CN108107486A - 一种基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，属于气象监测技术领域。本发明包括电源模块、数据采集模块、定位模块、LoRa无线传输模块、单片机模块、云端；数据采集模块用于实时采集气象信息再发送给单片机模块；定位模块用于实时监测车辆的位置信息，通过车身自带的GPS装置获取车辆的位置信息，将该信息传输到单片机模块；单片机模块用于对气象信息进行A/D转换处理，将某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息一起通过LoRa无线传输模块无线传输至云端存储。本发明采用低功耗、传输距离远、抗干扰能力强的LORA无线通讯方式，节能环保，具有良好的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，属于气象监测技术领域。
背景技术
随着互联网的高速发展，使得各领域的信息能够实时传输。对数据的实时分享使得更多的人对自己的行为做出更加理智的判断。如今，全国的车辆数量与日俱增，据报道，截至2017年6月底，全国机动车保有量达3.04亿辆，其中汽车2.05亿辆，机动车驾驶人达3.71亿人，其中汽车驾驶人达3.28亿人。而完整的气象信息可以为人们出行提供较为完备的判断方向。由于气象信息随着时间和地理位置的变化而变化，所以实时传输显得尤为必要。这对无线传输工具的功耗以及传输距离提出了更高的要求，而LORA的特点就是低功耗、传输距离远、抗干扰能力强，所以能够很好的应用于所需要的监测装置中。为人们能够通过在云端下载数据而及时获取某地理位置的气象信息提供了便利。
发明内容
本发明的目的是针对现有无线传输技术的限制，提供基于功耗小、传输距离远、抗干扰能力强的LORA无线传输技术的车载式气象监测装置，使得各传感器实时监测的数据能够随时为人们所下载利用，让人们选择出行更加便利安全。
本发明技术方案是：一种基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，包括电源模块1、数据采集模块2、定位模块3、LoRa无线传输模块4、单片机模块5、云端10；
所述电源模块1与数据采集模块2、定位模块3、单片机模块5、LoRa无线传输模块4相连用于供电；单片机模块5与数据采集模块2、定位模块3、LoRa无线传输模块4相连；
所述数据采集模块2用于实时采集气象信息再发送给单片机模块5；
所述定位模块3用于实时监测车辆的位置信息，通过车身自带的GPS装置获取车辆的位置信息，将该信息传输到单片机模块5；
所述LoRa无线传输模块4用于把单片机模块5中的某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息无线传输给云端；
所述单片机模块5用于对气象信息进行A/D转换处理，将某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息一起通过LoRa无线传输模块4无线传输至云端10存储；
所述云端10用于存储某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息并供需要数据的移动终端进行下载。
所述数据采集模块2中的测压电路包括温度传感器模块6、湿度传感器模块7、颗粒传感器模块8、风速传感器模块9；
所述温度传感器模块6包括芯片TC1407、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1；其中电容C1、C2的一端并行的与TC1047芯片的管脚1和管脚3相连，另一端一边接入5V电源，另一端接地，电容C3的一端接地，另一端与电阻R1输出的电压电路相连，电阻R1的一端与芯片TC1049的管脚2相连，然后将测得的模拟电压输送至单片机模块5。
所述湿度传感器模块7包括芯片DHT90，电阻R2；其中电阻R2的一端与DHT90芯片的管脚4相连，另一端接电源。
所述颗粒传感器模块8包括芯片PMS1003、电阻R3、电阻R4、电容C4、按键S1；其中电阻R3的一端与PMS1003芯片的管脚3相连，另一端与STC15W4K32S4单片机的管脚6相连，电阻R4的一端接地，另一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4管脚相连，其中电容C4的一端和按键S1的一端与VCC相连，电容C4的另一端和按键S1的另一端与PMS1003芯片的管脚6相连。
