CN113639796A - 一种基于NB-IoT的环境信息采集方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种基于NB‑IoT的环境信息采集方法，方法应用于一种基于NB‑IoT的环境信息采集设备，环境信息采集设备包括采集终端、云平台以及监管平台，方法包括：预先设定采集终端的工作模式以及设备编号；工作模式包括活跃状态、寻呼状态和休眠状态；采集终端唤醒后，进行环境信息的采集；通过云平台进行对环境信息进行周期性的传输；监管平台发现环境信息高于预设报警阈值，则发出报警信息。本申请提供的方法，将采集终端设置为周期性工作，减少损耗，并且采用非长连接的CoAP协议进行数据传输，同时使用二进制数据类型作为无线传输数据包减小数据量，从而降低环境信息采集终端的能量消耗，进而提高使用寿命。

Description

一种基于NB-IoT的环境信息采集方法
技术领域
本申请涉及环境信息采集技术领域，特别涉及一种基于NB-IoT的环境信息采集方法。
背景技术
环境信息在众多行业中一直都是十分重要的参数。具体的，在农业中需要检测农业环境的光照强度和温湿度；在城市环境中需要检测PM2.5；在水文环境下需要检测PH值和水温等等。同时近年来我国对环境保护愈加重视，因此加快环境信息监测，对推动我国环境治理、应对环境高质量发展都具有十分重要的意义。
目前常见的环境监测多采用物联网系统架构完成，使用传感器采集环境数据，采用有线方式如PLC、RS485等，或者无线方式如Wi-Fi、ZigBee等进行数据传输，采用Web、App等进行数据可视化。
但随着我国对环境监测的要求日渐提高，以往的环境监测系统也暴露出许多的问题：其中，最大的问题在于：覆盖面积与功耗之间的矛盾。目前常见的数据传输手段分为有线和无线两种。对于有线传输如RS232、RS485等，虽然可以保障快速稳定，但是覆盖面积有限，而且容易因环境变化造成一定的损耗，不仅增加了使用成本，而且系统工作不稳定具有安全隐患。而常用的无线传输手段中，Wi-Fi、ZigBee和蓝牙等同样面临覆盖面积的问题，而且功耗高进而造成使用与维护的成本较高不适合我国推进全方面环境监测的趋势。同时，在当前常见的NB-IoT使用场景下，较多采用实时传输的方式，因此数据传输协议往往采用需要保持长时间连接的HTTP协议或者MQTT协议，从而造成环境采集终端的功耗较高。
发明内容
本申请提供了一种基于NB-IoT的环境信息采集方法，所述方法应用于一种基于NB-IoT的环境信息采集设备，所述环境信息采集设备包括采集终端、云平台以及监管平台，所述方法包括：
预先设定采集终端的工作模式以及设备编号；所述工作模式包括活跃状态、寻呼状态和休眠状态；
所述采集终端唤醒后，进行环境信息的采集；
通过云平台进行对所述环境信息进行周期性的传输；
所述监管平台发现所述环境信息高于预设报警阈值，则发出报警信息。
可选的，所述采集终端唤醒后，进行环境信息的采集，之前，还包括：
对所述采集终端进行调试，使得所述采集终端在预先设定的模式下工作。
可选的，通过云平台进行对所述环境信息进行周期性的传输，之前，还包括：
对所述环境信息进行数据正误判断。
可选的，预先设定采集终端的工作模式以及设备编号，包括：
根据所述采集终端的位置信息，确定所述采集终端的设备编号；
将所述设备编号与对应的采集终端一一对应记录；
将所述活跃状态设定为30S，将所述寻呼状态设定为2min，将所述休眠状态设定为1h。
可选的，通过云平台进行对所述环境信息进行周期性的传输，包括：
所述采集终端进入所述活跃状态，所述环境信息以二进制的形式进行打包，并通过CoAP协议把所述环境信息上传至云平台；
登录云平台，对所述环境信息进行解码，将所述环境信息转化为JSON类型数据发送至所述监管平台。
可选的，所述监管平台发现所述环境信息高于预设报警阈值，则发出报警信息，包括：
所述监管平台对所述环境信息按照温湿度数据、光强度数据以及酸碱度数据进行分类；
如果所述温湿度数据、所述光强度数据以及所述酸碱度数据中的任意一项高于对应的预设报警阈值，则发出报警信息。
可选的，所述方法还包括：
将所述监管平台下发的指令信息转换为二进制数据后，再以CoAP协议数据包下发至所述采集终端。
可选的，所述云平台预先进行编码插件编辑。
