明显缺点是不同品牌的PLC不能通用；有线方式在大风、大雪的情况下会有断线的危险，极端天气过后需要维修线路。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统及方法，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统，包括：感知节点、网关、云端管理平台、无线发射塔、手机App客户端；所述感知节点包括传感器模块、STC89C52单片机、nRF24L01无线射频模块，所述传感器模块感知信息，所述STC89C52单片机对信息进行采集并处理，所述nRF24L01无线射频模块用于把处理后的信息发送到网关；所述网关包括nRF24L01无线射频模块、STM32处理器、GPRS，所述nRF24L01无线射频模块收集感知节点传来的信息，所述STM32处理器对信息的进行整合处理，所述GPRS将信息发送至云端管理平台的数据库；所述云端管理平台用于云存储和控制塔机命令的处理，所述云端管理平台通过无线发射塔把信息传送至基于塔机监控的手机App客户端；所述手机App客户端用于塔机的安全监控，通过无线发射塔把控制命令传送至云端管理平台的数据库，所述云端管理平台对控制命令进行相应的处理通过网关发送至感知节点或塔机控制端。

优选地，上述技术方案中，传感器模块包括重力传感器、风力传感器、

高度传感器、高精度回转传感器、幅度传感器；重力传感器用于采集吊物重量信息，风力传感器用于采集风速信息，高度传感器用于采集吊钩到地面的高度信息，高精度回转传感器用于测量回转角度，幅度传感器用于测量小车距塔机中心距离。

优选地，上述技术方案中，手机App客户端采用Socket类。

基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统的使用方法，其步骤为：

步骤1：感知节点中的传感器模块开始工作，感知相应的信息，STC89C52单片机对信息进行采集并处理，nRF24L01无线射频模块把处理后的信息发送到网关；

步骤2：网关内的nRF24L01无线射频模块收集感知节点采集信息，STM32处理器对信息的进行整合处理，通过GPRS发送至云端管理平台的数据库并存储；

步骤3：云端管理平台通过无线发射塔把信息传送至手机App客户端，手机App客户端以数字和曲线的形式给用户提供塔机的状态信息，输入账号密码登录，对塔机进行远程操作；

步骤4：当需要改变传感器模块的工作状态时，手机App客户端通过无线发射塔将传感器控制命令发送至云端管理平台的数据库，云端管理平台将命令发送至网关，网关内的GPRS接收命令并通过nRF24L01无线射频模块将命令发送至感知节点，感知节点内的nRF24L01无线射频模块接受命令，感知节点内的传感器模块根据命令开启或关闭；

步骤5，当感知节点采集的信息在手机App客户端显示塔机的工作参数将要超出安全工作范围时，手机App客户端通过无线发射塔将塔机控制命令发送至云端管理平台，云端管理平台对塔机控制命令进行处理并发送至网关，网关内的GPRS接收命令并通过nRF24L01无线射频模块将命令发送至塔机控制端，塔机控制端根据命令控制塔机。

优选地，上述技术方案中，传感器模块包括重力传感器、风力传感器、高度传感器、高精度回转传感器、幅度传感器；重力传感器用于采集吊物重量信息，风力传感器用于采集风速信息，高度传感器用于采集吊钩到地面的高度信息，高精度回转传感器用于测量回转角度，幅度传感器用于测量小车距塔机中心距离。

优选地，上述技术方案中，手机App客户端的操作命令包括：存储数据、安全工作范围设置、改变传感器工作状态、塔机运作控制。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

STC89C52单片机控制的nRF24L01无线射频模块成本低，数据传输速率快，多个感知节点连接，感知节点把处理后的信息通过网关传到云端管理平台的数据库存储，节约存储设备。

手机App客户端能够把云端管理平台的数据库内存储的塔机信息下载并以数字和曲线的形式显示在界面上，实时方便地看到塔机的环境信息和运行状态，手机App客户端用户可以远程控制传感器工作状态，节能环保，手机App客户端用户可以远程控制塔机运作，以避免超限超载、坠物伤人、碰撞等事故的发生；只有操作者登陆后才能进行操作，提高了塔机工作的安全性。

附图说明：

图1为本发明基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统结构示意图；

图2为本发明传感器模块安装位置示意图；

图3为本发明感知节点结构示意图；

图4为本发明网关结构示意图；

图5为本发明手机App客户端控制命令传输过程示意图；

图6为本发明基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统工作流程示意图。

附图标记为：1-重力传感器、2-风力传感器、3-高度传感器、4-高精度回转传感器、5-幅度传感器、6-驾驶室、7-平衡重、8-吊臂。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1-图4所示，基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统，包括：感知节点、网关、云端管理平台、无线发射塔、手机App客户端；所述感知节点包括传感器模块、STC89C52单片机、nRF24L01无线射频模块，所述传感器模块感知信息，所述STC89C52单片机对信息进行采集并处理，所述nRF24L01无线射频模块用于把处理后的信息发送到网关；

传感器模块包括重力传感器1、风力传感器2、高度传感器3、高精度回转传感器4、幅度传感器5；重力传感器1安装在驾驶室6上方，用于采集吊物重量信息；风力传感器2安装在塔机顶端，用于采集风速信息；高度传感器3安装在平衡重7上，用于采集吊钩到地面的高度信息；高精度回转传感器4安装在驾驶室6下方，用于测量回转角度；幅度传感器5安装在吊臂8上，用于测量吊臂8偏转的幅度。测量当前的载重、力臂值为防超载做好预警；测量大臂、小车所在位置可以对区域进行保护；测量当前的塔身垂直度以防止倾覆；测量吊钩所处的位置能防冲顶。