所述风速传感器模块9包括芯片MAX485、电容C5；其中电容C5的一端与MAX485芯片的管脚8相连并且接电源，另一端于MAX485芯片的管脚5相连并且接地，MAX485芯片的的管脚3接STC15W4K32S4单片机的管脚39，MAX485芯片的的管脚4接STC15W4K32S4单片机的管脚40。
所述单片机模块5包括晶振电路、复位电路、STC15W4K32S4单片机；晶振电路包括电容C6、电容C7，晶振Y1；其中电容C6的一端与接地端相连，电容C6的另一端与晶振Y1的一端和STC15W4K32S4单片机的XTAL2相连，电容C7的一端与接地端相连，电容C7的另一端与晶振Y1的1端和STC15W4K32S4单片机的XTAL1相连，STC12C5A60S4单片机的GND接地；复位电路包括电容C8、电阻R5、按键S2；其中电容C8的一端和按键S2的一端与VCC相连，电容C8的另一端和按键S2的另一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4相连，电阻R5的一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4相连，电阻R5的另一端接地。
所述LoRa无线传输模块4包括LoRa模块、天线E1、电阻R6、电容C9，按键S3；LoRa模块采用芯片SX1276，天线E1接在LoRa模块的管脚1，电容C9的一端和按键S3的一端与VCC相连，电容C9的另一端和按键S3的另一端与LoRa模块的管脚4相连，电阻R6的一端与LoRa模块的管脚4相连，电阻R6的另一端接地。
所述实时监测装置还包括进气口过滤网11、金属外壳12、叶片连接轴承13、叶片固定轴承14、叶片15、固定吸盘16、封装外壳17；所述进气口过滤网11位于颗粒传感器模块8的前方，并且把这两个硬件一起封装在金属外壳12的里面，叶片连接轴承13连接两个叶片15，并将这个整体固定在叶片固定轴承14上方，然后和封装外壳17里面的风速传感器模块9连接单片机模块5封装在封装外壳17里面，LoRa无线传输模块4安装在单片机模块5的下方，数据采集模块2中的所有传感器设备和单片机模块5全部封装在封装外壳17里面，用于固定所述装置的吸盘16安装在靠近车身的一端，温度传感器模块6、湿度传感器模块7、颗粒传感器模块8安装至所述装置最前端，风速传感器模块9置于金属外壳17上端。
具体地，定位模块3定位装置可以通过GPS、北斗或其它卫星定位系统，实时地确定经纬度等信息。如果需要，可以配合电子地图实时地显示车辆所在的地理位置信息。
本发明的有益效果是：
本发明针对现有无线传输技术出现的问题，比如功耗大、传输距离短、抗干扰能力弱等，提出了LoRa无线传输技术，此技术的特点就是功耗小、传输距离短、抗干扰能力强等，利用此技术可以将通过各传感器监测的实时数据传输至云端，然后人们出行之前可以灵活地选择地名来获取该地方的气象信息，为自身出行带来了极大的便利，也能够从某种程度上减少交通事故的发生。且装置的主要用电来源是风力发电，节能环保，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明整体结构框图；
图2为本发明温度传感器模块电路图；
图3为本发明湿度传感器模块电路图；
图4为本发明颗粒传感器模块电路图；
图5为本发明风速传感器模块电路图；
图6为本发明单片机模块的电路图；
图7为本发明LoRa无线传输模块电路图；
图8为本发明装置图。
图1-8中各标号：1-电源模块，2-数据采集模块，3-定位模块，4-LoRa无线传输模块，5-单片机模块，6-温度传感器模块，7-湿度传感器模块，8-颗粒传感器模块，9-风速传感器模块、10-云端、11-进气口过滤网、12-金属外壳、13-叶片连接轴承、14-叶片固定轴承、15-叶片、16-固定吸盘、17-封装外壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-8所示，一种基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，包括电源模块1、数据采集模块2、定位模块3、LoRa无线传输模块4、单片机模块5、云端10；
所述电源模块1与数据采集模块2、定位模块3、单片机模块5、LoRa无线传输模块4相连用于供电；单片机模块5与数据采集模块2、定位模块3、LoRa无线传输模块4相连；
