CN108389383A - 基于NB-IoT的水环境监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于NB‑IoT的水环境监控系统，包括若干个数据采集节点、上位机和应用服务器，所述数据采集节点、上位机和应用服务器依次连接，所述数据采集节点分布在水域的不同地点，对水质的参数数据进行采集，并将采集到的参数数据传输到上位机，所述上位机接收到参数数据后将其储存，并构建NB‑IoT数据平台，所述应用服务器与NB‑IoT数据平台对接展示参数数据。本发明提供的水环境监控系统无需人工定时采样，成本低廉，采集的数据可通过应用服务器实时显示监测，有效实现对水环境PH、温度、盐度和含氧量等数据的监测。
Description
技术领域
本发明涉及监测技术领域，尤其涉及一种基于NB-IoT的水环境监控系统及方法。
背景技术
NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝的窄带物联网)是IoT领域一个新兴的技术，NB-IoT具备如下特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年。
在现代化水产养殖场中，为了提高水产养殖的自动化和智能化程度，对养殖水体进行温度、溶解氧、透明度、盐度及pH等参数进行自动监测和控制是十分必要的。目前国内外一些研究机构己经开始将无线传感器网络应用到水产养殖领域，通常是将参数水质传感器、无线传感网络与GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)通讯相结合，但是其中的GPRS通信模块成本高，体积、功耗较大，需要经常更换电池，而且GPRS信号容易受到建筑物体屏蔽，在基本没有GPRS信号的情况下通过基站定位，但是基站定位准确度较低。使用NB-IoT则有望大大降低传输功耗和通信模块体积，实现整个目标检测系统的小型化、低功耗化，实现更广泛的分布式监测。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种能够有效降低成本的基于NB-IoT的水环境监控系统，还提供了一种步骤简便的基于NB-IoT的水环境监控方法。
本发明提供一种基于NB-IoT的水环境监控系统，包括若干个数据采集节点、上位机和应用服务器，所述数据采集节点、上位机和应用服务器依次连接，所述数据采集节点分布在水域的不同地点，对水质的参数数据进行采集，并将采集到的参数数据传输到上位机，所述上位机接收到参数数据后将其储存，并构建NB-IoT数据平台，所述应用服务器与NB-IoT数据平台对接展示参数数据。
进一步地，所述数据采集节点包括NB-IoT通信模块、电源模块、主控芯片和传感器模块，所述NB-IoT通信模块、电源模块和传感器模块均与主控芯片连接，所述电源模块为传感器模块和主控芯片供电，所述传感器模块采集水质的参数数据，并将采集到的参数数据发送到主控芯片，所述主控芯片接收参数数据并对接收到的参数数据进行处理，然后将处理过的参数数据通过NB-IoT通信模块发送到上位机。
进一步地，所述传感器模块包括温度传感器、电导率传感器、TOC传感器、PH传感器、浊度传感器和ORP传感器，所述温度传感器测量水的温度，并将温度数据发送到中控芯片，所述电导率传感器测量水的电导率，并将电导率数据发送到中控芯片，所述TOC传感器测量水中的总有机碳含量，并将总有机碳含量数据发送到中控芯片，所述PH传感器测量水的pH值，并将pH数据发送到中控芯片，所述浊度传感器测量水的浊度，并将浊度数据发送到中控芯片，所述ORP传感器测量水的ORP值，并将ORP数据发送到中控芯片。
进一步地，所述电源模块采用锂电池供电。
进一步地，所述中控芯片选用stm32芯片。
进一步地，所述应用服务器选用计算机、手机或者液晶显示器中的任一种。
本发明还提供一种基于NB-IoT的水环境监控方法，包括以下步骤：
S1，在水域的不同地点布置数据采集节点；
S2，通过数据采集节点采集水质的参数数据，并将采集到的参数数据传输到上位机；
S3，上位机接收参数数据并储存构建NB-IoT数据平台；
S4，利用应用服务器展示NB-IoT数据平台上的参数数据。
进一步地，所述应用服务器选用计算机、手机或者液晶显示器中的任一种。
