CN111353557B - 基于lora的电子标签、质押物异动侦测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于LORA的电子标签、质押物异动侦测系统及方法。电子标签包括：ARM MCU模块、加速度传感器、GPS模块、LORA模块、GSM模块、以及电池及电源管理模块，其中加速度传感器用于侦测大宗物资的位移；LORA模块用于根据扩频通讯协议执行电子标签与基站的通讯。系统包括：上述电子标签以及异动侦测基站。基站包括：ARM MCU模块、声光报警模块、GPS模块、LORA模块、3G/4G/WIFI模块、以及不间断电源及电源管理模块。本发明适于金属环境应用、电子标签与基站间可实现低功耗、远距离通讯，传输距离可达公里级别。加速度传感器能够更灵敏、更准确地侦测质押物异动的状态，便于实现对物资位移侦测、以及电子围栏的部署。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，更具体地涉及一种基于LORA和加速度传感器的电子标签、质押物异动侦测系统及方法。
背景技术
本发明聚焦金融质押物的监管，整合物联网、互联网、通讯技术，打造了一个能够远程监管质押物异动的监控装置。帮助金融机构有效的对质押物进行动态化、实时化的监控及预警服务。
RFID（Radio Frequency Identification）技术作为构建“物联网” 的关键技术近年来受到人们的关注。RFID技术被应用在身份证件和门禁控制、供应链和库存跟踪、汽车收费、防盗、生产控制、资产管理。
RFID标签具有持久性，信息接收传播穿透性强，存储信息容量大、种类多等特点。有些RFID标签支持读写功能，目标物体的信息能随时被更新。依据标签内部供电有无，RFID标签分为被动式、半被动式（也称作半主动式）、主动式三类。
主动式标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部IC所需电源以产生对外的信号。一般来说，主动式标签拥有较长的读取距离和可容纳较大的内存容量可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息。
主动式标签又称为有源标签，内建电池，可利用自有电力在标签周围形成有效活动区，主动侦测周遭有无读取器发射的呼叫信号，并将自身的资料传送给读取器.
目前在资产管理领域主要应用有源RFID标签实现物资的定位、库存盘点等方面。
图1示出现有的有源RFID标签的通常结构。
如图所示，有源RFID标签包括：ARM MCU模块、GPS模块、蓝牙模块、GSM/WIFI模块、和电池及电源管理模块。
GPS模块用于现实室外的定位；蓝牙模块实现物资与基站和盘点设备之间的通信；GSM/WIFI模块实现基站与服务器之间的通信。
对于应用于金融质押的钢铁大宗物资管理，其具有独特的应用环境，具体体现为：
1、质押物质处于金属环境中，通信信号存在反射状况；
2、厂房高度高，通常超过10米，蓝牙通讯技术难以覆盖；
3、需要对质押物资的异动情况进行监控，一般而言，金融质押物资没有得到融资机构的指令，不允许发生位移或者位移超出指定范围。
针对上述应用环境，需要对现有的通用有源RFID标签进行优化改进，使之满足对钢铁大宗物资进行监控的特定需要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于LORA和加速度传感器的电子标签、质押物异动侦测系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供一种用于检测大宗物资异动的电子标签，包括：ARMMCU模块、加速度传感器、GPS模块、LoRa模块、GSM模块、以及电池及电源管理模块，其中：所述加速度传感器用于侦测大宗物资的位移；LoRa模块用于根据扩频通讯协议执行电子标签与基站的通讯；GPS模块用于实现电子标签的定位以及位置信息的转发控制；GSM模块用于实现电子标签与互联网、应用系统的通讯；ARM MCU模块与加速度传感器、GPS模块、LoRa模块和GSM模块连接；电池及电源管理模块为上述各模块提供动力和电源管理。
