CN106340165A - 一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统 - Google Patents

一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统 Download PDF

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Abstract

一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，包括温度采集装置，包括壳体及设置于壳体上的LoRa模块、PT温度探测杆、ADC转换器、LoRa天线和电池装置；该壳体与烟叶包芯之间设有缓冲机构；该PT温度探测杆插入烟叶包芯内且与ADC转换器连以将检测温度信息进行模数转换；该ADC转换器与LoRa模块相连以将转换后的温度信号传送至LoRa模块；LoRa模块与LoRa天线相连；该电池装置与LoRa模块相连以供电；LoRa基站，与温度采集装置和监控平台无线通信，用于接收温度信息并转发至监控平台；监控平台，该监控平台接收温度信息并在温度异常时发出报警信息。本发明具有密封性能好、低功耗、防撞效果好、稳定性强。

Description

一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统
技术领域
本发明涉及烟叶领域，特别是一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统。
背景技术
烟叶醇化就是把人工发酵后的烟叶在一定条件下进行一段时间的储存，以改善其香气、吸味和物理性质，使之更适合于加工制造的要求。醇化有人工醇化和自然醇化，人工醇化速度快，但醇化效果差，目前已经很少采用；自然醇化是将烟叶按一定要求堆放在储备库内，通过控制一定湿度和温度的条件下进行的醇化；因此，严格的温湿度环境控制是烟叶醇化工艺的一个重要因素。
目前我国许多烟叶仓储单位仍采用测温仪器与人工抄录、管理相结合的传统方法，这不仅效率低，而且往往由于判断失误和管理不力造成局部或大范围烟叶霉变的现象时有发生。市场上的温度采集装置插入烟垛后，在搬运过程中，温度采集装置的壳体容易因为碰撞而与烟垛产生摩擦，造成损坏；另外市场上采用的分布式温湿度测控系统因其系统大多采用有线通信方式，使得布线难度加大，难以扩展，不能满足烟叶仓储单位长距离安全稳定的测控需要。同时系统的抗干扰能力差，系统应用不稳定。市场上的无线温度采集装置大都功耗高、电池使用寿命不长、密封性能不高。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，具有密封性能好、低功耗、防撞效果好、稳定性强。
本发明采用如下技术方案：
一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，用于监控存储于仓库内的烟叶包芯，包括
温度采集装置，包括壳体及设置于壳体上的LoRa模块、PT温度探测杆、ADC转换器、LoRa天线和电池装置；该PT温度探测杆一端插入烟叶包芯内且与ADC转换器连以将检测温度信息进行模数转换，另一端与壳体相连，该壳体外露于烟叶包芯；该ADC转换器与LoRa模块相连以将转换后的温度信号传送至LoRa模块；LoRa模块与LoRa天线相连以每隔4-6分钟读取一次温度信息并判断读取的当前温度与前次温度的偏差是否大于预设值，若否，则等待下一次读取，若是，则直接将读取的实时温度信息通过LoRa天线发送至LoRa基站，同时保证每隔25-35分钟发送一次实时温度信息，并设置读取时电流为7.5-8.5mA，发送时电流为30-32mA；该电池装置与LoRa模块相连以供电；
缓冲机构，设置于壳体与烟叶包芯之间以保护温度采集装置；
LoRa基站，与温度采集装置和监控平台无线通信，用于接收温度信息并转发至监控平台；
监控平台，该监控平台接收温度信息并在温度异常时发出报警信息。
优选的，还包括无线出库路由器，该无线出库路由器安装于所述仓库门口用于检测出库的烟叶包芯内的温度采集装置。