进一步地，所述参数数据包括水的温度、电导率、总有机碳含量、pH值、浊度和ORP值。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的水环境监控系统无需人工定时采样，成本低廉，采集的数据可通过应用服务器实时显示监测，有效实现对水环境的PH、温度、盐度和含氧量等数据的监测；本发明采用无线方式传输水质各项指标参数数据，避免了复杂的布线带来的麻烦；本发明的数据采集节点采用电池供电，能耗低，寿命长，方便随时更新采集点；本发明提供的水环境监控系统既保证了传统的数据采集、传输和存储，又实现了水质参数的实时监测，大大降低了成本，易于安装和维护，具有很强的灵活性。
附图说明
图1是本发明一种基于NB-IoT的水环境监控系统的结构示意图。
图2是本发明的LM2596稳压电路的电路原理图。
图3是本发明的线性稳压芯片SP6205EM5-3.3的电路原理图。
图4是本发明一种基于NB-IoT的水环境监控方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于NB-IoT的水环境监控系统，包括若干个数据采集节点1、上位机2和应用服务器3，数据采集节点1、上位机2和应用服务器3依次连接，数据采集节点1分布在水域的不同地点，对水质的参数数据进行采集，并将采集到的参数数据传输到上位机2，上位机2接收到参数数据后将其储存，并构建NB-IoT数据平台21，NB-IoT数据平台21能够长时间存储水质的参数数据，生成水质参数变化曲线，了解水环境的变化趋势，应用服务器3与NB-IoT数据平台21对接展示参数数据，用户能够通过注册账户对NB-IoT数据平台21进行访问，并且能实时得到水质参数数据及水质变化趋势；一实施例中，应用服务器3选用计算机、手机或者液晶显示器中的任一种。
数据采集节点1包括NB-IoT通信模块11、电源模块12、主控芯片13和传感器模块14，NB-IoT通信模块11、电源模块12和传感器模块14均与主控芯片13连接，电源模块12为NB-IoT通信模块11、主控芯片13和传感器模块14供电，电源模块12采用锂电池供电，锂电池充满电后电压为12.6V，由于传感器模块14的工作电压是5V，主控芯片13的工作电压是3.3V，因此需要经过稳压电路对12.6V的电压进行转换，本发明使用LM2596-5.0V开关稳压芯片将12.6V的电压转换为5.0V，然后一部分传输给传感器模块14供电，另一部分通过线性稳压芯片SP6205EM5-3.3将5.0V的电压转换为3.3V给中控芯片13供电，其中，NB-IoT通信模块11的上行工作频段为869～894MHz，下行工作频段为925～960MHz，发射功率为23dBm～40dBm,接收灵敏度为-129dBm，LM2596-5.0V开关稳压芯片的输出电压为5.0V，板载5V传感器对电源纹波要求不是很高，并且LM2596稳压电路最大持续可负载电流2.5A，系统电流需求最大为1A，其电路原理图参考图2；线性稳压芯片SP6205EM5-3.3的输出电压为3.3V，满载电流500MA，其电路原理图参考图3。
传感器模块14采集水质的参数数据，并将采集到的参数数据发送到主控芯片13，主控芯片13接收参数数据并对接收到的参数数据进行处理，然后将处理过的参数数据通过NB-IoT通信模块11发送到上位机2；一实施例中，中控芯片13选用stm32芯片。
传感器模块14包括温度传感器141、电导率传感器142、TOC(Total OrganicCarbon，总有机碳)传感器143、PH传感器144、浊度传感器145和ORP(oxidation reductionpotential，氧化还原电位)传感器146，温度传感器141测量水的温度，并将温度数据发送到中控芯片13，电导率传感器142测量水的电导率，并将电导率数据发送到中控芯片13，TOC传感器143测量水中的总有机碳含量，并将总有机碳含量数据发送到中控芯片13，PH传感器144测量水的pH值，并将pH数据发送到中控芯片13，浊度传感器145测量水的浊度，并将浊度数据发送到中控芯片13，ORP传感器146测量水的ORP值，并将ORP数据发送到中控芯片13。
请参考图4，本发明还提供一种基于NB-IoT的水环境监控方法，包括以下步骤：