根据本发明一个方面的用于检测大宗物资异动的电子标签，加速度传感器为低功耗3轴加速度传感器；ARM MCU模块为低功耗32位ARM MCU；GPS模块为北斗定位模块。
根据本发明一个方面的用于检测大宗物资异动的电子标签设置有强磁模块，大宗物资为钢铁产品，电子标签通过强磁模块附着于钢铁产品表面。
根据本发明的另一个方面，提供一种基于LORA通讯技术的质押物异动侦测的系统，包括：上述的用于检测大宗物资异动的电子标签以及异动侦测基站。
该异动侦测基站包括：ARM MCU模块、声光报警模块、GPS模块、LORA模块、3G/4G/WIFI模块、以及不间断电源及电源管理模块，其中：声光报警模块用于提供声音、灯光的报警控制；LoRa模块用于实现基站与电子标签的通讯；GPS模块用于实现基站的定位以及位置信息的转发控制；3G/4G/WIFI模块用于实现基站与互联网、应用系统的通讯；ARM MCU模块与声光报警模块、GPS模块、LoRa模块和3G/4G/WIFI模块连接；电池及电源管理模块为上述各模块提供动力和电源管理。
根据本发明的另一个方面的基于LORA通讯技术的质押物异动侦测装置中，ARMMCU为ARM cortex M4处理器； GPS为北斗定位模块。
根据本发明的又一方面，提供一种基于LORA通讯技术的侦测质押物异动的方法，包括以下步骤：
在货物上设置异动侦测电子标签，电子标签包括：ARM MCU模块、加速度传感器、GPS模块、LoRa模块、GSM模块、和电池及电源管理模块；
将异动侦测电子标签与货物ID、名称以及相关属性进行初始化绑定；
在仓库现场设置异动侦测基站，所述异动侦测基站包括：ARM MCU模块、声光报警模块、GPS模块、LORA模块、3G/4G/WIFI模块、和不间断电源及电源管理模块；
当货物异动时，异动侦测电子标签中的加速度传感器向异动侦测基站反馈位移信息；
异动侦测基站根据位移信息判断是否超出设定的预警阈值；
当超出设定的预警阈值时，异动侦测基站向声光报警模块发送报警指令并同步向应用系统反馈预警信息；
声光报警模块报警指令后触发报警；
应用系统收到预警信息反馈后在应用层将预警信息推送至业务运营人员，出发业务报警。
较佳地，基于LORA通讯技术的侦测质押物异动的方法还包括以下步骤：
应用系统根据业务需求生成盘点指令；
应用系统根据货物的存放地点、ID和异动侦测电子标签的对照关系梳理需要反馈信息的异动侦测电子标签及异动侦测基站；
应用系统向异动侦测基站发送状态反馈指令；
异动侦测基站向异动侦测电子标签发送状态反馈指令；
异动侦测电子标签获取状态反馈指令，将其坐标和状态信息反馈至异动侦测基站；
异动侦测基站获取状态反馈信息，如未收到异动侦测电子标签的反馈信息则向应用系统反馈异常信息；如收到异动侦测电子标签的反馈信息则向应用系统反馈坐标信息和状态信息。
应用系统收到反馈信息，根据业务预警规则生成预警信息至应用层。
较佳地，基于LORA通讯技术的侦测质押物异动的方法还包括以下步骤：
根据业务需求，在仓储地点设置电子围栏，启动围栏服务；
异动侦测基站与异动侦测电子标签建立通讯链路；
异动侦测电子标签将其坐标信息数据反馈至异动侦测基站；
异动侦测基站根据坐标信息数据描绘异动轨迹；
异动侦测基站计算异动侦测电子标签坐标与电子围栏的位移及偏差；
若异动侦测电子标签的坐标超出电子围栏的范围则启动报警；
异动侦测基站向应用系统反馈异动信息。
根据本发明的基于LORA和加速度传感器的电子标签、质押物异动侦测系统及方法具有适合于金属环境应用、电子标签与基站之间可实现低功耗、远距离通讯，传输距离可达到公里级别。扩频通讯技术可以在金属环境下实现对大宗物资状态的检测和反馈。采用加速度传感器能够更灵敏、更准确地侦测质押物异动的状态，便于实现对物资位移侦测、以及电子围栏的部署。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是现有技术的有源RFID电子标签的示意图；
图2是本发明的基于LORA和加速度传感器的电子标签的示意图；
图3是本发明的基于LORA的质押物异动侦测系统的示意图；