所述网关包括nRF24L01无线射频模块、STM32处理器、GPRS，所述nRF24L01无线射频模块收集感知节点传来的信息，所述STM32处理器对信息的进行整合处理，所述GPRS将信息发送至云端管理平台的数据库；所述云端管理平台用于云存储和控制塔机命令的处理，所述云端管理平台通过无线发射塔把信息传送至基于塔机监控的手机App客户端；所述手机App客户端采用Socket类，它是java中进行客户端网络编程的核心类，可以使客户端通过TCP协议连接到云端管理平台上，并且和服务器之间进行数据的交互，手机App客户端用于塔机的安全监控，通过无线发射塔把控制命令传送至云端管理平台的数据库，所述云端管理平台对控制命令进行相应的处理通过网关发送至感知节点或塔机控制端。

如图5-图6所示，基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统的使用方法，其步骤为：

步骤1：感知节点中的传感器模块开始工作，重力传感器采集吊物重量信息，风力传感器采集风速信息，高度传感器采集吊钩到地面的高度信息，高精度回转传感器测量回转角度，幅度传感器测量吊臂偏转的幅度，STC89C52单片机对信息进行采集并处理，nRF24L01无线射频模块把处理后的信息发送到网关；

步骤2：网关内的nRF24L01无线射频模块收集感知节点采集信息，STM32处理器对信息的进行整合处理，通过GPRS发送至云端管理平台的数据库，存储起来；

步骤3：云端管理平台通过无线发射塔把信息传送至手机App客户端，手机App客户端以数字和曲线的形式给用户提供塔机的状态信息，输入账号密码登录，对塔机进行远程操作；

步骤4：当需要改变传感器模块的工作状态时，手机App客户端通过无线发射塔将传感器控制命令发送至云端管理平台的数据库，云端管理平台将命令发送至网关，网关内的GPRS接收命令并通过nRF24L01无线射频模块将命令发送至感知节点，感知节点内的nRF24L01无线射频模块接受命令，感知节点内的传感器模块根据命令开启或关闭进入休眠状态。

步骤5，当感知节点采集的信息在手机App客户端显示塔机将碰上障碍物、风力超出安全范围、力矩超出安全工作范围时，手机App客户端通过无线发射塔将塔机控制命令发送至云端管理平台，云端管理平台对塔机控制命令进行处理并发送至网关，网关内的GPRS接收命令并通过nRF24L01无线射频模块将命令发送至塔机控制端，塔机控制端根据命令控制塔机停止工作。

上述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统，其特征为：该系统包括感知节点、网关、云端管理平台、无线发射塔、手机App客户端；所述感知节点包括传感器模块、STC89C52单片机、nRF24L01无线射频模块，所述传感器模块用于感知信息，所述STC89C52单片机负责对信息进行采集并处理，所述nRF24L01无线射频模块用于把处理后的信息发送到网关；所述网关包括nRF24L01无线射频模块、STM32处理器、GPRS，所述nRF24L01无线射频模块收集感知节点采集的信息，所述STM32处理器负责对信息进行整合处理，所述GPRS将信息发送至云端管理平台的数据库；所述云端管理平台用于云存储和控制塔机命令的处理，所述云端管理平台通过无线发射塔把信息传送至基于塔机监控的手机App客户端；所述手机App客户端用于塔机的安全监控，通过无线发射塔把控制命令传送至云端管理平台的数据库，所述云端管理平台对控制命令进行相应的处理之后再通过网关发送至感知节点或塔机控制端。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述传感器模块包括重力传感器、风力传感器、高度传感器、高精度回转传感器、幅度传感器；重力传感器用于采集吊物重量信息，风力传感器用于采集风速信息，高度传感器用于采集吊钩到地面的高度信息，高精度回转传感器用于测量回转角度，幅度传感器用于测量小车距塔机中心距离。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述手机App客户端采用Socket类。

4.基于nRF24L01与GPRS的塔机监控系统的使用方法，其步骤为：

步骤1：感知节点中的传感器模块开始工作，感知相应的信息，STC89C52单片机对信息进行采集并处理，nRF24L01无线射频模块把处理后的信息发送到网关；

步骤2：网关内的nRF24L01无线射频模块收集感知节点采集信息，STM32处理器对信息的进行整合处理，通过GPRS发送至云端管理平台的数据库并存储；

步骤3：云端管理平台通过无线发射塔把信息传送至手机App客户端，手机App客户端以数字和曲线的形式给用户提供塔机的状态信息，输入账号密码登录，对塔机进行远程操作；

步骤4：当需要改变传感器模块的工作状态时，手机App客户端通过无线发射塔将传感器控制命令发送至云端管理平台的数据库，云端管理平台将命令发送至网关，网关内的GPRS接收命令并通过nRF24L01无线射频模块将命令发送至感知节点，感知节点内的nRF24L01无线射频模块接受命令，感知节点内的传感器模块根据命令开启或关闭；

步骤5，当感知节点采集的信息显示塔机的工作参数将要超出安全工作范围时，手机App客户端通过无线发射塔将塔机控制命令发送至云端管理平台，云端管理平台对塔机控制命令进行处理并发送至网关，网关内的GPRS接收命令并通过nRF24L01无线射频模块将命令发送至塔机控制端，塔机控制端根据命令控制塔机。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述传感器模块包括重力传感器、风力传感器、高度传感器、高精度回转传感器、幅度传感器；重力传感器用于采集吊物重量信息，风力传感器用于采集风速信息，高度传感器用于采集吊钩到地面的高度信息，高精度回转传感器用于测量回转角度，幅度传感器用于测量小车距塔机中心距离。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述手机App客户端的操作命令包括：存储数据、安全工作范围设置、改变传感器工作状态、塔机运作控制。