CN106453575A - 基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统 - Google Patents

基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统 Download PDF

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何怡刚
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Abstract

基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统，包括无线定位与通信终端、网关、路由器、互联网、服务器、远程监控中心和手机监控端；无线定位与通信终端用于完成被监测幼儿位置信息的采集、缓存、预处理、备份，并将原始数据打包无线传输至网关；网关通过以太网通信方式与路由器相连，把接收到的数据包重新打包成符合以太网标准的数据格式；路由器通过互联网将数据包传送给服务器；服务器供远程监控中心和手机控制端访问相关数据。本发明可应用于集团化管理的幼儿园，每个网关可同时处理数百个无线定位与通信终端，多个网关就可以同时管理多个幼儿园，支持远程监控和手机移动监控，监控者在监控中心或通过手机就可实时了解被监测幼儿的位置信息。

Description

基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体的说是涉及一种基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统，可用于幼儿园中幼儿位置信息的集团化管理。
背景技术
在幼儿园中，如何有效管理所有幼儿的位置信息，防止幼儿走失，已经成为社会广泛关注的问题。幼儿走失后的找回率极低，究其原因，大多由于监管缺失导致。由于幼儿年龄小，走失后很难独自摆脱困境，所以如何防止幼儿走失和如何在幼儿走失后的黄金寻找时间内，快速有效地定位幼儿位置信息至关重要。现在有很多教育集团在一个城市或多个城市同时开设多家幼儿园，幼儿防走失的集团化管理成为一个难点。
申请号为201510496727.8，公开号为105931421A的《云端大数据婴幼儿防走失系统》的婴幼儿随身设备，以及申请号为201610349751.3，公开号为105788169A的《儿童防走失系统及方法》中防走失终端都采用蓝牙通信方式，蓝牙通信距离只有10几米，距离短，远远无法满足幼儿防走失的要求。
发明内容
本发明所要解决的问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种远程实时监测、集团化管理的幼儿防走失系统。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统，包括无线定位与通信终端、网关、路由器、互联网、服务器、远程监控中心和手机监控端；
所述无线定位与通信终端用于完成被监测幼儿位置信息的采集、缓存、预处理、备份，并将原始数据打包成第一数据包，通过无线传输至网关；
所述网关用于接收对应的无线定位与通信终端发送的第一数据包；网关通过以太网通信方式与路由器相连，并把接收到的第一数据包按照TCP/IP相关协议的规定，重新打包成符合以太网标准的第二数据包。
所述路由器接收到网关传送的第二数据包，并将第二数据包按照服务器地址打包成第三数据包。
所述路由器通过以太网与所述互联网连接；所述服务器与互联网通过以太网相连，被传送到互联网中的第三数据包通过以太网进入服务器，服务器对数据包进行处理、分析和存储，并供远程监控中心和手机监控端访问相关数据；
所述远程监控中心与互联网通过以太网相连；所述手机监控端通过3G/4G网络与互联网相连；远程监控中心和手机监控端可以实时访问服务器中的数据。
进一步，所述无线定位与通信终端包括GPS模块、供电模块、数据存储模块、MCU模块、LoRa射频芯片、天线模块和外部接口。
进一步，所述GPS模块采用GPS芯片，可以实时确定被监测幼儿的位置信息。GPS芯片用于接收被监测幼儿的位置，并通过总线将位置信息传送到MCU模块中。
所述数据存储模块采用具有I2C总线的EEPROM存储芯片。
所述MCU模块为低功耗嵌入式处理器。GPS模块、供电模块、数据存储模块、LoRa射频芯片和外部接口通过I/O口或总线与MCU模块连接。MCU模块用于接收GPS模块中的数据信息，再把数据信息传输给LoRa射频芯片和存储到数据存储模块，把数据信息传输给外部接口以及接收从外部接口输入的命令和数据。