图4是本发明的异动侦测服务基站的示意图；
图5是根据本发明的基于LORA的质押物异动侦测方法的流程图；
图6是本发明的灵敏度检测算法和位移阈值管理算法的示意图。
实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案进行具体说明。
以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
图2示出根据本发明的基于LORA和加速度传感器的电子标签的示意图。
如图2所示，用于检测大宗物资异动的电子标签包括：ARM MCU模块、加速度传感器、GPS模块、LoRa模块、GSM模块、和电池及电源管理模块，其中：所述加速度传感器用于侦测大宗物资的位移；LoRa模块用于根据扩频通讯协议与基站的通讯；GPS模块用于实现电子标签的定位以及位置信息的转发控制；GSM模块用于实现与互联网、应用系统的通讯。ARMMCU模块与加速度传感器、GPS模块、LoRa模块和GSM模块连接。电池及电源管理模块为上述各模块提供动力和电源管理。
根据本发明的一实施例，加速度传感器为低功耗3轴加速度传感器；ARM MCU模块为低功耗32位ARM MCU；GPS模块为北斗定位模块。
根据本发明的一实施例，用于检测大宗物资异动的电子标签还设置有强磁模块，电子标签通过强磁模块附着于钢铁产品表面。
图3示出根据本发明的基于LORA的质押物异动侦测系统的示意图；
如图3所示，基于LORA通讯技术的质押物异动侦测的系统包括异动侦测电子标签和异动侦测基站。
基于LORA通讯技术的质押物异动侦测的系统通过异动侦测电子标签和异动侦测服务基站的组合以及与应用系统的集成，实现对大宗物资的定位、异动侦测、物资状态实时反馈。该系统有效地提高质押物监管的执行效率。
图4示出本发明的异动侦测服务基站的示意图。
如图4所示，异动侦测基站包括：ARM MCU模块、声光报警模块、GPS模块、LORA模块、3G/4G/WIFI模块、和不间断电源及电源管理模块。
其中：声光报警模块用于提供声音、灯光的报警控制；LoRa模块用于实现基站与电子标签的通讯；GPS模块用于实现基站的定位以及位置信息的转发控制；3G/4G/WIFI模块用于实现基站与互联网、应用系统的通讯；ARM MCU模块与声光报警模块、GPS模块、LoRa模块和3G/4G/WIFI模块连接；电池及电源管理模块为上述各模块提供动力和电源管理。
根据本发明的一实施例的基于LORA通讯技术的质押物异动侦测装置中，ARM MCU模块为ARM cortex M4处理器；GPS模块为北斗定位模块。
根据本发明的用于检测大宗物资异动的电子标签对现有的通用RFID标签结构进行了优化改进。
根据本发明的用于检测大宗物资异动的电子标签增加了3轴加速度传感器模块、LoRa通讯模块、北斗定位模块、以及用于将电子标签附着于钢铁产品表面上的强磁模块。
大宗物资在被吊装、搬运时会产生加速度，本发明采用的加速度模块可实现对物资位移的侦测、以及电子围栏的部署。
在高跨度、金属环境下，应用蓝牙通讯技术的通讯距离难以实现指令的传输。LORA模块为扩频通讯协议，LORA的通讯距离显著优于蓝牙技术的通讯距离，可达到公里级别。扩频通讯技术可以在金属环境下实现对大宗物资的状态的检测和反馈。
根据本发明的电子标签主要用于监管金融质押物，尤其涉及贵重物资的监管，物资的异动情况需第一时间得到反馈，反馈至预警模块中。本发明采用的3轴加速传感器模块检测的异动信息可提供多途径反馈。根据本发明，可以通过LORA将信息传输至基站，也可以通过GSM通讯模块反馈相关信息。即便是现场切断WIFI网络和基站电源，根据本发明的电子标签仍可将异动信息通过通信网络反馈至业务平台。
图5示出根据本发明的基于LORA的质押物异动侦测方法的流程图。
如图5所示，基于LORA通讯技术的侦测质押物异动的方法包括以下步骤：
在货物上设置异动侦测电子标签，电子标签包括：ARM MCU模块、加速度传感器、GPS模块、LoRa模块、GSM模块、和电池及电源管理模块；
将异动侦测电子标签与货物ID、名称以及相关属性进行初始化绑定；
