CN113055840A - 一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于NB‑IoT协议的结构在线监测系统,包括传感器模块、传感器采集处理模块、NB‑IoT数据通信模块、电源充电及供电管理模块、服务器端和客户终端,所述传感器模块通过测量得到数据,所述传感器采集处理模块接收所述数据,所述服务器端在后端,所述传感器采集处理模块通过所述NB‑IoT数据通信模块将所述数据远距离传送到所述服务器端,所述电源充电及供电管理模块提供电源供给,所述服务器端布署在线监测数据显示、存储及分析管理软件,对监测数据进行分类显示、按需存储,并实时进行在线分析和给出预警信息。本发明无需布线,降低了成本,功耗更小,可以提供电信运营商级的服务质量,可以方便应用于复杂的结构监测环境。
Description
技术领域
本发明涉及结构在线监测系统技术领域,尤其涉及一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统。
背景技术
随着科技的进步及交通运输的需求,许多大型桥梁等结构应运而生,尤其是悬索类桥梁由于跨度大,造型优美,造价较低而备受青睐,成为桥梁设计和建设的首选。但是由于缺乏必要的监测和养护,我国出现了一些桥梁损坏事故,给国民经济和人民生命财产造成了巨大损失。目前市面上也出现各类基于物联网连接技术比如Zigbee、Lora等低功耗芯片组网的监测系统,但是这些芯片无法实现远距离通信,且系统构成复杂,需要增加中继网关。随着智慧城市发展的需求,未来各类结构监测的实时性和长期性要求都在提高,不仅桥梁需要监测,各类高铁线路、水坝、房屋、高架等结构都要实现在线监测,以确保提前预测损坏风险,现有的方案难以满足这种大范围的应用和发展,所以现提出了一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统。
本发明提出的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,包括传感器模块、传感器采集处理模块、NB-IoT数据通信模块、电源充电及供电管理模块、服务器端和客户终端,所述传感器模块通过测量得到数据,所述传感器采集处理模块接收所述数据,所述服务器端在后端,所述传感器采集处理模块通过所述NB-IoT数据通信模块将所述数据远距离传送到所述服务器端,所述电源充电及供电管理模块提供电源供给,所述服务器端布署在线监测数据显示、存储及分析管理软件,对监测数据进行分类显示、按需存储,并实时进行在线分析和给出预警信息,所述客户终端通过访问所述服务器端获取监测数据,所述数据包括结构形变、位移和环境参数。
优选地,所述传感器模块为加速度传感器、振动传感器、温湿度传感器、压力传感器、应力传感器、应变传感器、激光传感器和倾角传感器中的一种或组合。
优选地,所述电源充电及供电管理模块包括电源充电子模块和电源供电及控制子模块,所述电源为交流电源,所述电源充电及供电管理模块还包括电池单元,当有外接电源时,所述电源充电及供电管理模块切换到外接电源,当无外接电源时,所述电源充电及供电管理模块切换到电池供电。
优选地,所述传感器采集处理模块集成本地无线通信模块和/或显示模块,所述客户终端与所述本地无线通信模块进行近距离通信,获取监测数据和配置采集参数,所述显示模块显示所述传感器模块传送过来的采集数据。
优选地,所述本地无线通信模块采用短距离无线通信方式,所述短距离无线通信方式包括315/433MHz、蓝牙通信、Wifi通信、Zigbee通信、NFC通信和Lora通信方式。
优选地,所述客户终端通过访问所述服务器端下发控制命令对传感器采集参数、NB-IoT传送参数进行配置和更改。
所述客户终端通过所述本地无线通信模块完成对所述传感器模块和或所述传感器采集处理模块和或所述NB-IoT数据通信模块的初始组网配置。
所述客户终端通过所述服务器端应用程序下发OTA空中升级指令,对NB-IoT终端的固件程序进行升级。
所述客户终端通过所述本地无线通信模块查看和升级所述NB-IoT终端的固件程序。
所述客户终端包括PC终端和智能终端,所述智能终端为智能手机和/或平板电脑。
本发明中的有益效果为:
1.支持多种电源充电方式,除直接电池供电外,还支持直接接入市电或太阳能、风力等发电方式进行充电补充;无线通信方式,无需布线,降低了成本,降低了对监测点布署的限制;NB-IoT将各种传感器数据汇聚、压缩和打包然后传送到后台服务器,相对于传统的集中式无线监测系统,功耗更小,可以节约能源。
2.NB-IoT比传统GPRS信号覆盖强度提升20dB,对应的范围提升100倍,在地下室、地下管道等信号难以抵达的区域也能有效覆盖,并且NB-IoT直接应用于现有的GSM、UMTS或LTE网络,可以提供电信运营商级的服务质量,数据通信方面更有保障,可以保证数据传输业务稳定可靠的运行。
