CN205427671U - 一种基于物联网的环境信息自动监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体地说是涉及一种基于物联网的环境信息自动监测装置。本实用新型所述终端节点、路由器、协调器将数据采集及汇聚后通过物联网芯片与网关连接，网关对数据处理后并通过无线传输设备将数据传输给后台监测设备对所监测数据的显示及其他处理。本实用新型效果如下：1）通过物联网终端节点上设置COM口可以实现多个不同电压输出。2）通过物联网节点上设置AI、VI口，可以实现对不同传感器数据采集的兼容。3）简化了物联网的复杂度、提高了节点电池供电的效率、提升了系统应用于不同环境监测对象的兼容性和灵活性。4）通过物联网系统采集数据提升了监测地点的随机性和便利性。5）大大提升了数据无线传输的距离。

Description

一种基于物联网的环境信息自动监测装置

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体地说是涉及一种基于物联网的环境信息自动采集监测装置。

背景技术

环境信息监测方面的应用非常广泛，比如气象信息监测、矿井瓦斯监测、水质监测、大气环境信息监测、工业生产线运行情况自动监测等，这些监测的应用极大的提升了感知环境信息的便利性和实时性，是信息技术进步推动经济社会发展的必然结果。这些监测应用采取的技术方法及装置迥异，但总体说来具体的技术实现方式较为传统：各种监测传感器采用有线连接至上位机，上位机处理后传输至传输设备，传输设备再将监测到的信息发送到后端服务器等应用设备。这类监测技术的优缺点总结为：监测技术成熟、设备廉价，但由于监测站点大多固定、监测数据的传输大多采用有线传输（485总线、CAN总线等），不便于分布式的灵活部署。特别是对于监测内容多变（传感器类型迥异）、监测地点随机不固定的情况，灵活性非常差，阻碍了环境信息监测的应用广度。

当前物联网作为下一代信息技术的重要组成部分，在环境信息监测方面受到持续关注。物联网组网的核心含义在于通过各类传感器，按约定的协议（包括有线、无线等各种传输方式），把任何事物与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对事物的识别、定位、跟踪、监控和管理。从技术层面看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、GPS等感知终端。感知层的主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用及管理。

结合之前的分析不难发现，采用基于物联网的环境信息的感知系统，可解决传统环境信息监测中灵活性差的问题。

传统的环境信息自动监测装置灵活性差，不便于部署在传感器类型多变、地点随机的应用场景；采用物联网技术的环境信息监测装置目前还非常少，虽然可以解决部署地点随机的问题，但是对于传感器类型多变的问题目前尚未见到相关产品及装置。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种多个不同电压输出、节点可以同时接入多个不同类型的传感器、可稳定传输几十公里环境监测信息的基于物联网的环境信息自动监测装置。

本实用新型一种基于物联网的环境信息自动监测装置通过下述技术方案予以实现：一种基于物联网的环境信息自动监测装置，包括终端节点、路由器、协调器、网关、无线传输设备、后台监测设备，所述终端节点、路由器、协调器将数据采集及汇聚后通过物联网芯片与网关连接，网关对数据处理后并通过无线传输设备将数据传输给后台监测设备对所监测数据的显示。

本实用新型一种基于物联网的环境信息自动监测装置与现有技术相比较有如下有益效果：本实用新型相对于传统环境信息监测装置效果如下：

1）通过物联网终端节点上设置COM口可以实现对传感器的供电，简化了设备复杂度：传感器供电大多采用5V或12V的直流供电，通过COM口对传感器供电非常简便。另外，本实用新型中COM口不仅仅限于一个，可以是多个不同电压输出。2）通过物联网节点上设置AI、VI口，可以实现对不同传感器数据采集的兼容：AI口用于电流型传感器数据采集、VI为电压型传感器数据采集，所述节点可以同时接入多个不同类型的传感器，本实用新型中AI/VI接口不仅仅限于各只有一个。3）通过将不同传感器采集到的数据统一在网关处处理，简化了物联网的复杂度、提高了节点电池供电的效率、提升了系统应用于不同环境监测对象的兼容性和灵活性：传感器采集的数据表征处理可以在终端节点、路由器、协调器、网关处理。但是由于终端节点、路由器、协调器大多要用电池供电（主要是成本及复杂度考虑），因此数据表征处理由网关实现。一方面网关节点唯一，供电不成问题；另一方面，所有的数据处理放到网关，新增的传感器数据表征处理仅仅修改网关上的程序即可，对系统影响最小，处理最为便利。4）通过物联网系统采集数据提升了监测地点的随机性和便利性：传统的环境信息采集采用有线传输，不利于多变的监测内容和随机监测地点。采用物联网的数据采集，可以实现网络的自组织、自配置，鲁棒性好，节点与节点之间通过无线传输，最远距离可以多大几公里（具体距离决定于功率和天线类型）。因此非常适合与监测地点随机、监测内容多变的场景。5）通过COFDM设备的使用，大大提升了数据无线传输的距离：对于某些地广人稀的监测场景，由于没有基础通信设施，因此远距离的监测数据传输是个问题。采用有线传输成本较高、灵活性差；无线通信中WIFI设备虽然成熟，但时延较大、抗衰落能力弱。采用COFDM设备，可解决上述问题。大功率、定向天线的情况下可稳定传输几十公里，非常适合于地广人稀的环境信息监测场景。

附图说明

本实用新型一种基于物联网的环境信息自动监测装置有如下附图：

图1是本实用新型一种基于物联网的环境信息自动监测装置结构示意图；

图2是本实用新型一种基于物联网的环境信息自动监测装置终端节点、路由器、协调器接口类型及片上资源结构示意图；

图3是本实用新型一种基于物联网的环境信息自动监测装置网关接口类型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型一种基于物联网的环境信息自动监测装置技术方案作进一步描述。

如图1－图3所示，本实用新型一种基于物联网的环境信息自动监测装置，包括终端节点、路由器、协调器、网关、无线传输设备、后台监测设备，所述终端节点、路由器、协调器将数据采集及汇聚后通过物联网芯片与网关连接，网关对数据处理后并通过无线传输设备将数据传输给后台监测设备对所监测数据的显示。

进一步地，终端节点电路板片上运行物联网芯片组，片上接口包括mini-USB接口即USB接口、2.4G天线接口即ANT接口、电源输出接口即COM接口、电流型输入接口即AI接口、电压型输入接口即VI接口、接地端即GND接口、复位开关即RST接口、电池电源输入即PWR接口；USB接口与节点参数配置连接；ANT与数据无线收发连接；COM口输出的直流电与传感器连接；AI和VI分别与电流型和电压型传感器数据采集输入端连接；GND为公共接地端；RST与设备复位连接；节点供电口PWR与电源连接。

进一步地，路由器节点和协调器节点跟终端节点结构一致，终端节点通过AI/VI接口与传感器连接，并通过COM口给传感器供电，所采集的数据经模数转化由终端节点通过ANT天线无线传输至路由器，路由器将接收到的信号放大再通过无线传输至协调器，协调器将所有监测信息汇聚打包经USB接口传输至网关。

进一步地，网关上运行安卓操作系统，片上接口USB-IN与协调器连接接收采集到的数据；设备供电端PWR与外接电源连接；设备复位重启键RST与终端节点的RST接口连接；网关将采集到的传感器上的电压电流值解析为真实的环境信息后通过RS232、RS485、USB-OUT和RJ-45端口输出。

进一步地，所述的无线传输设备为COFDM设备，所述的后台监测设备为服务器及外设；所述的无线传输设备采用一对基于透明传输的包括发送端和接收端的COFDM设备，包括一个RJ-45口和一个频率为2.4G或450M的天线；接收端COFDM设备将接收到的无线信号输送至后台监测设备。

进一步地，所述的协调器、网关、无线传输装置是独自工作的独立模块或是将功能融合在一起的一个融合模块。

进一步地，所述的终端节点、路由器、协调器的片上运行CC2540芯片。

进一步地，所述的终端节点连接的传感器包括温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器、可燃气体传感器、风速传感器、风向传感器共6个；所述传感器均采用5V的COM口供电，传感器输出数据为AI型，每个终端节点含2个AI型输入接口，因此可以直接将这些传感器两个一组连接至一个终端节点。这样用3个终端节点即可实现数据的采集，另外需1个路由器拓展传输距离，1个协调器实现数据的汇聚。

进一步地，所述的网关采用ARM／CORTEX开发板，运行安卓操作系统，接口为一个USB口和一个RJ-45口；USB口用于实现跟协调器USB口的连接，RJ-45口用于实现网关跟无线传输设备的互联；网关上运行的安卓程序对采集到的6种不同类型的传感器数据进行解析表征处理后得到具体的环境信息。

实施例1。

实用新型采用的基于物联网的环境信息自动监测装置整体设计情况如图1所示。所述整套监测装置由终端节点、路由器、协调器、网关、无线传输设备、后台监测设备组成。其中终端节点、路由器、协调器属于物联网技术范畴，作用是数据采集及汇聚；网关作为中间件，作用是数据处理及转发；后台监测设备作用为对所监测数据的显示。

所述终端节点如图2所示。终端节点电路板片上运行物联网芯片组，片上接口包含mini-USB接口（USB）、2.4G天线接口（ANT）、电源输出接口（COM）、电流型输入接口（AI）、电压型输入接口（VI）、接地端（GND）、复位开关（RST）、电池电源输入（PWR）。片上运行的物联网芯片组可作为数据采集、传输、系统组网使用；USB接口用于节点参数配置使用；ANT用于数据无线收发使用；COM口输出的直流电用于传感器供电；AI和VI分别是电流型和电压型传感器数据采集输入端；GND为公共接地端；RST用于设备复位；PWR为节点供电口。

路由器节点和协调器节点跟终端节点结构一致，主要看在于通过USB对其进行配置的时候是配置成终端节点、路由器还是协调器。具体使用的时候，终端节点通过AI/VI接口来连接传感器，并通过COM口给传感器供电，这样做的目的在于简化设备复杂度。所采集的数据经模数转化由终端节点通过ANT天线无线传输至路由器，路由器的作用在于作为中继延伸传输距离，路由器将接收到的信号放大再无线传输至协调器，协调器将所有监测信息汇聚打包经USB接口传输至网关。

所述网关如图3所示。网关上运行安卓操作系统，片上接口包括USB-IN用于从协调器接收采集到的数据；PWR为设备供电端；RST为设备复位重启键；从协调器传输到网关的所采集到的数据为传感器电压电流的大小值（数字信号），并不能表征数据的内容（比如温度传感器上采集来的信息为4mA所对应的二进制数字信号，并不是到底温度为多少度）。因此本实用新型中，所有采集上来的信号最终表征值的确定在网关上处理。网关上运行安卓操作系统，通过对软件处理所各个终端节点采集上来的信息逐一进行处理，将采集到的传感器上的电压电流值解析为真实的环境信息，然后再通过RS232、RS485、USB-OUT和RJ-45端口输出。这样做的好处在于降低了终端节点的压力，可以大大降低终端节点成本、提高电池供电效率。网关上的LED显示屏作为数据显示和网关配置使用。

所述的无线传输设备为COFDM设备，该设备特别适合于远距离骨干数据的无线传输，抗多径衰落能力强、误码率低、时延小；所述的后台监测设备为服务器及外设。无线传输设备将网关处理好的数据传输至后台监测设备，监测设备将监测到的环境信息进行显示、告警、处理等。

所述的协调器、网关、无线传输装置可以是独自工作的独立模块，也可以是将功能融合在一起的一个融合模块。

本发明实施例提供一种基于物联网的环境信息自动监测装置实施案例。

所述案例中终端节点、路由器、协调器的片上运行CC2540芯片，提供物联网系统组网、信息传输功能。

所述案例中终端节点连接的传感器包括温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器、可燃气体传感器、风速传感器、风向传感器，共计6个。所述传感器均采用5V的COM口供电，传感器输出数据为AI型，每个终端节点含2个AI型输入接口，因此可以直接将这些传感器两个一组连接至一个终端节点。这样用3个终端节点即可实现数据的采集，另外需1个路由器拓展传输距离，1个协调器实现数据的汇聚。

所述案例中，网关采用ARM／CORTEX开发板，运行安卓操作系统，接口为最小化功能集（一个USB口和一个RJ-45口）。USB口用于实现跟协调器USB口的连接，RJ-45口用于实现网关跟无线传输设备的互联。网关上运行的安卓程序对采集到的6种不同类型的传感器数据进行解析（表征）处理后得到具体的环境信息。

所述的无线传输设备采用采用一对基于透明传输的COFDM设备（发送端和接收端），含一个RJ-45口和一个天线（频率为2.4G或450M）。接收端COFDM设备将接收到的无线信号输送至后台监测设备。

Claims (9)

1.一种基于物联网的环境信息自动监测装置，包括终端节点、路由器、协调器、网关、无线传输设备、后台监测设备，其特征在于：所述终端节点、路由器、协调器将数据采集及汇聚后通过物联网芯片与网关连接，网关对数据处理后并通过无线传输设备将数据传输给后台监测设备对所监测数据的显示。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的环境信息自动监测装置，其特征在于：终端节点电路板片上运行物联网芯片组，片上接口包括mini-USB接口即USB接口、2.4G天线接口即ANT接口、电源输出接口即COM接口、电流型输入接口即AI接口、电压型输入接口即VI接口、接地端即GND接口、复位开关即RST接口、电池电源输入即PWR接口；USB接口与节点参数配置连接；ANT与数据无线收发连接；COM口输出的直流电与传感器连接；AI和VI分别与电流型和电压型传感器数据采集输入端连接；GND为公共接地端；RST与设备复位连接；节点供电口PWR与电源连接。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的环境信息自动监测装置，其特征在于：路由器节点和协调器节点跟终端节点结构一致，终端节点通过AI/VI接口与传感器连接，并通过COM口给传感器供电，所采集的数据经模数转化由终端节点通过ANT天线无线传输至路由器，路由器将接收到的信号放大再通过无线传输至协调器，协调器将所有监测信息汇聚打包经USB接口传输至网关。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的环境信息自动监测装置，其特征在于：网关上运行安卓操作系统，片上接口USB-IN与协调器连接接收采集到的数据；设备供电端PWR与外接电源连接；设备复位重启键RST与终端节点的RST接口连接；网关将采集到的传感器上的电压电流值解析为真实的环境信息后通过RS232、RS485、USB-OUT和RJ-45端口输出。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的环境信息自动监测装置，其特征在于：所述的无线传输设备为COFDM设备，所述的后台监测设备为服务器及外设；所述的无线传输设备采用一对基于透明传输的包括发送端和接收端的COFDM设备，包括一个RJ-45口和一个频率为2.4G或450M的天线；接收端COFDM设备将接收到的无线信号输送至后台监测设备。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的环境信息自动监测装置，其特征在于：所述的协调器、网关、无线传输装置是独自工作的独立模块或是将功能融合在一起的一个融合模块。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的环境信息自动监测装置，其特征在于：所述的终端节点、路由器、协调器的片上运行CC2540芯片。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的环境信息自动监测装置，其特征在于：所述的终端节点连接的传感器包括温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器、可燃气体传感器、风速传感器、风向传感器共6个；所述传感器均采用5V的COM口供电，传感器输出数据为AI型，每个终端节点含2个AI型输入接口，因此可以直接将这些传感器两个一组连接至一个终端节点；这样用3个终端节点即可实现数据的采集，另外需1个路由器拓展传输距离，1个协调器实现数据的汇聚。

9.根据权利要求1所述的基于物联网的环境信息自动监测装置，其特征在于：所述的网关采用ARM／CORTEX开发板，运行安卓操作系统，接口为一个USB口和一个RJ-45口；USB口用于实现跟协调器USB口的连接，RJ-45口用于实现网关跟无线传输设备的互联；网关上运行的安卓程序对采集到的6种不同类型的传感器数据进行解析表征处理后得到具体的环境信息。