所述天线模块包括射频天线和GPS天线，射频天线与LoRa射频芯片连接，射频天线用于向网关无线发送数据包和接收来自网关的数据包；GPS天线与GPS芯片相连，用于接收GPS卫星信号。
所述外部接口模块由三个扩展接口组成，三个扩展接口为第一扩展接口、第二扩展接口和第三扩展接口。第一扩展接口通过I2C总线实现外部设备的扩展；第二扩展接口通过SPI总线实现外部设备的扩展；第三扩展接口通过GPIO口实现外部设备的扩展。
GPS模块U、数据存储模块和LoRa射频芯片还与供电模块连接；所述供电模块同时给GPS模块、数据存储模块、MCU模块和LoRa射频芯片供电。
进一步，所述网关通过RJ45接头和所述路由器连接，通过以太网将数据包传送给路由器。
所述远程监控中心和所述手机监控端可以实时访问服务器中的数据信息。监控者可以通过远程监控中心和手机监控端获取所有被监测幼儿位置的实时信息，当有被监测幼儿位置信息发生异常时，远程监控中心和手机监控端会主动提醒监控者。
本发明无线定位与通信终端采用LoRa技术，与网关之间的无线通信距离最远可到10km，可以应用于集团化管理的幼儿园，每一个网关可以同时处理数百个无线定位与通信终端，这样多个网关就可以同时管理多个幼儿园，实现幼儿园的集团化管理。而且本发明支持远程监控和手机移动监控，监控者在监控中心或通过手机就可实时了解所有被监测幼儿的位置信息。
附图说明
图1为本发明基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统的结构示意图；
图2为图1所示实施例基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统的无线定位与通信终端的功能模块图；
图3为图1所示实施例基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统的无线定位与通信终端的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明之基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统包括无线定位与通信终端U1、网关U2、路由器U3、互联网U4、服务器U5、远程监控中心U6和手机监控端U7；
无线定位与通信终端U1用于完成被监测幼儿位置信息的采集、缓存、预处理、备份，并将原始数据打包无线传输至网关U2；
网关U2用于接收对应的无线定位与通信终端U1发送的数据包。网关U2通过以太网通信方式与路由器U3相连，并把接收到的数据包按照TCP/IP相关协议的规定，重新打包成符合以太网标准的数据格式。
路由器U3接收到网关U2传送的TCP/IP数据包，通过互联网U4将数据包传送给服务器U5；
服务器U5与互联网U4通过以太网相连，被传送到互联网U4中的数据包通过以太网进入服务器U5，服务器U5对数据包进行处理、分析和存储，并供远程监控中心U6和手机控制端U7访问相关数据；
远程监控中心U6与互联网U4通过以太网相连；
手机控制端U7通过3G/4G网络与互联网U4相连；
远程监控中心U6和手机控制端U7可以实时通过互联网U4访问服务器U5中的数据。监控者可以通过远端控制中心U6和手机控制端U7获取所有被监测幼儿位置的实时信息，当有被监测幼儿位置信息发生异常时，远程监控中心U6和手机控制端U7会主动提醒监控者。
本实施例中，无线定位与通信终端设有N组，N≥1，每组设有n个无线定位与通信终端，n≥1。网关设有N个，N≥1。
参照图2，无线定位与通信终端U1按功能划分包括GPS模块U11、供电模块U12、数据存储模块U13、MCU模块U14、LoRa射频芯片U15、天线模块U16和外部接口U17。
GPS模块U11、供电模块U12、数据存储模块U13、LoRa射频芯片U15和外部接口U17均与 MCU模块U14连接；GPS模块U11、数据存储模块U13和LoRa射频芯片U15还与供电模块U12连接；GPS模块U11和LoRa射频芯片U15还与天线模块U16连接。
参照图3，不失一般性的，本发明中GPS模块U11选用GPS芯片，GPS芯片采用UBLOXNEO-6M芯片，GPS芯片用于接收被监测幼儿的位置，并通过总线将位置信息传送到MCU模块中。
供电模块U12同时给GPS模块U11、数据存储模块U13、MCU模块U14和LoRa射频芯片U15供电。
数据存储模块U13用于存储MCU模块U14接收的被管理被监测幼儿位置实时数据，不失一般性的，本发明中数据存储模块U13采用256KB的EEPROM,并通过总线与MCU模块连接。
