CN115801841A - 一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统及方法，应用于白酒窖池监测，该系统包括服务器和若干监测仪表，所述监测仪表包括用于监测酒窖的检测单元、用于定位的定位单元；所述服务器根据定位单元发送的位置信息将监测仪表与其监测的窖池进行绑定。本发明解决了白酒酒厂窖池生产中监测仪表采用手动录入的绑定方式，使用便捷性不足，操作工人容易将窖池与窖池监测仪表匹配错误的问题，保障白酒发酵酿造生产有效监测。

Description

一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统及方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，尤其涉及一种监测仪表快速绑定的方法以及物联网系统。

背景技术

目前在白酒生产发酵环节，窖池发酵过程的监测是反映发酵情况好坏的主要方法。而现代化的窖池中，一般都采用电子类的监测仪表对窖池中各种参数进行监测。

由于窖池一般为多个，而每个窖池中用于监测的监测仪表也为多个，现有的窖池监测系统及仪表在运用时，通常采用手动录入的方式将窖池与使用仪表进行绑定，便捷性不足，操作工人容易将窖池与窖池监测仪表匹配错误，导致监测数据出错。

为了解决上述问题，申请人提供了一种可与监测仪表快速绑定的白酒窖池监测物联网系统，包括服务器、若干监测仪表；所述若干监测仪表均设置有各自独有的表征身份信息的信息标签；还包括快速绑定设备，所述快速绑定设备与服务器连接；所述快速绑定设备上设置有用于读取信息标签的读取模块。通过扫描、读取等方式，在使用之前将监测仪表与对应的窖池进行快速绑定，无需人工录入避免出错。

但在实际使用过程中发现，尽管相较于传统手工录入的方式，采用扫码等方式进行绑定已经具有较高的便捷性，但仍然属于人工操作的范畴，同样有一定出错的概率并且劳动强度也较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统及方法，通过对监测仪表进行定位从而将监测仪表与被监测窖池进行自动绑定，无需人工干预。

为解决以上技术问题，本发明的提供一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统，应用于白酒窖池监测，包括服务器和若干监测仪表，所述监测仪表包括用于监测酒窖的检测单元、用于定位的定位单元；所述服务器根据定位单元发送的位置信息将监测仪表与其监测的窖池进行绑定。

作为一种改进，所述监测仪表上设置有用于与服务器通信的无线通信单元。

作为一种进一步的改进，所述服务器与监测仪表之间通过lora、zigbee、蜂窝网络、WiFi中的一种或者几种进行通信。

作为另一种更进一步的改进，还包括用于接收定位单元信号的定位基准点；在进行定位时，所述定位基准点的位置固定。

本发明还提供一种利用定位实现监测仪表快速绑定的方法，包括：

将监测仪表布置到待检测的窖池中，每个检测仪表具有唯一的身份信息；

监测仪表获取自身位置信息，并向服务器发送位置信息及身份信息；

服务器将监测仪表的位置信息与窖池位置信息进行匹配，并将匹配上的监测仪表和窖池进行绑定。

作为一种改进，所述监测仪表获取自身位置信息的方法包括：

监测仪表定位单元向若干个定位基准点发射信号，并统计信号达到各定位基准点的时间；

利用信号到达时间计算监测仪表与各定位基准点之间的距离；

以监测仪表到其中一个定位基准点的距离为基准距离，求取监测仪表到其余基准点的距离与基准之间的距离差；

利用距离差和监测仪表与定位基准点的距离公式构建双曲线方程；

求解双曲线方程获得监测仪表的位置坐标。

作为一种改进，假设监测仪表到定位基准点1的距离为基准距离，利用公式r_i,1＝c(t_i-t₁)计算距离差，其中r_i,1为定位基准点i与监测仪表的距离与基准距离的距离差，c为光速，t_i为信号从监测仪表到达定位基准点i的时间，t₁为信号从监测仪表达到定位基准点1的时间。