所述数据采集模块2用于实时采集气象信息再发送给单片机模块5；
所述定位模块3用于实时监测车辆的位置信息，通过车身自带的GPS装置获取车辆的位置信息，将该信息传输到单片机模块5；
所述LoRa无线传输模块4用于把单片机模块5中的某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息无线传输给云端；
所述单片机模块5用于对气象信息进行A/D转换处理，将某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息一起通过LoRa无线传输模块4无线传输至云端10存储；
所述云端10用于存储某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息并供需要数据的移动终端进行下载。
进一步的，所述数据采集模块2中的测压电路包括温度传感器模块6、湿度传感器模块7、颗粒传感器模块8、风速传感器模块9；
所述温度传感器模块6包括芯片TC1407、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1；其中电容C1、C2的一端并行的与TC1047芯片的管脚1和管脚3相连，另一端一边接入5V电源，另一端接地，电容C3的一端接地，另一端与电阻R1输出的电压电路相连，电阻R1的一端与芯片TC1049的管脚2相连，然后将测得的模拟电压输送至单片机模块5。
进一步的，所述湿度传感器模块7包括芯片DHT90，电阻R2；其中电阻R2的一端与DHT90芯片的管脚4相连，另一端接电源。
进一步的，所述颗粒传感器模块8包括芯片PMS1003、电阻R3、电阻R4、电容C4、按键S1；其中电阻R3的一端与PMS1003芯片的管脚3相连，另一端与STC15W4K32S4单片机的管脚6相连，电阻R4的一端接地，另一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4管脚相连，其中电容C4的一端和按键S1的一端与VCC相连，电容C4的另一端和按键S1的另一端与PMS1003芯片的管脚6相连。
进一步的，所述风速传感器模块9包括芯片MAX485、电容C5；其中电容C5的一端与MAX485芯片的管脚8相连并且接电源，另一端于MAX485芯片的管脚5相连并且接地，MAX485芯片的的管脚3接STC15W4K32S4单片机的管脚39，MAX485芯片的的管脚4接STC15W4K32S4单片机的管脚40。
进一步的，所述单片机模块5包括晶振电路、复位电路、STC15W4K32S4单片机；晶振电路包括电容C6、电容C7，晶振Y1；其中电容C6的一端与接地端相连，电容C6的另一端与晶振Y1的一端和STC15W4K32S4单片机的XTAL2相连，电容C7的一端与接地端相连，电容C7的另一端与晶振Y1的1端和STC15W4K32S4单片机的XTAL1相连，STC12C5A60S4单片机的GND接地；复位电路包括电容C8、电阻R5、按键S2；其中电容C8的一端和按键S2的一端与VCC相连，电容C8的另一端和按键S2的另一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4相连，电阻R5的一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4相连，电阻R5的另一端接地。
进一步的，所述LoRa无线传输模块4包括LoRa模块、天线E1、电阻R6、电容C9，按键S3；LoRa模块采用芯片SX1276，天线E1接在LoRa模块的管脚1，电容C9的一端和按键S3的一端与VCC相连，电容C9的另一端和按键S3的另一端与LoRa模块的管脚4相连，电阻R6的一端与LoRa模块的管脚4相连，电阻R6的另一端接地。
进一步的，所述实时监测装置还包括进气口过滤网11、金属外壳12、叶片连接轴承13、叶片固定轴承14、叶片15、固定吸盘16、封装外壳17；所述进气口过滤网11位于颗粒传感器模块8的前方，并且把这两个硬件一起封装在金属外壳12的里面，叶片连接轴承13连接两个叶片15，并将这个整体固定在叶片固定轴承14上方，然后和封装外壳17里面的风速传感器模块9连接单片机模块5封装在封装外壳17里面，LoRa无线传输模块4安装在单片机模块5的下方，数据采集模块2中的所有传感器设备和单片机模块5全部封装在封装外壳17里面，用于固定所述装置的吸盘16安装在靠近车身的一端，温度传感器模块6、湿度传感器模块7、颗粒传感器模块8安装至所述装置最前端，风速传感器模块9置于金属外壳17上端。
具体地，定位模块3定位装置可以通过GPS、北斗或其它卫星定位系统，实时地确定经纬度等信息。如果需要，可以配合电子地图实时地显示车辆所在的地理位置信息。
本发明的工作原理是：
本装置的温度传感器模块6通过芯片TC1047的管脚VCC和管脚VSS来监测变化的电压，然后通过管脚VOUT输出模拟电压的变化情况，通过该管脚连接STC15W4K32S4单片机的管脚PWM6_2/AD7/P0.7，把模拟电压转换为数字电压，由于TC1047芯片的工作原理是温度随着电压呈线性变化，这样就可以监测外部温度的变化情况了。
湿度传感器模块7采用DHT90芯片，芯片包含一个电容性聚合体测使敏感元件，与STC15W4K32S4单片机的A/D接口以及串行接口实现无缝连接。管脚DATA用于数据的读取，数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平，需要一个外部的上拉电阻将信号提拉至高电平。
颗粒传感器模块8采用PMS1003芯片，管脚SET通过一个阻值较大的电阻与STC15W4K32S4单片机的管脚P0.5连接，管脚RXD与管脚TXD与STC15W4K32S4单片机的管脚TXD与管脚RXD连接，进行数据发送与接收。
风速传感器模块9采用芯片MAX485，管脚R0为接收器的输出端，与STC15W4K32S4单片机的管脚RXD相连，管脚DI为驱动器输入端并和STC15W4K32S4单片机的管脚TXD相连。管脚DE和管脚RE使芯片在发送接受时不管处于高电平和低电平时均有效。当管脚A的电平高于B时，代表发送的数据为1；当管脚A的电平低于B时，代表发送的数据为0。
本装置主要安装在车辆的进气格栅里面，温度传感器模块6、湿度传感器模块7、颗粒传感器模块8、风速传感器模块9四个传感器共同组成数据采集模块2，实时采集外界大气中温度、湿度、能见度、风速等气象数据，然后实时传输与传感器直接相连的单片机模块5。同时单片机将对接收的各项气象数据进行AD转换处理并保存，定位模块也与单片机模块直接相连，通过车辆自带的GPS实时获取车辆的位置信息，并将位置信息传输至单片机模块。单片机模块将气象信息和位置信息通过LoRa无线传输模块4传入至云端10。移动终端可以通过输入位置就可以有目的性的获取当地的气象情况。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，其特征在于：
包括电源模块（1）、数据采集模块（2）、定位模块（3）、LoRa无线传输模块（4）、单片机模块（5）、云端（10）；
所述电源模块（1）与数据采集模块（2）、定位模块（3）、单片机模块（5）、LoRa无线传输模块（4）相连用于供电；单片机模块（5）与数据采集模块（2）、定位模块（3）、LoRa无线传输模块（4）相连；
所述数据采集模块（2）用于实时采集气象信息再发送给单片机模块（5）；
所述定位模块（3）用于实时监测车辆的位置信息，通过车身自带的GPS装置获取车辆的位置信息，将该信息传输到单片机模块（5）；
所述LoRa无线传输模块（4）用于把单片机模块（5）中的某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息无线传输给云端；
所述单片机模块（5）用于对气象信息进行A/D转换处理，将某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息一起通过LoRa无线传输模块（4）无线传输至云端（10）存储；
所述云端（10）用于存储某个位置的气象信息和该位置的车辆位置信息并供需要数据的移动终端进行下载。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，其特征在于：所述数据采集模块（2）中的测压电路包括温度传感器模块（6）、湿度传感器模块（7）、颗粒传感器模块（8）、风速传感器模块（9）；
所述温度传感器模块（6）包括芯片TC1407、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1；其中电容C1、C2的一端并行的与TC1047芯片的管脚1和管脚3相连，另一端一边接入5V电源，另一端接地，电容C3的一端接地，另一端与电阻R1输出的电压电路相连，电阻R1的一端与芯片TC1049的管脚2相连，然后将测得的模拟电压输送至单片机模块（5）。
