CN109373970A - 高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器、方法及系统 - Google Patents

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蒋剑彪
吴刚
侯士通
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Beijing Te Xida Means Of Transportation Consultant Co Ltd
Southeast University
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Abstract

本发明公开了一种高速公路指示牌长期监测的NB‑IoT无线传感器，包括倾角模块，倾角模块采集高速公路指示牌的倾角变化信号并发送给MCU核心板，MCU核心板与NB‑IoT无线通信模块进行通信。本发明还公开了采用该NB‑IoT无线传感器的传感方法和系统。本发明解决了有线应变采集设备成本高、布线困难，现场安装难度大等问题，本发明的无线倾角传感器具有低成本、低功耗、高精度特点，有效实现指示牌倾角数据长期、实时监测过程。本发明解决了当前无线设备传输距离有限，功耗大等问题，有效解决了现场供电难等问题，通过UDP协议传输数据至云端服务器，能够实现集群、大规模监测目的，实现数据集中管理。

Description

高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器、方法及系统
技术领域
本发明涉及高速公路管养领域，特别是涉及高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器、方法及系统。
背景技术
高速公路指示牌是公路安全行驶、指引的重要构筑物，其为高速公路汽车驾驶者提供及时、有效的安全指引与提示。因此，指示牌的安全、稳定十分必要。
目前指示牌的巡检通常由管理单位延路线定期逐一检查。由于指示牌处于高速公路路线中，且数量众多，个别指示牌的倾倒不容易及时发现，但是指示牌一旦倾倒带来的道路行车与指示异常等危害不容忽视。因此，建立有效的安全监测系统，能够有效解决以上问题。
当前采用有线设备对指示牌进行长期、实时监测，现场布线长度长、难度高，且设备及后期维护成本很高，且在供电条件不足的环境下，有线采集设备更是难以维持正常工作。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种低成本、低功耗、高精度的高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器、方法及系统。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器，包括倾角模块，倾角模块采集高速公路指示牌的倾角变化信号并发送给MCU核心板，MCU核心板与NB-IoT无线通信模块进行通信。
进一步，还包括供能模块，供能模块为MCU核心板供电。
进一步，所述倾角模块设于测试盒内，测试盒布设在高速公路指示牌表面。
采用本发明所述的高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器的传感方法，包括以下步骤：
S1：倾角模块采集高速公路指示牌的倾角变化信号并发送给MCU核心板；
S2：MCU核心板与NB-IoT无线通信模块进行通信。
采用本发明所述的高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器的系统，包括所有高速公路指示牌表面均布设的NB-IoT无线传感器，所有NB-IoT无线传感器中的NB-IoT无线通信模块均发送数据至远程服务器。
有益效果：本发明公开了一种高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器、方法及系统，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
(1)本发明通过NB-IoT无线通信模块建立无线倾角传感器用于长期监测高速公路指示牌倾倒情况，通过倾角模块倾角值的变化反映指示牌竖直方向的倾角变化，由此反应指示牌的安全稳定性能。
(2)本发明解决了有线应变采集设备成本高、布线困难，现场安装难度大等问题，本发明的无线倾角传感器具有低成本、低功耗、高精度特点，有效实现指示牌倾角数据长期、实时监测过程。
(3)本发明解决了当前无线设备传输距离有限，功耗大等问题，有效解决了现场供电难等问题，通过UDP协议传输数据至云端服务器，能够实现集群、大规模监测目的，实现数据集中管理。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中系统的示意图；
图2为本发明具体实施方式中的倾角测量流程图；
图3为本发明具体实施方式中的倾角模块的安装位置示意图；
图4为本发明具体实施方式中的数据传输示意图；
图5为本发明具体实施方式中的集群监测示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器，如图1所示，包括倾角模块，倾角模块采集高速公路指示牌的倾角变化信号并发送给MCU核心板，MCU核心板与NB-IoT无线通信模块进行通信。还包括供能模块，供能模块为MCU核心板供电。倾角模块设于测试盒内，测试盒布设在高速公路指示牌表面。倾角模块又称为倾角传感器。图2为倾角测量流程图，图3为倾角模块的安装位置示意图。
(1)供能模块
采用锂电池提供3.7V标准电压为核心板供电。
(2)倾角模块
角分辨率为0.001°，精度为0.01°，输出电压模拟信号，内置高精度16bitA/D查分转换器，电压输入为8～24V，抗干扰处理，耐振抗冲，防水密封，性能稳定可靠，工作温度为-20～80℃。
(3)MCU核心板
包括MSP430F5438A低功耗处理器芯片，具有三个16位定时器、一个高性能12位ADC、多达四个通用串行通信接口(USCI)、一个硬件乘法器、DMA、具有报警功能的RTC模块和87个I/O引脚。核心板包括电源开关、DC12V输入、串口通信。扩展接口支持I2C，保证核心板与NB-IoT无线通信模块正常通信。该核心板主要实现低功耗数据存储，控制倾角模块采集频率，AT指令通信与串口调试功能。通过编译C语言单片机程序，设定接收倾角模块数据频率，通过单片机内部时钟确定是否接收倾角模块数据；编译C语言程序生成AT指令并发送至NB-IoT无线通信模块。
(4)NB-IoT无线通信模块
采用BC95-B20频段为850MHz模块，管脚数量为94，供电电压3.1V～4.2V，典型值3.8V，工作温度为-40℃～+85℃，采用AT指令控制，以UDP协议传输数据。该模块接收核心板AT指令后，执行网络寻找与注册，建立UDP协议连接，传输传感数据至指定IP、端口。该模块主要AT指令包括：“AT+CFUN＝1”设定工作模式，“AT+CGDCONT＝1,”IP”,”APN””设定入网方式，“AT+CGATT＝1”附着网络，“AT+CSQ”查询信号强度，“AT+CEREG？”查询注册网络状态，通过“AT+NSOCR”向指定公网IP发送16进制数据。图4为本发明的数据传输结构图。
本具体实施方式还公开了采用NB-IoT无线传感器的传感方法，包括以下步骤：
S1：倾角模块采集高速公路指示牌的倾角变化信号并发送给MCU核心板；
S2：MCU核心板与NB-IoT无线通信模块进行通信。
本具体实施方式还公开了采用NB-IoT无线传感器的系统，如图1所示，包括所有高速公路指示牌表面均布设的NB-IoT无线传感器，所有NB-IoT无线传感器中的NB-IoT无线通信模块均发送数据至远程服务器。图5为集群监测的示意图。
(5)远程服务器
采用串口程序，端口号为8082，使用Python编写UDP协议接口程序，使用socket库建立8082端口接收程序，接收无线数据，按照ID标识解析数据，使用MangoDB实时存储数据至指定数据库表中。

Claims (5)

1.高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器，其特征在于：包括倾角模块，倾角模块采集高速公路指示牌的倾角变化信号并发送给MCU核心板，MCU核心板与NB-IoT无线通信模块进行通信。
2.根据权利要求1所述的高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器，其特征在于：还包括供能模块，供能模块为MCU核心板供电。
3.根据权利要求1所述的高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器，其特征在于：所述倾角模块设于测试盒内，测试盒布设在高速公路指示牌表面。
4.采用根据权利要求1所述的高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器的传感方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：倾角模块采集高速公路指示牌的倾角变化信号并发送给MCU核心板；
S2：MCU核心板与NB-IoT无线通信模块进行通信。
5.采用根据权利要求1所述的高速公路指示牌长期监测的NB-IoT无线传感器的系统，其特征在于：包括所有高速公路指示牌表面均布设的NB-IoT无线传感器，所有NB-IoT无线传感器中的NB-IoT无线通信模块均发送数据至远程服务器。
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