作为一种改进，所述监测仪表与定位基准点的距离公式为

其中，r_i为检测仪表与定位基准点i之间的距离；x,y为监测仪表的平面坐标；x_i,y_i为定位基准点i的平面坐标。

作为一种改进，所述双曲线方程为

h＝Gz

式中

K_i＝x_i ²+y_i ²，x_i，1＝x_i-x₁，y_i，1＝y_i-y₁；

其中x,y为定位基准点的平面坐标；r为距离差。

作为一种改进，所述将监测仪表的位置信息与窖池位置信息进行匹配的方法包括：

构建若干窖池在世界坐标系下的三维模型，确定每个窖池的坐标点范围；

将监测仪表的位置坐标转换到世界坐标系下并与每个窖池的坐标点范围进行对比，若监测仪表的位置坐标点属于某个窖池的坐标点范围，则该监测仪表与该窖池匹配。

本发明的有益之处在于：

1、解决了白酒酒厂窖池生产中监测仪表采用手动录入的绑定方式，使用便捷性不足，操作工人容易将窖池与窖池监测仪表匹配错误的问题，保障白酒发酵酿造生产有效监测。

2、可快速实现白酒窖池与监测仪表的绑定，提高监测仪表使用效率和数据监测准确性，对白酒窖池生产管理规范和智能化酿造生产具有重大意义。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的提供一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统，应用于白酒窖池监测，包括服务器和若干监测仪表，所述监测仪表包括用于监测酒窖的检测单元、用于定位的定位单元；所述服务器根据定位单元发送的位置信息将监测仪表与其监测的窖池进行绑定。

为了便于与服务器进行通信，监测仪表上设置有用于与服务器通信的无线通信单元。本实施例中，服务器2与监测仪表1之间通过lora、zigbee、蜂窝网络、WiFi中的一种或者几种进行通信。因此无线收发模块也为相应类型的模块。当然，本发明也不排除有线连接方式如网线、RS485等。在进行无线传输时，为了提高传输质量，扩展传输距离，服务器与监测仪表之间的通信通过基站网关进行中继。

对于本发明来讲，需要将定位的精度上升到厘米级别，而现有的定位技术如GPS定位是达不到要求的。因此本发明中，为了实现通过精确定位实现检测仪表与被监测窖池的绑定，还在窖池附近设置有若干用于接收定位单元信号的定位基准点；在进行定位时，所述定位基准点的位置固定。通过距离差来计算监测仪表的位置，更加的精确。

如图2所示，本发明还提供一种利用定位实现监测仪表快速绑定的方法，应用于上述快速绑定的物联网系统，具体包括以下步骤：

S1将监测仪表布置到待检测的窖池中，每个检测仪表具有唯一的身份信息。

每个窖池以及每个监测仪表均由自己唯一的身份信息。并且一个窖池可以对应多个监测仪表，而一个监测仪表只能对应一个窖池。

S2监测仪表获取自身位置信息，并向服务器发送位置信息及身份信息。当监测仪表布置完毕后，会对自身位置进行定位从而获取位置信息，具体包括：

S21监测仪表定位单元向若干个定位基准点发射信号，并统计信号达到各定位基准点的时间。

监测仪表向周围发送纳秒级的脉冲信号，固定安装在周围的多个定位基准点接收并测量上述秒冲信号，经过滤波、滑动相关等计算，各自计算得到脉冲信号的时间。

S22利用信号到达时间计算监测仪表与各定位基准点之间的距离。

脉冲信号传播的速度为光速，通过速度与到达时间的乘积可以计算出监测仪表与各个定位基准点之间的距离。

S23以监测仪表到其中一个定位基准点的距离为基准距离，求取监测仪表到其余基准点的距离与基准之间的距离差。

本实施例中假设监测仪表到定位基准点1的距离为基准距离，利用公式r_i,1＝c(t_i-t₁)计算距离差，其中r_i,1为定位基准点i与监测仪表的距离与基准距离的距离差，c为光速，t_i为信号从监测仪表到达定位基准点i的时间，t₁为信号从监测仪表达到定位基准点1的时间。

S24利用距离差和监测仪表与定位基准点的距离公式构建双曲线方程。

上述公式r_i,1＝c(t_i-t₁)可变形为r_i,1＝r_i-r₁，其中r_i,1为定位基准点i与监测仪表的距离与基准距离的距离差，r_i为定位基准点i到监测仪表的距离，r₁为定位基准点1到监测仪表的距离。

由于r_i,1＝r_i-r₁则有，r_i＝r_i,1+r₁。将r_i＝r_i,1+r₁带入监测仪表与定位基准点的距离公式

并两边取平方，可得

(r_i，1+r₁)²＝(x-x_i)²+(y-y_i)²，

再进行简化，可得

r_i，12^＝-2r_i，1r₁-2x_i，1x-2_yi，1y+K_i-K₁

其中，r_i为检测仪表与定位基准点i之间的距离；x,y为监测仪表的平面坐标；x_i,y_i为定位基准点i的平面坐标；ki＝x_i ²+y_i ²；x_i,1＝x_i-x₁；y_i,1＝y_i-y₁；

将上式转换为双曲线方程组h＝Gz

式中

z为监测仪表的坐标。

S25求解双曲线方程获得监测仪表的位置坐标。

假设定位基准点为M个，则利用M-1个距离差构成M-1个双曲线方程，最后利用最小二乘法进行求解获得检测仪表的坐标。

S3服务器将监测仪表的位置信息与窖池位置信息进行匹配，并将匹配上的监测仪表和窖池进行绑定，具体包括：

S31构建若干窖池在世界坐标系下的三维模型，确定每个窖池的坐标点范围。

在进行窖池的建模时，无需建立的特别精细，实际上只需要对窖池的内空进行建模即可(监测仪表是安装在窖池的内空中)。一般的窖池为矩形，并且不会有上下重叠的情况，因此只需要获得窖池4个顶点的平面坐标即可。

S32将监测仪表的位置坐标转换到世界坐标系下并与每个窖池的坐标点范围进行对比，若监测仪表的位置坐标点属于某个窖池的坐标点范围，则该监测仪表与该窖池匹配。

例如某个窖池的四个顶点的坐标为(0,0),(0,10),(10,10),(10,0),若某个监测仪表的位置坐标为(5,5)，则认为该监测仪表正在监测该窖池，即可将该监测仪表与该窖池进行绑定。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统，应用于白酒窖池监测，包括服务器和若干监测仪表，其特征在于：所述监测仪表包括用于监测酒窖的检测单元、用于定位的定位单元；所述服务器根据定位单元发送的位置信息将监测仪表与其监测的窖池进行绑定。

2.根据权利要求1所述的一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统，其特征在于：所述监测仪表还用于与服务器通信的无线通信单元。

3.根据权利要求2所述的一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统，其特征在于：所述服务器与监测仪表之间通过lora、zigbee、蜂窝网络、WiFi中的一种或者几种进行通信。

4.根据权利要求1所述的一种利用定位实现监测仪表快速绑定的物联网系统，其特征在于：还包括用于接收定位单元信号的定位基准点；在进行定位时，所述定位基准点的位置固定。

5.一种利用定位实现监测仪表快速绑定的方法，其特征在于包括：

将监测仪表布置到待检测的窖池中，每个检测仪表具有唯一的身份信息；

监测仪表获取自身位置信息，并向服务器发送位置信息及身份信息；

服务器将监测仪表的位置信息与窖池位置信息进行匹配，并将匹配上的监测仪表和窖池进行绑定。

6.根据权利要求5所述的一种利用定位实现监测仪表快速绑定的方法，其特征在于所述监测仪表获取自身位置信息的方法包括：

监测仪表定位单元向若干个定位基准点发射信号，并统计信号达到各定位基准点的时间；

利用信号到达时间计算监测仪表与各定位基准点之间的距离；

以监测仪表到其中一个定位基准点的距离为基准距离，求取监测仪表到其余基准点的距离与基准之间的距离差；

利用距离差和监测仪表与定位基准点的距离公式构建双曲线方程；

求解双曲线方程获得监测仪表的位置坐标。

7.根据权利要求6所述的一种利用定位实现监测仪表快速绑定的方法，其特征在于：假设监测仪表到定位基准点1的距离为基准距离，利用公式r_i,1＝c(t_i-t₁)计算距离差，其中r_i,1为定位基准点i与监测仪表的距离与基准距离的距离差，c为光速，t_i为信号从监测仪表到达定位基准点i的时间，t₁为信号从监测仪表达到定位基准点1的时间。

8.根据权利要求6所述的一种利用定位实现监测仪表快速绑定的方法，其特征在于：所述监测仪表与定位基准点的距离公式为

其中，r_i为检测仪表与定位基准点i之间的距离；x,y为监测仪表的平面坐标；x_i,y_i为定位基准点i的平面坐标。

9.根据权利要求6所述的一种利用定位实现监测仪表快速绑定的方法，其特征在于：所述双曲线方程为

h＝Gz

式中

K_i＝x_i ²+y_i ²，x_i，1＝x_i-x₁，y_i，1＝y_i-y₁；

其中x,y为定位基准点的平面坐标；r为距离差。

10.根据权利要求6所述的一种利用定位实现监测仪表快速绑定的方法，其特征在于所述将监测仪表的位置信息与窖池位置信息进行匹配的方法包括：

构建若干窖池在世界坐标系下的三维模型，确定每个窖池的坐标点范围；

将监测仪表的位置坐标转换到世界坐标系下并与每个窖池的坐标点范围进行对比，若监测仪表的位置坐标点属于某个窖池的坐标点范围，则该监测仪表与该窖池匹配。

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