CN111736494A - 基于物联网的护栏状态智能监控装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的护栏状态智能监控装置及系统，装置安装在护栏上，包括主控模块、加速度采集模块、定位模块、通信模块、电源管理模块和温度检测模块；其中，加速度模块用于采集护栏及监控装置自身的加速度信息；定位模块用于采集护栏的位置信息；温度检测模块用于采集护栏环境温度；主控模块用于根据加速度模块采集的加速度信息判断护栏状态信息，通过通信模块远程通讯。本发明采用高精度动作姿态检测技术，可以根据护栏倾斜、倒塌、受撞击等情况下的动作特性和加速度信息识别护栏的异常状态，实现护栏安全情况的监测，受环境因素影响小、准确率高。

Description

基于物联网的护栏状态智能监控装置及系统

技术领域

本发明涉及护栏安全监控领域，尤其涉及一种监测并传输护栏安全情况的护栏状态监控系统。

背景技术

随着平安城市建设的逐步推广和人们对安全防护要求的不断提高，在建筑工地、陷洞基坑等危险区域，住宅小区、企事业单位等建筑场所设立护栏被广泛推广，确保技防措施的实施到位。

目前，采用人工巡检方式进行护栏安全情况监控存在人工成本高、管理效率低、信息共享实施困难等问题。先进的智能周界防护方案一般在现有实体围栏的基础上增加报警系统。通用的报警系统主要采用红外对射、红外微波双鉴、高压电子脉冲、视频监控等技术，普遍存在铺设成本高、误报率高、室外供电不便、故障报警原因不清晰等问题。而主要依赖的有线数据传输方式在工地、危险地段等户外环境存在接线不便、数据易丢失、人工监测效率低等情况。

发明内容

本发明目的在于提供一种高效、可靠、低成本的基于物联网的护栏状态智能监控装置及系统。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于物联网的护栏状态智能监控装置，所述监控装置安装在护栏上，包括主控模块、加速度采集模块、定位模块、通信模块、防拆模块、电源管理模块；其中，

所述加速度模块用于采集护栏及监控装置自身的加速度信息并传送至主控模块；

所述定位模块用于采集护栏的位置信息并传送至主控模块；

所述电源管理模块与锂电池、主控模块、加速度采集模块、定位模块、通信模块电性连接，用于设备的自供电和电压检测；

所述主控模块根据加速度模块采集的加速度信息判断护栏状态信息，通过通信模块远程通讯。

进一步的，所述加速度模块为三轴加速度芯片或六轴加速度芯片，用于采集护栏异常状态下的加速度信息曲线和护栏状态智能监控设备自身加速度信息。

进一步的，加速度计模块采用能够物理检测物体运动时三轴方向加速度的三轴加速度计，监控装置在护栏上安装到位后进行初始角度清零，当设备检测到大于5°的角度倾斜时，判定护栏处于倾斜状态，设备进行倾斜报警；当设备检测到某方向大于1g的加速度，且倾斜角度小于5°或可恢复到0°时，判定护栏处于受撞击状态，设备进行撞击报警；当设备检测到某方向大于1g的加速度，且出现大于5°的倾斜角度时，判定护栏处于撞击倒塌状态，设备进行撞击倒塌报警。

进一步的，所述护栏状态智能监控设备还包括防拆模块，所述防拆模块与主控模块相连，用于实现护栏状态智能监控设备的非法拆卸报警。

进一步的，所述防拆模块包括硬件防拆与软件防拆，硬件防拆使用异形防拆螺丝、铅封装置、撞针式防拆或光敏防拆方式，软件防拆由主控模块结合采集到的加速度信息判别护栏监控警示设备的异动情况，当监控装置检测到加速度信息满足下列条件时，判定设备处于被非法拆卸的状态，进行拆卸报警：多方向上发生加速度信息变化，加速度变化时间超过阈值。

进一步的，所述护栏状态智能监控装置还包括温度检测模块，用于采集护栏环境温度并传送至主控模块。

进一步的，所述主控模块为微型控制器MCU、微处理器ARM或者中央处理器CPU。

进一步的，所述定位模块为GPS定位模块、北斗定位模块、伽利略定位模块、基站定位模块、WIFI定位模块或IP定位模块。

进一步的，所述通信模块为移动通信模块、近场通信模块、WIFI模块、可见光通信模块或蓝牙模块。

一种基于物联网的护栏状态智能监控系统，包括：

护栏状态智能监控装置，用于采集、处理并发送护栏状态信息；

基站，所述基站与护栏状态智能监控设备中的通信模块进行数据交互，用于上报装置检测到的护栏异常信息和接收参数配置指令；

远程云平台，所述远程云平台通过基站与护栏状态智能监控装置进行通信，用于下发装置的参数配置指令和接收装置监测到的护栏异常信息。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明提供的护栏状态智能监控设备采用高精度动作姿态检测技术，可以根据护栏倾斜、倒塌、受撞击等情况下的动作特性和加速度信息识别护栏的异常状态，实现护栏安全情况的监测，受环境因素影响小、准确率高，有效解决了现有方案普遍存在的环境影响大、人为干扰因素大、监测不全面、数据易丢失等问题。同时，通过对设备动作状态的检测可以从软件上判断设备是否被非法拆卸，有效降低了硬件防拆方式的不可靠性。采用的低功耗系统设计采用但不限于低功耗芯片、主控芯片加通信模组的低功耗设计架构等方式，满足了电池供电下的长续航工作，提高了护栏状态智能监控设备的密封性和户外环境的适应性，有效解决了外部供电不便的问题。此外，本发明提供的临边护栏智能监测警示系统可以对安全漏洞进行及时的监测和警示，有效降低了人力巡查成本和安全事故的发生。

附图说明

图1是护栏状态智能监控设备的结构示意图。

图2是护栏状态智能监控系统的连接示意图。

图中所示：101、主控模块，102、加速度采集模块，103定位模块，104、通信模块，105、防拆模块，106、电源管理模块，107、温度检测模块，108、护栏，109、基站，110、远程云平台

具体实施方式

本发明一方面提供了一种基于物联网的护栏状态智能监控装置，所述护栏状态智能监控装置安装于护栏上，具有多个检测功能，包括但不限于护栏倾斜角度检测、护栏倒塌检测、护栏撞击检测、温度检测、位置测算、远程无线通信、拆卸报警等功能，同时具备软件防拆的能力。该装置包括主控模块、加速度采集模块、定位模块、通信模块、防拆模块、电源管理模块、温度检测模块。

所述主控模块与所述加速度采集模块、定位模块、温度检测模块、通信模块、电源管理模块电性相连，具体为具备有一定存储能力的小型、微型、低功耗处理器，包括但不限于微型控制器MCU、微处理器ARM、中央处理器CPU，能够处理、判断护栏异常情况的下数据信息，根据设备非法拆卸和护栏倾斜、倒塌、受撞击等情况下的动作特性和加速度数据形成护栏异常状态信息并进行报警，存储模块温度、位置信息，实现远程通信。

所述加速度采集模块用于采集安装在护栏上的护栏状态智能监控设备的加速度数据并传送至主控模块。实际工作中加速度模块可以准确采集护栏的异常动作信息，人为、环境干扰因素小。同时基于多方向动作姿态检测，可以从软件层上判断设备是否被从护栏上非法拆卸。

所述定位模块用于采集护栏的位置信息并传送至主控模块。

所述温度检测模块用于采集护栏安装的环境温度并传送至主控模块。

所述通讯模块包括但不限于NB、2G、3G、4G、5G、WiFi、蓝牙通信模组、esim芯片等，用于数据的远程通讯。

所述防拆模块用于实现护栏监控警示设备的非法拆卸报警。

所述电源管理模块，电性连接与锂电池、主控模块、加速度模块、定位模块、温度检测模块、通讯模块，用于实现护栏监控警示设备的自供电和电压检测，电池设计为不可及，提高模块的封闭性和户外环境的适应性。

优选地，所述主控芯片选择低功耗单片机，用以实现低功耗信息处理。

优选地，所述加速度采集模块选择三轴加速度芯片、六轴加速度芯片，用于采集护栏异常状态下的加速度信息曲线和护栏监控警示设备自身加速度信息。

优选地，所述定位模块选自GPS定位模块、北斗定位模块、伽利略定位模块、基站定位模块、WIFI定位模块和/或IP定位模块。

优选地，所述通讯模块选自移动通信模组、近场通信模组、WIFI模组、可见光通信模组或蓝牙模组，优选使用室外普及率最高的2G通信方案。

本发明第二方面提供一种护栏状态智能监控系统，包括：

第一方面提供的护栏状态智能监控装置，用于采集、处理并发送护栏的状态信息；所述护栏包括安装在建筑工地、陷洞基坑、事故多发区等危险地段的临边护栏；

基站，所述基站与护栏状态智能监控设备中的无线模块进行数据交互，用于上报设备检测到的护栏异常信息和接收设备参数配置指令；

远程云平台，所述远程云平台通过基站与护栏状态智能监控设备进行通信，用于下发设备的参数配置指令和接受设备监测到的护栏异常信息，及时进行报警并通知相关管控人员进行异常排查和复位，接受个人计算机或手机的数据访问。

上述内容仅为本发明技术方案的概述，为了更好地展示本发明的设计原理、工作特点和特征优势，以下将结合附图对其进行清楚、详细、完整的说明。

实施例1

如图1所示，一种基于物联网的护栏状态智能监控装置，如图1所示，包括主控模块101、加速度采集模块102、定位模块103、通信模块104、防拆模块105、电源管理模块106、温度检测模块107。

所述主控模块101与所述加速度采集模块102、定位模块103、通信模块104、电源管理模块106、温度检测模块107电性相连，具备有一定存储能力的小型、微型、低功耗处理器，包括但不限于微型控制器(MCU)、微处理器(ARM)、中央处理器(CPU)等，能够处理、判断护栏异常情况的下数据信息，根据设备非法拆卸和护栏倾斜、倒塌、受撞击等情况下的动作特性和加速度数据形成护栏异常状态信息并进行报警，存储模块温度、位置信息，实现远程通信。

所述加速度采集模块102用于采集安装在护栏上的护栏监控警示设备的加速度信息并传送至主控模块。实际工作中加速度模块102可以准确采集护栏的异常动作的加速度信息，并分解为角度信息，人为、环境干扰因素小。同时基于多方向高精度姿态检测技术，可以从软件层上判断设备是否被从护栏上非法拆卸。

所述定位模块103用于采集护栏的位置信息并传送至主控模块101。

所述温度检测模块107用于采集护栏安装的环境温度并传送至主控模块101。

所述通信模块104包括但不限于NB/2G/3G/4G/5G/WiFi/蓝牙通信模组、esim芯片等，用于数据的远程通讯。

所述防拆模块105用于实现护栏监控警示设备的非法拆卸报警。

所述电源管理模块106，电性连接与锂电池、主控模块、加速度模块、定位模块、温度检测模块、通讯模块，用于实现护栏监控警示设备的自供电和电压检测，电池设计为不可及，提高模块的封闭性和户外环境的适应性。

在本实施例中，主控模块101选用能够实现无线通信、能将输入信息转化成输出信息并具备一定存储能力的小型、微型、低功耗芯片，用以实现系统的低功耗和护栏异常信息的处理及存储。通过连接加速度传感器采集加速度信息，进行各方向加速度阈值判断与角度计算，在确认护栏处于正常状态时保持休眠状态，并进行通信关断，当采集到异常工作信息，包括但不限于护栏倾斜、倒塌、受撞击、温度异常、非法拆卸等，及时生成对应警报信息并唤醒通信模块进行护栏异常警示。

加速度计模块选用能够物理检测物体运动时三轴方向加速度的低功耗三轴加速度计，当护栏出现因受到外力而发生倾斜、倒塌，或因大冲击力造成非倾斜式形变等情况时，会产生不同的加速度信号，主控模块根据输入的加速度信息处理成加速度信息、角度信息和动作特性信息，进而判别护栏的异常状态并进行警示。设备在护栏上安装到位后开机并进行初始角度清零，当设备检测到大于5°的角度倾斜时，判定护栏处于倾斜状态，设备进行倾斜报警；当设备检测到某方向大于1g的加速度，且倾斜角度小于5°或可恢复到0°时，判定护栏处于受撞击状态，设备进行撞击报警；当设备检测到某方向上大于1g的加速度，且出现大于5°的倾斜角度时，判定护栏处于撞击倒塌状态，设备进行撞击倒塌报警。而当与护栏相连接的护栏监测警示设备被非法拆卸时，通过整体三轴方向加速度信号的变化可以判别设备的异动情况，结合物理防拆螺丝、短路检测装置、光敏防拆报警装置等可判断模块的非法拆卸情况并在必要时进行拆卸报警。在本实施例中，结合人为非法拆卸时的动作特性，当设备检测到多方向、长时间、不规律的加速度信息，判定设备处于被非法拆卸的状态，进行拆卸报警。

定位模块，用于检测模块的位置信息并发送至主控模块。在具体实施例中，可以使用GPS定位模块、北斗定位模块、伽利略定位模块、基站定位模块、WIFI定位模块或IP定位模块等。

通信模块使用室外普及率最高的2G通信方案，并且在护栏监测到处于正常状态时，通信模块可以被关闭以降低系统功耗。

防拆卸模块用于防止模块的非法拆卸。本发明设计的护栏监控警示设备属于物理外接式模块，防拆卸模块的存在使得设备在没有管理者授权地情况下不能被移除，这样可以更好的监控护栏的安全情况，防止护栏被人为挪动或盗窃。在具体实施例中，防拆模块包括硬件防拆与软件防拆，硬件防拆可以包括但不限于使用异形防拆螺丝、铅封装置、撞针式防拆、光敏防拆等方式，软件防拆由主控模块结合采集到的加速度信息判别护栏监控警示设备的异动情况，经过数据传输模块上传到云端进行异动报警。

为提高护栏监控警示设备的密封性，采用内部锂电池供电模式，电池不可及且没有外接电源接口，降低系统功耗、延长电池寿命是本发明的希望的特征，在本发明中通过适用低功耗芯片选择、基于单片机加通信模组架构开发等方式进行功耗的降低。

实施例2

一种护栏状态智能监控系统，如图2所示，包括：

护栏状态智能监控设备，如实施例1所示，用于采集、处理并发送护栏108的状态信息；所述护栏108包括安装在建筑工地、陷洞基坑、事故多发区等危险地段的临边护栏；

基站109，所述基站109与护栏状态智能监控设备中的无线模块进行数据交互，用于上报设备检测到的护栏异常信息和接收设备参数配置指令；

远程云平台110，所述远程云平台110通过基站109与护栏状态智能监控设备进行通信，用于下发设备的参数配置指令和接受设备监测到的护栏异常信息，及时进行报警并通知相关管控人员进行异常排查和复位，接受个人计算机或手机的数据访问。

本发明实施例中提供的芯片、接口、通讯协议以及通讯代码、程序等皆为现有技术中，不作为本发明所需保护的技术特征。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种基于物联网的护栏状态智能监控装置，其特征在于，所述监控装置安装在护栏上，包括主控模块、加速度采集模块、定位模块、通信模块和电源管理模块；其中，

所述加速度模块用于采集护栏及监控装置自身的加速度信息并传送至主控模块；

所述定位模块用于采集护栏的位置信息并传送至主控模块；

所述电源管理模块与锂电池、主控模块、加速度采集模块、定位模块、通信模块电性连接，用于设备的自供电和电压检测；

所述主控模块根据加速度模块采集的加速度信息判断护栏状态信息，通过通信模块远程通讯。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的护栏状态智能监控装置，其特征在于，所述加速度模块为三轴加速度芯片或六轴加速度芯片，用于采集护栏异常状态下的加速度信息曲线和护栏状态智能监控设备自身加速度信息。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的护栏状态智能监控装置，其特征在于，加速度计模块采用能够物理检测物体运动时三轴方向加速度的三轴加速度计，监控装置在护栏上安装到位后进行初始角度清零，当设备检测到大于5°的角度倾斜时，判定护栏处于倾斜状态，设备进行倾斜报警；当设备检测到某方向大于1g的加速度，且倾斜角度小于5°或可恢复到0°时，判定护栏处于受撞击状态，设备进行撞击报警；当设备检测到某方向大于1g的加速度，且出现大于5°的倾斜角度时，判定护栏处于撞击倒塌状态，设备进行撞击倒塌报警。

4.根据权利要求1或3所述的基于物联网的护栏状态智能监控装置，其特征在于，所述护栏状态智能监控装置还包括防拆模块，所述防拆模块与主控模块相连，用于实现护栏状态智能监控设备的非法拆卸报警。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的护栏状态智能监控装置，其特征在于，所述防拆模块包括硬件防拆与软件防拆，硬件防拆使用异形防拆螺丝、铅封装置、撞针式防拆或光敏防拆方式，软件防拆由主控模块结合采集到的加速度信息判别护栏监控警示设备的异动情况，当监控装置检测到加速度信息满足下列条件时，判定设备处于被非法拆卸的状态，进行拆卸报警：多方向上发生加速度信息变化，加速度变化时间超过阈值。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的护栏状态智能监控装置，其特征在于，所述护栏状态智能监控装置还包括温度检测模块，用于采集护栏环境温度并传送至主控模块。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的护栏状态智能监控装置，其特征在于，所述主控模块为微型控制器MCU、微处理器ARM或者中央处理器CPU。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的护栏状态智能监控装置，其特征在于，所述定位模块为GPS定位模块、北斗定位模块、伽利略定位模块、基站定位模块、WIFI定位模块或IP定位模块。

9.根据权利要求1所述的基于物联网的护栏状态智能监控装置，其特征在于，所述通信模块为移动通信模块、近场通信模块、WIFI模块、可见光通信模块或蓝牙模块。

10.一种基于权利要求1～9任意一项所述基于物联网的护栏状态智能监控装置的监控系统，其特征在于，包括：

护栏状态智能监控装置，用于采集、处理并发送护栏状态信息；

基站，所述基站与护栏状态智能监控设备中的通信模块进行数据交互，用于上报装置检测到的护栏异常信息和接收参数配置指令；

远程云平台，所述远程云平台通过基站与护栏状态智能监控装置进行通信，用于下发装置的参数配置指令和接收装置监测到的护栏异常信息。

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