3.可以通过各种智能终端远程配置终端的参数,比如采集周期、数据压缩方式等,可以实现传感器数据的远距离传送,用户可以在终端程序界面配置数据传送目的服务器,自由将数据上传到公有服务器和或私有服务器,可以方便应用于复杂的结构监测环境,比如大型桥梁、地下隧道、大型建筑等,实现对结构健康的在线监测。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统的一体式结构示意图;
图2为本发明提出的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统的分体式结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例1,参照图1,一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,包括传感器模块、传感器采集处理模块、NB-IoT数据通信模块、电源充电及供电管理模块、服务器端和客户终端,传感器模块包括三轴加速度传感器和振动传感器,对桥梁的振动和位移进行测量,得到相关数据,传感器采集处理模块接收传感器模块发送过来的振动和位移数据,并通过NB-IoT数据通信模块将桥梁的振动和位移数据传送到服务器端,服务器端在后端,客户终端通过访问服务器端获取桥梁实时振动和位移数据,电源充电及供电管理模块为各系统子模块提供电源供给,电源充电及供电管理模块包括电源充电子模块和电源供电及控制子模块,电源包含市电、各种发电方式产生的交流电源,同时内部提供电池单元,在有外接电源时能够自动切换到外接电源,无外接电源时自动切换到电池供电,电源充电及供电管理模块支持多种充电输入,包括太阳能、市电和风力发电的输入,服务器端布署桥梁数据的综合管理软件系统,包含显示查看、存储、数据分析、预测、报警等子系统,智能终端通过APP和或微信小程序访问服务器获取桥梁的监测数据,并对传感器模块、传感器采集处理模块、NB-IoT数据通信模块进行配置和更改,传感器采集处理模块集成显示模块,显示模块方便用户现场查看监测数据和数据变化趋势,显示模块采用LCD显示屏,客户终端包括PC终端和智能终端,智能终端为智能手机和/或平板电脑。
实施例2,参照图2,一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,包括传感器模块、传感器采集处理模块、NB-IoT数据通信模块、电源充电及供电管理模块、服务器端和客户终端,传感器模块包括倾斜角传感器和振动传感器,对铁塔的倾斜和振动进行测量,得到相关数据,传感器采集处理模块接收传感器模块发送过来的倾斜和振动数据,并通过NB-IoT数据通信模块将铁塔的倾斜和振动数据传送到服务器端,服务器端在后端,客户终端通过访问服务器端获取铁塔实时倾斜和振动数据,电源充电及供电管理模块为各系统子模块提供电源供给,电源充电及供电管理模块包括电源充电子模块和电源供电及控制子模块,电源包含市电、各种发电方式产生的交流电源,同时内部提供电池单元,在有外接电源时能够自动切换到外接电源,无外接电源时自动切换到电池供电,电源充电及供电管理模块支持多种充电输入,包括太阳能、市电和风力发电的输入,服务器端布署铁塔数据的综合管理软件系统,包含显示查看、存储、数据分析、预测、报警等子系统,智能终端通过APP和或微信小程序访问服务器获取桥梁的监测数据,并对传感器模块、传感器采集处理模块、NB-IoT数据通信模块进行配置和更改,传感器采集处理模块集成显示模块,显示模块方便用户现场查看监测数据和数据变化趋势,显示模块采用LCD显示屏,客户终端包括PC终端和智能终端,智能终端为智能手机和/或平板电脑。
实施例3,相对于实施例1和实施例2,区别仅在于,传感器采集处理模块集成本地无线通信模块,客户终端与本地无线通信模块进行近距离通信,获取监测数据和配置采集参数,本地无线通信模块采用短距离无线通信方式,短距离无线通信方式包括315/433MHz、蓝牙通信、Wifi通信、Zigbee通信、NFC通信和Lora通信方式,客户终端通过访问服务器端下发控制命令对传感器采集参数、NB-IoT传送参数进行配置和更改,客户终端通过本地无线通信模块完成对传感器模块的初始组网配置,客户终端通过服务器端应用程序下发OTA空中升级指令,对NB-IoT终端的固件程序进行升级,客户终端通过本地无线通信模块查看和升级NB-IoT终端的固件程序,客户终端包括PC终端和智能终端,智能终端为智能手机和/或平板电脑。
实施例4,相对于实施例1、实施例2和实施例3,区别仅在于,传感器采集处理模块集成本地无线通信模块和显示模块,客户终端与本地无线通信模块进行近距离通信,获取监测数据和配置采集参数,显示模块显示传感器模块传送过来的采集数据,显示模块采用LCD显示屏,本地无线通信模块采用短距离无线通信方式,短距离无线通信方式包括315/433MHz、蓝牙通信、Wifi通信、Zigbee通信、NFC通信和Lora通信方式,客户终端通过访问服务器端下发控制命令对传感器采集参数、NB-IoT传送参数进行配置和更改,客户终端通过本地无线通信模块完成对传感器模块的初始组网配置,客户终端通过服务器端应用程序下发OTA空中升级指令,对NB-IoT终端的固件程序进行升级,客户终端通过本地无线通信模块查看和升级NB-IoT终端的固件程序,客户终端包括PC终端和智能终端,智能终端为智能手机和/或平板电脑。
实施例5,相对于实施例4,区别仅在于,客户终端通过本地无线通信模块完成对传感器采集处理模块的初始组网配置。
实施例6,相对于实施例4,区别仅在于,客户终端通过本地无线通信模块完成对NB-IoT数据通信模块的初始组网配置。
实施例7,相对于实施例4,区别仅在于,客户终端通过本地无线通信模块完成对传感器模块和传感器采集处理模块的初始组网配置。
实施例8,相对于实施例4,区别仅在于,客户终端通过本地无线通信模块完成对传感器模块和NB-IoT数据通信模块的初始组网配置。
实施例9,相对于实施例4,区别仅在于,客户终端通过本地无线通信模块完成对传感器采集处理模块和NB-IoT数据通信模块的初始组网配置。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,包括传感器模块、传感器采集处理模块、NB-IoT数据通信模块、电源充电及供电管理模块、服务器端和客户终端,所述传感器模块通过测量得到数据,所述传感器采集处理模块接收所述数据,所述服务器端在后端,所述传感器采集处理模块通过所述NB-IoT数据通信模块将所述数据远距离传送到所述服务器端,所述电源充电及供电管理模块提供电源供给,所述服务器端布署在线监测数据显示、存储及分析管理软件,对监测数据进行分类显示、按需存储,并实时进行在线分析和给出预警信息,所述客户终端通过访问所述服务器端获取监测数据,所述数据包括结构形变、位移和环境参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,其特征在于,所述传感器模块为加速度传感器、振动传感器、温湿度传感器、压力传感器、应力传感器、应变传感器、激光传感器和倾角传感器中的一种或组合。
3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,其特征在于,所述电源充电及供电管理模块包括电源充电子模块和电源供电及控制子模块,所述电源为交流电源,所述电源充电及供电管理模块还包括电池单元,当有外接电源时,所述电源充电及供电管理模块切换到外接电源,当无外接电源时,所述电源充电及供电管理模块切换到电池供电。
4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,其特征在于,所述传感器采集处理模块集成本地无线通信模块和/或显示模块,所述客户终端与所述本地无线通信模块进行近距离通信,获取监测数据和配置采集参数,所述显示模块显示所述传感器模块传送过来的采集数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,其特征在于,所述本地无线通信模块采用短距离无线通信方式,所述短距离无线通信方式包括315/433MHz、蓝牙通信、Wifi通信、Zigbee通信、NFC通信和Lora通信方式。
6.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,其特征在于,所述客户终端通过访问所述服务器端下发控制命令对传感器采集参数、NB-IoT传送参数进行配置和更改。
7.根据权利要求4所述的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,其特征在于,所述客户终端通过所述本地无线通信模块完成对所述传感器模块和或所述传感器采集处理模块和或所述NB-IoT数据通信模块的初始组网配置。
8.根据权利要求4所述的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,其特征在于,所述客户终端通过所述服务器端应用程序下发OTA空中升级指令,对NB-IoT终端的固件程序进行升级。
9.根据权利要求8所述的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,其特征在于,所述客户终端通过所述本地无线通信模块查看和升级所述NB-IoT终端的固件程序。
10.根据权利要求1至9中任一所述的一种基于NB-IoT协议的结构在线监测系统,其特征在于,所述客户终端包括PC终端和智能终端,所述智能终端为智能手机和/或平板电脑。
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