可选的，所述环境信息采集设备包括：采集终端、云平台以及监管平台；所述采集终端设置于待检测环境的预设位置；一个待检测环境中设置有一个或多个采集终端；
所述云平台通过无线与所述采集终端以及监管平台相连接；
所述采集终端用于环境信息；所述云平台用于进行的储存以及传递所述环境信息；所述监管平台对所述环境信息进行监管。
可选的，所述采集终端包括可充电太阳能电池、温湿度采集器、酸碱度采集器、光强采集器、无线传输器、太阳能电池板以及微处理器；
其中，所述微处理器采用芯片STM32L431RCT6；
所述微处理器采用I2C串口与所述温湿度采集器、所述酸碱度采集器以及所述光强采集器相连接；
所述微处理器通过UART串口与所述无线传输器相连接；
所述太阳能电池板与所述可充电太阳能电池相连接；所述可充电太阳能电池与所述微处理器相连接。
本申请提供的方法，将采集终端设置为周期性工作，减少损耗。本申请采用非长连接的CoAP协议进行数据传输，同时使用二进制数据类型作为无线传输数据包减小数据量，从而降低环境信息采集终端的能量消耗，进而提高使用寿命。
附图说明
图1为本申请实施例适用的一种基于NB-IoT的环境信息采集设备的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于NB-IoT的环境信息采集设备的硬件连接示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于NB-IoT的环境信息采集方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种环境信息流向示意图；
图5为本申请实施例提供的一种指令信息流向示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
在介绍本申请实施例提供的方法前，首先对本申请实施例提供的环境信息采集设备进行介绍。
下面首先结合图1对本申请实施例适用的可能的系统架构进行介绍。
请参考图1，其示例性示出了本申请实施例适用的一种基于NB-IoT的环境信息采集设备的结构示意图。本申请提供的设备包括采集终端、云平台以及监管平台。采集终端设置于待检测环境的预设位置。一个待检测环境中设置有一个或多个采集终端。
云平台通过无线与采集终端以及监管平台相连接。
采集终端用于环境信息。云平台用于进行的储存以及传递环境信息。监管平台对环境信息进行监管。
如图2所示为本申请实施例提供的一种采集终端的结构示意图。
采集终端包括可充电太阳能电池106、温湿度采集器102、酸碱度采集器103、光强采集器104、无线传输器105太阳能电池板以及微处理器107。
其中，微处理器107采用芯片STM32L431RCT6。
微处理器107采用I2C串口与温湿度采集器102、酸碱度采集器103以及光强采集器104相连接。
微处理器107通过UART串口与无线传输器105相连接。
太阳能电池板与可充电太阳能电池106相连接。可充电太阳能电池106与微处理器107相连接。
本申请提提供的采集终端设有信号放大器；表面设有防水层；磁场感应进行入网；外壳由耐腐蚀性材料组成。
本申请实施例将具有多个功能集成在所述微处理器107中，并通过I2C串口以及UART串口和微小芯片实现了设备的小型集成化。
如图3所示，为本申请实施例提供的一种基于NB-IoT的环境信息采集方法的流程示意图。本申请的方法包括以下步骤：
步骤S301，预先设定采集终端的工作模式以及设备编号。
工作模式包括活跃状态、寻呼状态和休眠状态。
具体的，根据采集终端的位置信息，确定采集终端的设备编号。
将设备编号与对应的采集终端一一对应记录。
将活跃状态设定为30S，将寻呼状态设定为2min，将休眠状态设定为1h。
采集终端在该三种工作状态下组成一个工作周期。
在执行步骤S302之前，本申请提供的方法还包括对采集终端进行调试，使得采集终端在预先设定的模式下工作。
步骤S302，采集终端唤醒后，进行环境信息的采集。
具体的，通过磁铁或重启按钮对采集终端进行唤醒操作。此时采集终端进入活跃状态，微处理器107控制无线传输器105105发送入网请求包，确认网络附着成功之后，对于该位置点进行环境信息采集，为了降低功耗将采集到的数据以二进制的形式进行打包，并通过CoAP协议把数据包上传至云平台，该过程持续时间为30s。之后采集终端进入寻呼状态，接收云端下发的指令，该过程持续时间为2min。接着，采集终端进入休眠状态，在该状态下采集终端只保留定时任务，停止环境信息采集与数据传输任务，该过程持续时间为1h。1h之后，采集终端停止定时任务，结束休眠状态并重新进入活跃状态，开始新的一轮工作周期。
本申请实施例中，针对采集终端编写Profile文件即产品模型文件。在Profile文件中对采集终端的基本信息进行描述，如位置信息、工作日期等，同时定义了该采集终端上报的数据和应用服务器下发的命令包含哪些字段。定义Profile文件，就是在云平台中构建一个设备的抽象模型，使云平台理解该设备支持的服务、属性、命令、升级能力等。
步骤S303，通过云平台进行对环境信息进行周期性的传输。
本申请实施例中，云平台预先进行编码插件编辑。
编解码插件解析内容需要根据采集终端可以上报的数据类型，以及每种类型数据的不同大小进行合理配置，如不同上报数据包的大小，以及各个数据包中每个字段的含义，从而保证准确解析基于CoAP协议的上下行数据。
本申请，因考虑到尽可能降低环境信息采集终端的功耗，采用非长连接的CoAP协议进行数据传输，同时使用二进制数据类型作为无线传输数据包减小数据量，从而降低环境信息采集终端的能量消耗，进而提高使用寿命。
在具体执行步骤S303之前，还需要对环境信息进行数据正误判断。
云平台接收到采集终端发送的入网请求指令，发送至监管平台，管理员确认采集终端的位置编号与采集终端编号是否一致。若不一致，进行审查、排错，坐标编号对应正确之后，对采集终端进行再次唤醒；若一致，确认环境信息采集终端入网成功。
采集终端入网成功之后处于活跃状态，开始数据采集任务，环境信息以二进制的形式进行打包，并通过CoAP协议把环境信息上传至云平台。
登录云平台，对环境信息进行解码，将环境信息转化为JSON类型数据发送至监管平台。
如图4所示，为本申请实施例提供的一种环境信息流向示意图。
本申请还可以将监控平台下发的指令信息传递给采集终端，对应的，监管平台下发的指令信息转换为二进制数据后，再以CoAP协议数据包下发至采集终端。
如图5所示，为本申请实施例提供的一种指令信息流向示意图。
步骤S304，监管平台发现环境信息高于预设报警阈值，则发出报警信息。
具体的，监管平台对环境信息按照温湿度数据、光强度数据以及酸碱度数据进行分类。
如果温湿度数据、光强度数据以及酸碱度数据中的任意一项高于对应的预设报警阈值，则发出报警信息。
监管平台，在移动终端显示预警信息数据；包括多种方式，例如以文本方式提示预警信息数据；再例如，线形图预警，用于对趋势图总超出预设值范围的信息数据进行标注的方式显示预警信息；再例如，热点图预警，用颜色来表示环境信息采集数据，用红色来标注超出数值范围的方式显示预警信息。
管理员可根据环境的不同要求，在自己的服务应用上预设的报警阈值，当采集终端上报的数据超过或者低于报警阈值时，服务应用会在Web上发出警报，或者根据绑定的手机号、邮箱等发送报警信息。同时服务应用对环境信息采集终端采集到的数据信息进行备份，以便查询，为专业人员农务劳动者提供准确的数据信息。
本申请提供的方法，将采集终端设置为周期性工作，减少损耗。本申请采用非长连接的CoAP协议进行数据传输，同时使用二进制数据类型作为无线传输数据包减小数据量，从而降低环境信息采集终端的能量消耗，进而提高使用寿命。
本申请中采集终端通过低功耗广覆盖的物联网通信方式，实现了广泛部署，解决了传统方式中无法大面积采集数据的问题并且大大的价低了人力成本。本申请提供的采集终端使用集成式模式，可同时检测光照强度，温湿度和酸碱度数据三种不同类型的数据，实现了一机多用。本申请中采集终端使用电池加太阳能充电的方式，不仅减少了环境污染日后的运行成本还提高了终端的使用寿命。数据获取采用采集终端自动上报的形式提高了数据的采集效率，数据的实时展示也提高了数据的精确性。移动互联网将云平台和展示平台紧紧地结合在一起，数据可视化与传统的信息推送相结合，满足不同人群对数据的需求。本申请通过规模化的信息采集，采集时使用数据与处理技术，保障了采集数据的规范性，再通过无线传输模块及时将采集到的数据上传至云平台进行数据存储，展示平台实时对云平台中的数据经行分类显示，并预先设置好阈值，当检测数据超过阈值时及时给专业人员或者农务劳动者发送警报。系统管理人员或者专业人员可对存储的数据进行处理，包括数据的调取、挖掘等，从而得出更加有效的信息，以指导行业生产，防范环境变化带来的风险。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于服务构建装置和服务加载装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种基于NB-IoT的环境信息采集方法，其特征在于，所述方法应用于一种基于NB-IoT的环境信息采集设备，所述环境信息采集设备包括采集终端、云平台以及监管平台，所述方法包括：
预先设定采集终端的工作模式以及设备编号；所述工作模式包括活跃状态、寻呼状态和休眠状态；
所述采集终端唤醒后，进行环境信息的采集；
通过云平台进行对所述环境信息进行周期性的传输；
所述监管平台发现所述环境信息高于预设报警阈值，则发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集终端唤醒后，进行环境信息的采集，之前，还包括：
对所述采集终端进行调试，使得所述采集终端在预先设定的模式下工作。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过云平台进行对所述环境信息进行周期性的传输，之前，还包括：
对所述环境信息进行数据正误判断。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先设定采集终端的工作模式以及设备编号，包括：
根据所述采集终端的位置信息，确定所述采集终端的设备编号；
将所述设备编号与对应的采集终端一一对应记录；
将所述活跃状态设定为30S，将所述寻呼状态设定为2min，将所述休眠状态设定为1h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过云平台进行对所述环境信息进行周期性的传输，包括：
所述采集终端进入所述活跃状态，所述环境信息以二进制的形式进行打包，并通过CoAP协议把所述环境信息上传至云平台；
登录云平台，对所述环境信息进行解码，将所述环境信息转化为JSON类型数据发送至所述监管平台。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监管平台发现所述环境信息高于预设报警阈值，则发出报警信息，包括：
所述监管平台对所述环境信息按照温湿度数据、光强度数据以及酸碱度数据进行分类；
如果所述温湿度数据、所述光强度数据以及所述酸碱度数据中的任意一项高于对应的预设报警阈值，则发出报警信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述监管平台下发的指令信息转换为二进制数据后，再以CoAP协议数据包下发至所述采集终端。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述云平台预先进行编码插件编辑。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环境信息采集设备包括：采集终端、云平台以及监管平台；所述采集终端设置于待检测环境的预设位置；一个待检测环境中设置有一个或多个采集终端；
所述云平台通过无线与所述采集终端以及监管平台相连接；
所述采集终端用于环境信息；所述云平台用于进行的储存以及传递所述环境信息；所述监管平台对所述环境信息进行监管。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述采集终端包括可充电太阳能电池、温湿度采集器、酸碱度采集器、光强采集器、无线传输器、太阳能电池板以及微处理器；
其中，所述微处理器采用芯片STM32L431RCT6；
所述微处理器采用I2C串口与所述温湿度采集器、所述酸碱度采集器以及所述光强采集器相连接；
所述微处理器通过UART串口与所述无线传输器相连接；
所述太阳能电池板与所述可充电太阳能电池相连接；所述可充电太阳能电池与所述微处理器相连接。
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