MCU模块U14为低功耗嵌入式处理器。用于接收GPS模块U11中的数据信息，把数据信息传输给LoRa射频芯片U15并存储到数据存储模块U13，把数据信息传输给外部接口U17并接收从外部接口U17输入的命令和数据。
本发明中LoRa射频芯片U15采用SEMTECH公司的SX127X系列LoRa射频芯片，LoRa射频芯片无线传输距离远、抗干扰能力强、信号接收灵敏度高，十分适合本发明。
天线模块U16包括射频天线U161和GPS天线U162，射频天线U161与LoRa射频芯片U15连接，射频天线U161用于向网关U2无线发送数据包和接收来自网关U2的数据包；GPS天线U162与GPS芯片相连，用于接收GPS卫星信号。
外部接口模块U17由三个扩展接口组成。第一扩展接口U171通过I2C总线实现外部设备的扩展；第二扩展接口U172通过SPI总线实现外部设备的扩展；第三扩展接口U173通过GPIO口实现外部设备的扩展。
本发明之基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统的数据流方向为：无线定位与通信终端U1中的GPS模块通过GPS天线接收到被监测幼儿位置信息，通过总线将位置信息传送给MCU模块U14；数据在MCU模块U14中分为三路，一路通过总线将数据存储到数据存储模块U13中，一路通过外部接口U17与外部设备进行信息交互，一路传送给LoRa射频芯片U15；LoRa射频芯片对数据进行预处理后通过射频天线U161发送给网关U2；网关U2把数据通过以太网传送到路由器U3；路由器U3、服务器U5和远程监控中心U6通过以太网与互联网U4相连，数据通过互联网U4和以太网进入服务器U5；远程监控中心U6通过以太网和互联网U4访问服务器U5中的数据信息；手机监控端U7通过3G/4G网访问服务器U5中的数据信息。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统，其特征在于，包括无线定位与通信终端、网关、路由器、互联网、服务器、远程监控中心和手机监控端；
所述无线定位与通信终端用于完成被监测幼儿位置信息的采集、缓存、预处理、备份，并将原始数据打包成第一数据包，通过无线传输至网关；
所述网关用于接收对应的无线定位与通信终端发送的第一数据包；网关通过以太网通信方式与路由器相连，并把接收到的数据包按照TCP/IP相关协议重新打包第二数据包；
所述路由器接收到网关传送的第二数据包，并将第二数据包按照服务器地址打包成第三数据包；
所述服务器与互联网通过以太网相连，被传送到互联网中的第三数据包通过以太网进入服务器，服务器对第三数据包进行处理、分析和存储，并供远程监控中心和手机监控端访问相关数据；
所述远程监控中心与互联网通过以太网相连；所述手机监控端通过3G/4G网络与互联网相连；远程监控中心和手机监控端能实时访问服务器中的数据。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统，其特征在于，所述无线定位与通信终端包括GPS模块、供电模块、数据存储模块、MCU模块、LoRa射频芯片、天线模块和外部接口。
3.根据权利要求2所述的基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统，其特征在于，所述GPS模块采用GPS芯片，实时确定被监测幼儿的位置信息；
所述数据存储模块采用具有I2C总线的EEPROM存储芯片；
所述MCU模块为低功耗嵌入式处理器；GPS模块、供电模块、数据存储模块、LoRa射频芯片和外部接口通过I/O口或总线与MCU模块连接；MCU模块用于接收GPS模块中的数据信息，再把数据信息传输给LoRa射频芯片和存储到数据存储模块，把数据信息传输给外部接口以及接收从外部接口输入的命令和数据；
所述LoRa射频芯片采用SEMTECH公司的SX127X系列射频芯片；
所述天线模块包括射频天线和GPS天线，射频天线与LoRa射频芯片连接，射频天线用于向网关无线发送数据和接收来自网关的数据；GPS天线与GPS芯片相连，用于接收GPS卫星信号；
所述外部接口模块由三个扩展接口组成，三个扩展接口为第一扩展接口、第二扩展接口和第三扩展接口；第一扩展接口通过I2C总线实现外部设备的扩展；第二扩展接口通过SPI总线实现外部设备的扩展；第三扩展接口通过GPIO口实现外部设备的扩展。
4.根据权利要求2所述的基于LoRa技术的集团化管理幼儿防走失系统，其特征在于，GPS模块U11、数据存储模块U13和LoRa射频芯片U15还与供电模块U12连接；供电模块同时给GPS模块、数据存储模块、MCU模块和LoRa射频芯片供电。
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