步骤S1，在水域的不同地点布置数据采集节点1；
步骤S2，通过数据采集节点1采集水质的各项参数数据，并将采集到的参数数据传输到上位机2，参数数据包括水的温度、电导率、总有机碳含量、pH值、浊度和ORP值；
步骤S3，上位机2接收参数数据并储存构建NB-IoT数据平台21；
步骤S4，利用应用服务器3展示NB-IoT数据平台21上的参数数据，应用服务器3选用计算机、手机或者液晶显示器中的任一种。
NB-IOT是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术，具有覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点。
本发明提供的水环境监控系统无需人工定时采样，成本低廉，采集的数据可通过应用服务器3实时显示监测，有效实现对水环境的PH、温度、盐度和含氧量等数据的监测；本发明采用无线方式传输水质各项指标参数数据，避免了复杂的布线带来的麻烦；本发明的数据采集节点1采用电池供电，能耗低，寿命长，方便随时更新采集点；本发明提供的水环境监控系统既保证了传统的数据采集、传输和存储，又实现了水质参数的实时监测，大大降低了成本，易于安装和维护，具有很强的灵活性。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于NB-IoT的水环境监控系统，其特征在于，包括若干个数据采集节点、上位机和应用服务器，所述数据采集节点、上位机和应用服务器依次连接，所述数据采集节点分布在水域的不同地点，对水质的参数数据进行采集，并将采集到的参数数据传输到上位机，所述上位机接收到参数数据后将其储存，并构建NB-IoT数据平台，所述应用服务器与NB-IoT数据平台对接展示参数数据。
2.如权利要求1所述的基于NB-IoT的水环境监控系统，其特征在于，所述数据采集节点包括NB-IoT通信模块、电源模块、主控芯片和传感器模块，所述NB-IoT通信模块、电源模块和传感器模块均与主控芯片连接，所述电源模块为传感器模块和主控芯片供电，所述传感器模块采集水质的参数数据，并将采集到的参数数据发送到主控芯片，所述主控芯片接收参数数据并对接收到的参数数据进行处理，然后将处理过的参数数据通过NB-IoT通信模块发送到上位机。
3.如权利要求2所述的基于NB-IoT的水环境监控系统，其特征在于，所述传感器模块包括温度传感器、电导率传感器、TOC传感器、PH传感器、浊度传感器和ORP传感器，所述温度传感器测量水的温度，并将温度数据发送到中控芯片，所述电导率传感器测量水的电导率，并将电导率数据发送到中控芯片，所述TOC传感器测量水中的总有机碳含量，并将总有机碳含量数据发送到中控芯片，所述PH传感器测量水的pH值，并将pH数据发送到中控芯片，所述浊度传感器测量水的浊度，并将浊度数据发送到中控芯片，所述ORP传感器测量水的ORP值，并将ORP数据发送到中控芯片。
4.如权利要求2所述的基于NB-IoT的水环境监控系统，其特征在于，所述电源模块采用锂电池供电。
5.如权利要求1所述的基于NB-IoT的水环境监控系统，其特征在于，所述中控芯片选用stm32芯片。
6.如权利要求1所述的基于NB-IoT的水环境监控系统，其特征在于，所述应用服务器选用计算机、手机或者液晶显示器中的任一种。
7.一种基于NB-IoT的水环境监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在水域的不同地点布置数据采集节点；
S2，通过数据采集节点采集水质的参数数据，并将采集到的参数数据传输到上位机；
S3，上位机接收参数数据并储存构建NB-IoT数据平台；
S4，利用应用服务器展示NB-IoT数据平台上的参数数据。
8.如权利要求7所述的基于NB-IoT的水环境监控方法，其特征在于，所述应用服务器选用计算机、手机或者液晶显示器中的任一种。
9.如权利要求7所述的基于NB-IoT的水环境监控方法，其特征在于，所述参数数据包括水的温度、电导率、总有机碳含量、pH值、浊度和ORP值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180810 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |