CN111308526A - 一种基于nb-iot的位移监测器 - Google Patents

一种基于nb-iot的位移监测器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于NB‑IOT的位移监测器，包括外壳，外壳的表面设置有电源开关、底面设置有NB‑IOT天线；外壳的内部设置有微控制器；微控制器分别与信号传输模块、传感模块、三模定位模块、计时模块、电池模块相连接；微控制器用于接收和发送电源开关指令，接收传感模块、三模定位模块、计时模块的信息，并向信号传输模块发送报警信息；本发明通过NB‑IoT构建于蜂窝网络，具有覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点，与传感模块相结合，可有效的解决物品实时监测的基本需求，实现实时监测与报警、数据采集、传输、低功耗、全覆盖联网等功能，可广泛应用于各需要位移监测器的领域。

Description

一种基于NB-IOT的位移监测器
技术领域
本发明涉及一种位移监测器，尤其涉及一种基于NB-IOT的位移监测器，属于固定物品监管领域。
背景技术
在生活中，有大量设备如无人售货机、啤酒柜、快递柜等，常发生挪动或被盗，资产拥有者对资产的状态无法掌握，通过人工巡检的方法，在准确性、实时性、成本控制发面，均难以得到满足需求。
目前市场上存在的技术监控手段主要有：
1.基于GPS定位的监测方式：即通过物品所处的GPS信号来测算位移距离，但是零售柜大多在室内，没有GPS信号导致设备无法工作。GPS精度(比如10米或更小的位移行为)对物品挪动的精度也过于粗糙。
2.基于摄像头的监视方式：即通过物品所处的摄像头来监视物品是否被挪动。这种方法需要电源接入、WIFI信号或宽带，还要有采购昂贵的读写器(有的还要采购专业的AI视觉计算主机等)，即使如此也无法解决摄像头被遮挡等问题，且商家拒绝涉及隐私的摄像头监视。
为解决上述问题，市场上需要一种在低成本、无电源、便携等诸多条件限制下的独立使用的技术监控手段。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于NB-IOT的位移监测器。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于NB-IOT的位移监测器，包括外壳，外壳的表面设置有电源开关、底面设置有NB-IOT天线；外壳的内部设置有微控制器；
微控制器分别与信号传输模块、传感模块、三模定位模块、计时模块、电池模块相连接；微控制器用于接收和发送电源开关指令，接收传感模块、三模定位模块、计时模块的信息，并向信号传输模块发送报警信息；当物品挪动时，由传感模块、三模定位模块、计时模块采集数据并发送至微控制器，微控制器进行计算分析后，向信号传输模块上报信息，最后通过NB-IOT网络传输给服务器；
信号传输模块包括NB-IOT模组、NB-IOT天线；NB-IOT模组的一端与微控制器相连接、另一端与NB-IOT天线相连接；当接收到微控制器的发送指令时，调用NB-IOT模组的唤醒机制，并按照电信运营商的NB-IOT平台要求，发送数据指令；发送成功后，调用NB-IOT模组的省电机制进入低功耗状态；
传感模块包括加速度传感器、陀螺仪、气压传感器、滤波器；加速度传感器、陀螺仪、气压传感器、滤波器分别与微控制器相连接；滤波器用于对加速度传感器、陀螺仪、气压传感器所接受到的频率进行有效滤除，剔除毛刺后以获得更加准确的传感数据；
三模定位模块包括北斗、GPS、GLONASS导航定位模块；北斗、GPS、GLONASS导航定位模块分别与微控制器相连接；三模定位模块用于被监测物品的实时位置数据获取，是物品监测的补充手段；当被监测物品发送户外移动时，每个X时段向微控制器提供实时定位数据；当最近两个X时段位置数据发生变动时，由微控制器向信号传输模块发送位置报警数据；
计时模块包括时钟芯片、纽扣电池；时钟芯片的一端与微控制器相连接、另一端与纽扣电池相连接；计时模块独立供电并向微控制器提供实时日期和时间；
电池模块包括电池组、电池保护板；电池保护板与微控制器相连，并接受其指令；当外置电源开关启动时，微控制器向电源保护板发送通电指令；当外置电源开关关闭时，微控制器向电源保护板发送断电指令。
进一步地，电池组以电池串联的方式接入到电池保护板，再由电池保护板输出电源供电给其它模块。
进一步地，电池模块的电池处于欠压、过压时，电池保护板自动中断电源供应，向微控制器发送欠压指令P1、过压指令P2，由信号传输模块将P1、P2指令通过NB-IOT网络传输给服务器。
进一步地，微控制器还与蜂鸣器相连接；电源开关开启时，微控制器启动蜂鸣器，表示正在请求入网；NB-IOT模组注册成功后，微控制器在收到电信运营商入网成功回复后关闭蜂鸣器；电源开关关闭时，微控制器关闭蜂鸣器。
进一步地，微控制器的型号为SP6201EM5-3.3/F33；陀螺仪为9轴陀螺仪。
本发明通过NB-IoT构建于蜂窝网络，具有覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点，与传感模块相结合，可有效的解决物品实时监测的基本需求，实现实时监测与报警、数据采集、传输、低功耗、全覆盖联网等功能，可广泛应用于各需要位移监测器的领域。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)准确监测固定资产的移动情况；
(2)对固定资产的移动情况准确并及时预警；
(3)准确监测固定资产被移动的轨迹；
(4)提高固定资产的位置利用效率；
(5)降低对固定资产巡检管理的人工成本。
本发明可应用于以下领域：
(1)新零售：饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机、化妆品自动售卖机等；
(2)共享设备：自助洗车机、共享洗衣机、共享按摩椅、共享充电宝等；
(3)服务自助：银行自助服务机、电信自助服务机、电力自助服务机、医疗自助服务机等；
(4)自助娱乐：自动拍照机、迷你唱吧、游戏机等。
附图说明
图1为本发明的外部结构示意图。
图2为本发明的工作流程图。
图3为本发明的内部连接示意图。
图4为电池模块的电路原理图。
图5为电源开关的电路原理图。
图6为微控制器的电路原理图。
图7为传感模块的电路原理图。
图8为GPS转接口的电路原理图。
图9为计时模块的电路原理图。
图10为三模定位模块的电路原理图。
图11为信号传输模块的电路原理图。
图中：1、外壳；2、电源开关；3、NB-IOT天线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示的一种基于NB-IOT的位移监测器，包括外壳1，外壳1的表面设置有电源开关2、底面设置有NB-IOT天线3；外壳1的内部设置有微控制器；
微控制器分别与信号传输模块、传感模块、三模定位模块、计时模块、电池模块相连接；如图6所示，微控制器的型号为SP6201EM5-3.3/F33；微控制器用于接收和发送电源开关指令，接收传感模块、三模定位模块、计时模块的信息，并向信号传输模块发送报警信息；如图2所示，当物品挪动时，由传感模块、三模定位模块、计时模块采集数据并发送至微控制器，微控制器进行计算分析后，向信号传输模块上报信息，最后通过NB-IOT网络传输给服务器；服务器可以是电脑端或手机客户端，方便用户随时收到提示，从而采取相应的措施。
如图11所示，信号传输模块包括NB-IOT模组、NB-IOT天线；NB-IOT模组的一端与微控制器相连接、另一端与NB-IOT天线相连接；当接收到微控制器的发送指令时，调用NB-IOT模组的唤醒机制，并按照电信运营商的NB-IOT平台要求，发送数据指令；发送成功后，调用NB-IOT模组的省电机制进入低功耗状态；
NB-IOT模组必须先注册入网才能使用，当电源开关2开启时，微控制器向电池保护板发送NB-IOT模组的供电指令。NB-IOT模组在供电后向电信运营商的NB-IOT平台请求入网，在注册成功后，运营商的NB-IOT平台返回入网是否成功回复。微控制器还与蜂鸣器相连接；电源开关2开启时，微控制器启动蜂鸣器，表示正在请求入网；NB-IOT模组注册成功后，微控制器在收到电信运营商入网成功回复后关闭蜂鸣器；如图5所示，电源开关2关闭时，微控制器关闭蜂鸣器。
NB-IoT具备四大特点：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；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。NB-IoT其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IoT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。
如图7所示，传感模块包括加速度传感器、陀螺仪、气压传感器、滤波器；加速度传感器、陀螺仪、气压传感器、滤波器分别与微控制器相连接；加速度传感器用于计算被监测物品的挪动距离，即被监测物品的原有位置，与被挪动后的水平差距。陀螺仪用于计算被监测物品的角度，即被监测物品在挪动后的位置与水平偏角。陀螺仪为9轴陀螺仪。气压传感器用于计算被监测物品的高度，被监测物品的原有高度，与被挪动后的垂直差距；滤波器用于对加速度传感器、陀螺仪、气压传感器所接受到的频率进行有效滤除，剔除毛刺后以获得更加准确的传感数据。
如图9所示，计时模块包括时钟芯片、纽扣电池；时钟芯片的一端与微控制器相连接、另一端与纽扣电池相连接；计时模块独立供电并向微控制器提供实时日期和时间；
当被监测物位于室外时，通过传感模块、计时模块共同监测，得到被监测物位移的数据，然后传输至微控制器做出相应的反应，不仅提高了固定资产的位置利用效率，而且降低了对固定资产巡检管理的人工成本。
如图10、图8所示，三模定位模块包括北斗、GPS、GLONASS导航定位模块；北斗、GPS、GLONASS导航定位模块分别与微控制器相连接；三模定位模块用于被监测物品的实时位置数据获取，是物品监测的补充手段；当被监测物品发送户外移动时，每个X时段向微控制器提供实时定位数据；当最近两个X时段位置数据发生变动时，由微控制器向信号传输模块发送位置报警数据；X时段可以根据客户的要求进行修改。
当被监测物品发生挪动起，微控制器从计时模块获得T1时，从加速度传感器所获得的数据数据值H1，陀螺仪所获得的数据数据值A1、气压传感器所获得的数据数据值V1传输给微控制器。
当被监测物品发生挪动后，微控制器从计时模块获得T2时，从加速度传感器所获得的数据数据值H2，陀螺仪所获得的数据数据值A2、气压传感器所获得的数据数据值V2传输给微控制器。
当T2-T1≥a，且H2-H1≥b，或T2-T1≥c，或A2-A1≥d，微控制器向信号传输模块发送报警指令，以及所获取的数据。a默认值为8秒，b默认值为2.5米，c默认值为30°，d默认值为0.5米，a、b、c、d的数值可根据场景进行修改，也可根据客户的需求进行修改。
当被监测物位于室外时，通过三模定位模块、传感模块、计时模块共同监测，得到被监测物位移的数据，然后传输至微控制器做出相应的反应，起到准确监测固定资产的移动情况；对固定资产的移动情况准确并及时预警；准确监测固定资产被移动的轨迹的作用，有效的解决物品实时监测的基本需求，实现实时监测与报警、低功耗、全覆盖联网。
如图4所示，电池模块包括电池组、电池保护板；电池保护板与微控制器相连，并接受其指令；当外置电源开关2启动时，微控制器向电源保护板发送通电指令；当外置电源开关2关闭时，微控制器向电源保护板发送断电指令。
电池组以电池串联的方式接入到电池保护板，再由电池保护板输出电源供电给其它模块。电池模块的电池处于欠压、过压时，电池保护板自动中断电源供应，向微控制器发送欠压指令P1、过压指令P2，由信号传输模块将P1、P2指令通过NB-IOT网络传输给服务器。
本发明的使用过程：使用时，将外壳1黏贴在物品表面或固定内置在物品内部，当被监测的物品被挪动时，本产品会向服务器端发送报警指令。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于NB-IOT的位移监测器，其特征在于：包括外壳(1)，所述外壳(1)的表面设置有电源开关(2)、底面设置有NB-IOT天线(3)；外壳(1)的内部设置有微控制器；
所述微控制器分别与信号传输模块、传感模块、三模定位模块、计时模块、电池模块相连接；微控制器用于接收和发送电源开关指令，接收传感模块、三模定位模块、计时模块的信息，并向信号传输模块发送报警信息；当物品挪动时，由传感模块、三模定位模块、计时模块采集数据并发送至微控制器，微控制器进行计算分析后，向信号传输模块上报信息，最后通过NB-IOT网络传输给服务器；
所述信号传输模块包括NB-IOT模组、NB-IOT天线；所述NB-IOT模组的一端与微控制器相连接、另一端与NB-IOT天线相连接；当接收到微控制器的发送指令时，调用NB-IOT模组的唤醒机制，并按照电信运营商的NB-IOT平台要求，发送数据指令；发送成功后，调用NB-IOT模组的省电机制进入低功耗状态；
所述传感模块包括加速度传感器、陀螺仪、气压传感器、滤波器；所述加速度传感器、陀螺仪、气压传感器、滤波器分别与微控制器相连接；所述滤波器用于对加速度传感器、陀螺仪、气压传感器所接受到的频率进行有效滤除，剔除毛刺后以获得更加准确的传感数据；
所述三模定位模块包括北斗、GPS、GLONASS导航定位模块；所述北斗、GPS、GLONASS导航定位模块分别与微控制器相连接；三模定位模块用于被监测物品的实时位置数据获取，是物品监测的补充手段；当被监测物品发送户外移动时，每个X时段向微控制器提供实时定位数据；当最近两个X时段位置数据发生变动时，由微控制器向信号传输模块发送位置报警数据；
所述计时模块包括时钟芯片、纽扣电池；所述时钟芯片的一端与微控制器相连接、另一端与纽扣电池相连接；计时模块独立供电并向微控制器提供实时日期和时间；
所述电池模块包括电池组、电池保护板；所述电池保护板与微控制器相连，并接受其指令；当外置电源开关(2)启动时，微控制器向电源保护板发送通电指令；当外置电源开关(2)关闭时，微控制器向电源保护板发送断电指令。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的位移监测器，其特征在于：所述电池组以电池串联的方式接入到电池保护板，再由电池保护板输出电源供电给其它模块。
3.根据权利要求2所述的基于NB-IOT的位移监测器，其特征在于：所述电池模块的电池处于欠压、过压时，电池保护板自动中断电源供应，向微控制器发送欠压指令P1、过压指令P2，由信号传输模块将P1、P2指令通过NB-IOT网络传输给服务器。
4.根据权利要求3所述的基于NB-IOT的位移监测器，其特征在于：所述微控制器还与蜂鸣器相连接；电源开关(2)开启时，微控制器启动蜂鸣器，表示正在请求入网；NB-IOT模组注册成功后，微控制器在收到电信运营商入网成功回复后关闭蜂鸣器；电源开关(2)关闭时，微控制器关闭蜂鸣器。
5.根据权利要求4所述的基于NB-IOT的位移监测器，其特征在于：所述微控制器的型号为SP6201EM5-3.3/F33；所述陀螺仪为9轴陀螺仪。
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