优选的，还包括收纳箱和无线收纳路由器，该收纳箱用于放置温度采集装置，该无线收纳路由器位于收纳箱内以发出休眠信号，所述收纳箱内的温度采集装置接收该休眠信号接入休眠模式。
优选的，还包括监控终端，该监控终端与所述监控平台无线通信以接收温度信息或报警信息。
优选的，所述温度采集装置还包括壳体和主板；该主板和所述电池装置均固定于壳体内；所述PT温度探测杆一端插入并固定于壳体内；所述LoRa模块、ADC转换器和LoRa天线均设置于该主板上。
优选的，所述壳体包括上壳、下壳和密封圈，该上壳和下壳固定连接；该上壳和下壳连接处及所述PT温度探测杆一端与壳体之间均设有密封圈实现密封。
优选的，所述上壳和下壳内均填充有环氧树脂。
优选的，所述监控平台包括数据采集服务器和中心服务器，该数据采集服务器与所述LoRa基站相连，该中心服务器与数据采集服务器相连。
优选的，所述缓冲机构包括固定于所述壳体上的公面或母面，及固定于烟叶包芯上的母面或公面，该公面与母面为粘贴配合。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的温度采集装置，基于LoRa广域无线物联通讯技术，具有高容量、距离远、抗干扰性腔的优点；其每隔4-6分钟读取一次温度信息并判断读取的当前温度与前次温度的偏差是否大于预设值，若否，则等待下一次读取，若是，则直接将读取的实时温度信息通过LoRa天线发送至LoRa基站，同时保证每隔25-35分钟发送一次实时温度信息，并设置读取时电流为7.5-8.5mA，发送时电流为30-32mA，以降低功耗、延长电池使用寿命；另外，设有缓冲机构，很好地保护温度采集装置以防其因摩擦或撞击而损坏。
2、本发明的系统，其缓冲机构采用固定于壳体上的公面或母面，及固定于烟叶包芯上的母面或公面，该公面与母面为粘贴配合，即类似魔术贴，安装方便、效果好、成本低。
3、本发明的温度采集装置设置有上下壳和密封圈，采用环氧树脂配合密封圈实现双重保护，最大限度地隔离环境气体以防腐蚀内部元件。
4、本发明还设置无线出库路由器，用于监控处于出库区域内的烟叶包芯是否含有温度采集装置。当工作人员忘记将温度采集装置从烟叶包芯上取出时，该无线出库路由器可通过FSK信号强度检测，探测到温度采集装置靠近出库门口，并触发蜂鸣器发出报警提示音。
5、本发明设置收纳箱和无线收纳路由器，通过无线收纳路由器发出休眠信号，收纳箱内的温度采集装置接收该休眠信号后接入休眠模式，在休眠模式下，关闭温度检测、ADC数模转换及温度信息发送功能，进入睡眠省电状态。
附图说明
图1为温度采集装置的分解示意图；
图2为温度采集装置的剖视图；
图3为温度采集装置侧视图；
图4为壳体的结构示意图；
图5为本发明系统的组成图；
图6为温度采集装置内部电路图；
图7为本发明温度采集装置另一实施例立体图；
图8为图7的温度采集装置与母面的配合示意图；
其中：10、温度采集装置，11、壳体，11a、上壳，11b、下壳，12、密封圈，12a、公面，12b、母面，13、环氧树脂，14、PT温度探测杆，15、电池装置，16、主板，17、LoRa模块，18、ADC转换器，19、LoRa天线,20、LoRa基站，30、监控平台，31、数据采集服务器，32、中心服务器，40、监控终端，50、无线收纳路由器，60、无线出库路由器。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1至图8，一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，用于监控仓储于仓库内的烟叶包芯，包括如下装置：
温度采集装置10，包括壳体11、PT温度探测杆14、电池装置15和主板16。壳体11包括上壳11a、下壳11b和密封圈12，该上壳11a和下壳11b固定连接，该上壳11a和下壳11b连接处设有密封圈12实现密封。上壳11a和下壳11b内均填充有环氧树脂13，最大限度地隔离环境气体以防腐蚀内部元件，壳体的形状可为方形、圆形等，内部部件可根据形状合理布置。PT温度探测杆14一端插入壳体11内且与上壳11a固定连接，该PT温度探测杆14与上壳11a之间也设有密封圈12。该PT温度探测杆14另一端可插入烟叶包芯内以检测温度，壳体10外露于烟叶包芯，以便于拆装。
该主板16和电池装置15均固定于壳体11内。该电池装置15包括电池和电源管理电路。该电池采用大容量、寿命长的安全锂亚电池，容量大于9000mAH，带低电压报警功能。该主板16上设置有LoRa模块17、ADC转换器18和LoRa天线19。该ADC转换器18与PT温度探测杆14相连以将检测到的温度信息进行模数转换，将模拟量转换为数字量。该ADC转换器18与LoRa模块17相连以将转换后的温度信号以IIC的信号格式传送至LoRa模块17。LoRa模块17与LoRa天线19相连以每隔4-6分钟读取一次温度信息并判断读取的当前温度与前次温度的偏差是否大于预设值(该预设值可以根据气候、时段、地理位置等设置，例如1℃)，若否，则等待下一次读取，若是，则直接将读取的实时温度信息通过LoRa天线发送至LoRa基站，同时保证每隔25-35分钟发送一次实时温度信息，并设置读取时电流为7.5-8.5mA，发送时电流为30-32mA，以有效降低功耗，延长电池使用寿命。电池通过电源管理装置与该LoRa模块17相连，以为其供电。
本发明还设置有缓冲机构参照图7、图8，为另一形状壳体的温度检测装置，该缓冲机构包括固定于壳体10底面上的公面12a，及固定于烟叶包芯上的母面12b，该公面12a与母面12b为粘贴配合。实际应用中，通常烟叶包芯位于箱体内，则将母面12b固定于箱体上，将温度采集装置的PT温度探测杆14插入箱体及烟叶包芯内后，将壳体10上公面12a粘贴至箱体上的母面12b，能起到缓冲和保护作用。公面12a和母面12b的形状可是方形圆形等，设置于箱体的母面12b面积大于公面12a面积。
LoRa基站20，与温度采集装置10和监控平台30无线通信，用于接收温度信息并转发至监控平台30，基于嵌入式ARM设计，采用窄带扩频通讯，具备多种调制方式，包括FSK/GFSK/MSK/GMSK/LoRa等，可工作于ISM 780MHz。
监控平台30，包括数据采集服务器31和中心服务器32，该数据采集服务器31与LoRa基站20和中心服务器32均为有线连接，该数据采集服务器31内存储温度数据等，该中心服务器32用于接收温度信息并在温度异常时发出报警信息，该报警信息包含包芯位置信息。
无线出库路由器60，该无线出库路由器60安装于仓库门口用于监控处于出库区域内的烟叶包芯是否含有温度采集装置10。当工作人员忘记将温度采集装置10从烟叶包芯上取出时，该无线出库路由器60可通过FSK信号强度检测，若检测到强度超过-60dB，即为探测到温度采集装置10靠近出库门口，则无线出库路由器60通过与之相连的蜂鸣器发出报警提示音，该信号强度值可根据需要调整。另外，该无线出库路由器可通过LoRa基站接入监控平台30，以便于集中管理和控制。
收纳箱和无线收纳路由器50，该收纳箱用于放置取出的温度采集装置10，该无线收纳路由器50位于收纳箱内以发出休眠信号，收纳箱内的温度采集装置10接收该休眠信号后接入休眠模式。在休眠模式下，温度采集装置10关闭温度检测、ADC数模转换及温度信息发送功能，进入睡眠省电状态。该无线收纳路由器可通过LoRa基站接入监控平台30，以便于集中管理和控制。
监控终端40，该监控终端40与监控平台30无线通信以接收温度信息或报警信息。该监控终端40可以是电脑、笔记本或手机等具有无线通信功能的终端。
本发明的温度采集装置10基于LoRa广域物联通讯技术，采用窄带扩频通讯，具备多种调制方式，包括FSK/GFSK/MSK/GMSK/LoRa等，可工作于ISM 780MHz频段，具有高容量、距离远、低功耗、抗干扰性强的优点。本发明中温度采集装置中的芯片可采用STM32L051C8，SX1279等。
本发明可在温度采集装置10的壳体11上设置编码，当工作人员将温度采集装置10插入烟叶包芯内，扫描该编码，将之与烟叶包芯位置进行关联，并传送至监控平台30。则监控平台30每隔23-35分钟能接收到来自温度采集装置10发送的实时温度信息，或异常温度信息，该信息与烟叶包芯位置相关联。监控终端40也可接入监控平台30的中心服务器32，获取该温度信息及对应烟叶包芯位置和报警信息等。
当插有温度采集装置10的烟叶包芯出库时，需要工作人员将温度采集装置10取出放至收纳箱内，工作人员操作解除温度采集装置10与该烟叶保险的关联，则LoRa基站20也不再从该温度采集器上读取温度信息。
烟叶包芯出库结果仓库门口时，若检测到有FSK等信号强度超过-60dB，即为探测到温度采集装置10靠近出库门口，则无线出库路由器60通过与之相连的蜂鸣器发出报警提示音，提示工作人员有温度采集装置10未取出。
在收纳箱内的无线收纳路由器50发出休眠信号，收纳箱内的温度采集装置10接收该休眠信号接入休眠模式，不再检查温度信息，以减少功耗，延长电池使用寿命。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，用于监控存储于仓库内的烟叶包芯内烟叶的温度，包括
温度采集装置，包括壳体及设置于壳体上的LoRa模块、PT温度探测杆、ADC转换器、LoRa天线和电池装置；该PT温度探测杆一端插入烟叶包芯内且与ADC转换器连以将检测温度信息进行模数转换，另一端与壳体相连，壳体外露于烟叶包芯；该ADC转换器与LoRa模块相连以将转换后的温度信号传送至LoRa模块；LoRa模块与LoRa天线相连以每隔4-6分钟读取一次温度信息并判断读取的当前温度与前次温度的偏差是否大于预设值，若否，则等待下一次读取，若是，则直接将读取的实时温度信息通过LoRa天线发送至LoRa基站，同时保证每隔25-35分钟发送一次实时温度信息，并设置读取时电流为7.5-8.5mA，发送时电流为30-32mA；该电池装置与LoRa模块相连以供电；
缓冲机构，设置于壳体与烟叶包芯之间以保护温度采集装置；
LoRa基站，与温度采集装置和监控平台无线通信，用于接收温度信息并转发至监控平台；
监控平台，该监控平台接收温度信息并在温度异常时发出报警信息。
2.如权利要求1所述的一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，其特征在于：还包括无线出库路由器，该无线出库路由器安装于所述仓库门口用于检测出库的烟叶包芯内的温度采集装置。
3.如权利要求1所述的一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，其特征在于：还包括收纳箱和无线收纳路由器，该收纳箱用于放置温度采集装置，该无线收纳路由器位于收纳箱内以发出休眠信号，所述收纳箱内的温度采集装置接收该休眠信号接入休眠模式。
4.如权利要求1所述的一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，其特征在于：还包括监控终端，该监控终端与所述监控平台无线通信以接收温度信息或报警信息。
5.如权利要求1所述的一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，其特征在于：所述温度采集装置还包括壳体和主板；该主板和所述电池装置均固定于壳体内；所述PT温度探测杆一端插入并固定于壳体内；所述LoRa模块、ADC转换器和LoRa天线均设置于该主板上。
6.如权利要求5所述的一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，其特征在于：所述壳体包括上壳、下壳和密封圈，该上壳和下壳固定连接；该上壳和下壳连接处及所述PT温度探测杆一端与壳体之间均设有密封圈实现密封。
7.如权利要求6所述的一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，其特征在于：所述上壳和下壳内均填充有环氧树脂。
8.如权利要求1所述的一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，其特征在于：所述监控平台包括数据采集服务器和中心服务器，该数据采集服务器与所述LoRa基站相连，该中心服务器与数据采集服务器相连。
9.如权利要求1所述的一种基于LoRa的烟叶包芯无线监控系统，其特征在于：所述缓冲机构包括固定于所述壳体上的公面或母面，及固定于烟叶包芯上的母面或公面，该公面与母面为粘贴配合。
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