3.根据权利要求2所述的基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，其特征在于：所述湿度传感器模块（7）包括芯片DHT90，电阻R2；其中电阻R2的一端与DHT90芯片的管脚4相连，另一端接电源。
4.根据权利要求2所述的基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，其特征在于：所述颗粒传感器模块（8）包括芯片PMS1003、电阻R3、电阻R4、电容C4、按键S1；其中电阻R3的一端与PMS1003芯片的管脚3相连，另一端与STC15W4K32S4单片机的管脚6相连，电阻R4的一端接地，另一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4管脚相连，其中电容C4的一端和按键S1的一端与VCC相连，电容C4的另一端和按键S1的另一端与PMS1003芯片的管脚6相连。
5.根据权利要求2所述的基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，其特征在于：所述风速传感器模块（9）包括芯片MAX485、电容C5；其中电容C5的一端与MAX485芯片的管脚8相连并且接电源，另一端于MAX485芯片的管脚5相连并且接地，MAX485芯片的的管脚3接STC15W4K32S4单片机的管脚39，MAX485芯片的的管脚4接STC15W4K32S4单片机的管脚40。
6.根据权利要求2所述的基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，其特征在于：所述单片机模块（5）包括晶振电路、复位电路、STC15W4K32S4单片机；晶振电路包括电容C6、电容C7，晶振Y1；其中电容C6的一端与接地端相连，电容C6的另一端与晶振Y1的一端和STC15W4K32S4单片机的XTAL2相连，电容C7的一端与接地端相连，电容C7的另一端与晶振Y1的1端和STC15W4K32S4单片机的XTAL1相连，STC12C5A60S4单片机的GND接地；复位电路包括电容C8、电阻R5、按键S2；其中电容C8的一端和按键S2的一端与VCC相连，电容C8的另一端和按键S2的另一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4相连，电阻R5的一端与STC15W4K32S4单片机的P5.4相连，电阻R5的另一端接地。
7.根据权利要求2所述的基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，其特征在于：所述LoRa无线传输模块（4）包括LoRa模块、天线E1、电阻R6、电容C9，按键S3；LoRa模块采用芯片SX1276，天线E1接在LoRa模块的管脚1，电容C9的一端和按键S3的一端与VCC相连，电容C9的另一端和按键S3的另一端与LoRa模块的管脚4相连，电阻R6的一端与LoRa模块的管脚4相连，电阻R6的另一端接地。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于LoRa的车载式交通气象嵌入式实时监测装置，其特征在于：所述实时监测装置还包括进气口过滤网（11）、金属外壳（12）、叶片连接轴承（13）、叶片固定轴承（14）、叶片（15）、固定吸盘（16）、封装外壳（17）；所述进气口过滤网（11）位于颗粒传感器模块（8）的前方，并且把这两个硬件一起封装在金属外壳（12）的里面，叶片连接轴承（13）连接两个叶片（15），并将这个整体固定在叶片固定轴承（14）上方，然后和封装外壳（17）里面的风速传感器模块（9）连接单片机模块（5）封装在封装外壳（17）里面，LoRa无线传输模块（4）安装在单片机模块（5）的下方，数据采集模块（2）中的所有传感器设备和单片机模块（5）全部封装在封装外壳（17）里面，用于固定所述装置的吸盘（16）安装在靠近车身的一端，温度传感器模块（6）、湿度传感器模块（7）、颗粒传感器模块（8）安装至所述装置最前端，风速传感器模块（9）置于金属外壳（17）上端。
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