在仓库现场设置异动侦测基站，所述异动侦测基站包括：ARM MCU模块、声光报警模块、GPS模块、LORA模块、3G/4G/WIFI模块、和不间断电源及电源管理模块；
当货物异动时，异动侦测电子标签中的加速度传感器向异动侦测基站反馈位移信息；
异动侦测基站根据位移信息判断是否超出设定的预警阈值；
当超出设定的预警阈值时，异动侦测基站向声光报警模块发送报警指令并同步向应用系统反馈预警信息；
声光报警模块报警指令后触发报警；
应用系统收到预警信息反馈后在应用层将预警信息推送至业务运营人员，出发业务报警。
较佳地，基于LORA通讯技术的侦测质押物异动的方法还包括以下步骤：
应用系统根据业务需求生成盘点指令；
应用系统根据货物的存放地点、ID和异动侦测电子标签的对照关系梳理需要反馈信息的异动侦测电子标签及异动侦测基站；
应用系统向异动侦测基站发送状态反馈指令；
异动侦测基站向异动侦测电子标签发送状态反馈指令；
异动侦测电子标签获取状态反馈指令，将其坐标和状态信息反馈至异动侦测基站；
异动侦测基站获取状态反馈信息，如未收到异动侦测电子标签的反馈信息则向应用系统反馈异常信息；如收到异动侦测电子标签的反馈信息则向应用系统反馈坐标信息和状态信息。
应用系统收到反馈信息，根据业务预警规则生成预警信息至应用层。
较佳地，基于LORA通讯技术的侦测质押物异动的方法还包括以下步骤：
根据业务需求，在仓储地点设置电子围栏，启动围栏服务；
异动侦测基站与异动侦测电子标签建立通讯链路；
异动侦测电子标签将其坐标信息数据反馈至异动侦测基站；
异动侦测基站根据坐标信息数据描绘异动轨迹；
异动侦测基站计算异动侦测电子标签坐标与电子围栏的位移及偏差；
若异动侦测电子标签的坐标超出电子围栏的范围则启动报警；
异动侦测基站向应用系统反馈异动信息。
图6是本发明的灵敏度检测算法和位移阈值管理算法的示意图。
大宗仓库中会行驶重型卡车，会产生地面的震动，因此需要消除震动对加速度传感器的影响，减少误报的行为。
本发明通过算法的优化，检测车辆行驶时震动的波形特征以及频率，实现对车辆行驶事件的识别与过滤，由此大幅度提高异动侦测的准确性和有效性。
此外，在软件层增加了位移阀值配置管理功能，实现对灵敏度的动态调整。
最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (8)
1.一种基于LORA通讯技术的质押物异动侦测的系统，其特征在于，所述系统包括：用于检测大宗物资异动的电子标签以及异动侦测基站，
所述电子标签包括：ARM MCU模块、加速度传感器、GPS模块、LoRa模块、GSM模块、以及电池及电源管理模块，其中：
所述加速度传感器用于侦测大宗物资的位移；
LoRa模块用于根据扩频通讯协议执行电子标签与基站的通讯；
GPS模块用于实现电子标签的定位以及位置信息的转发控制；
GSM模块用于实现电子标签与互联网、应用系统的通讯；
ARM MCU模块与加速度传感器、GPS模块、LoRa模块和GSM模块连接；
电池及电源管理模块为上述各模块提供动力和电源管理，
所述异动侦测基站包括：ARM MCU模块、声光报警模块、GPS模块、LORA模块、3G/4G/WIFI模块、以及不间断电源及电源管理模块，其中：
声光报警模块用于提供声音、灯光的报警控制；
LORA模块用于实现基站与电子标签的通讯；
GPS模块用于实现基站的定位以及位置信息的转发控制；
3G/4G/WIFI模块用于实现基站与互联网、应用系统的通讯；
ARM MCU模块与声光报警模块、GPS模块、LORA模块和3G/4G/WIFI模块连接；
电池及电源管理模块为上述各模块提供动力和电源管理，
所述基于LORA通讯技术的质押物异动侦测的系统执行以下基于LORA通讯技术的侦测质押物异动的方法步骤：
在货物上设置异动侦测电子标签；
将异动侦测电子标签与货物ID、名称以及相关属性进行初始化绑定；
在仓库现场设置异动侦测基站；
当货物异动时，异动侦测电子标签中的加速度传感器向异动侦测基站反馈位移信息；
异动侦测基站根据位移信息判断是否超出设定的预警阈值；
当超出设定的预警阈值时，异动侦测基站向声光报警模块发送报警指令并同步向应用系统反馈预警信息；
声光报警模块报警指令后触发报警；
应用系统收到预警信息反馈后在应用层将预警信息推送至业务运营人员，出发业务报警，
还包括以下方法步骤：
根据业务需求，在仓储地点设置电子围栏，启动围栏服务；
异动侦测基站与异动侦测电子标签建立通讯链路；
异动侦测电子标签将其坐标信息数据反馈至异动侦测基站；
异动侦测基站根据坐标信息数据描绘异动轨迹；
异动侦测基站计算异动侦测电子标签坐标与电子围栏的位移及偏差；
若异动侦测电子标签的坐标超出电子围栏的范围则启动报警；
异动侦测基站向应用系统反馈异动信息。
2.如权利要求1所述的基于LORA通讯技术的质押物异动侦测的系统，其特征在于：加速度传感器为低功耗3轴加速度传感器。
3.如权利要求1所述的基于LORA通讯技术的质押物异动侦测的系统，其特征在于：所述电子标签中的ARM MCU模块为低功耗32位ARM MCU。
4.如权利要求1所述的基于LORA通讯技术的质押物异动侦测的系统，其特征在于：所述电子标签中的GPS模块为北斗定位模块。
5.如权利要求1所述的基于LORA通讯技术的质押物异动侦测的系统，其特征在于，所述电子标签设置有强磁模块，大宗物资为钢铁产品，所述电子标签通过强磁模块附着于钢铁产品表面。
6.如权利要求1所述的基于LORA通讯技术的质押物异动侦测装置，其特征在于：所述异动侦测基站中的ARM MCU模块为ARM Cortex M4处理器；GPS模块为北斗定位模块。
7.一种基于LORA通讯技术的侦测质押物异动的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在货物上设置异动侦测电子标签，电子标签包括：ARM MCU模块、加速度传感器、GPS模块、LORA模块、GSM模块、和电池及电源管理模块；
将异动侦测电子标签与货物ID、名称以及相关属性进行初始化绑定；
在仓库现场设置异动侦测基站，所述异动侦测基站包括：ARM MCU模块、声光报警模块、GPS模块、LORA模块、3G/4G/WIFI模块、和不间断电源及电源管理模块；
当货物异动时，异动侦测电子标签中的加速度传感器向异动侦测基站反馈位移信息；
异动侦测基站根据位移信息判断是否超出设定的预警阈值；
当超出设定的预警阈值时，异动侦测基站向声光报警模块发送报警指令并同步向应用系统反馈预警信息；
声光报警模块报警指令后触发报警；
应用系统收到预警信息反馈后在应用层将预警信息推送至业务运营人员，出发业务报警，
所述方法还包括以下步骤：
根据业务需求，在仓储地点设置电子围栏，启动围栏服务；
异动侦测基站与异动侦测电子标签建立通讯链路；
异动侦测电子标签将其坐标信息数据反馈至异动侦测基站；
异动侦测基站根据坐标信息数据描绘异动轨迹；
异动侦测基站计算异动侦测电子标签坐标与电子围栏的位移及偏差；
若异动侦测电子标签的坐标超出电子围栏的范围则启动报警；
异动侦测基站向应用系统反馈异动信息。
8.如权利要求7所述的基于LORA通讯技术的侦测质押物异动的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
应用系统根据业务需求生成盘点指令；
应用系统根据货物的存放地点、ID和异动侦测电子标签的对照关系梳理需要反馈信息的异动侦测电子标签及异动侦测基站；
应用系统向异动侦测基站发送状态反馈指令；
异动侦测基站向异动侦测电子标签发送状态反馈指令；
异动侦测电子标签获取状态反馈指令，将其坐标和状态信息反馈至异动侦测基站；
异动侦测基站获取状态反馈信息，如未收到异动侦测电子标签的反馈信息则向应用系统反馈异常信息；如收到异动侦测电子标签的反馈信息则向应用系统反馈坐标信息和状态信息；
应用系统收到反馈信息，根据业务预警规则生成预警信息至应用层。
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| 刘铭 ; 胡凯利 ; 邹骁 ; 陈强 ; .基于有源RFID物联网的物资跟踪管理及追溯系统设计与实现.电子世界.2013,(02),全文. * |
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