CN209994398U - 一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，主要由环境监测节点、数据集中器、显示屏、路由器、云端服务器、网页以及移动智能终端构成。环境监测节点基于各传感器监测相应环境信息，并将其信息数据转发到数据集中器，数据集中器处理环境数据后一方面将其环境数据通过LoRa传输到显示屏，实现本地环境监测，另一方面数据集中器通过WiFi连上路由器，利用互联网实现数据上传并将其环境数据存储于云端服务器。网页和移动智能终端软件访问服务器获取环境数据，实现其远程环境监测。

Description

一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统

技术领域

本实用新型发明应用背景属于环境质量监测领域，具体是一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统。发明内容涉及无线通讯、物联网、云端服务计算等技术领域，目的在于利用LoRa无线通讯传输距离远、抗干扰能力强的特点，实现大型建筑内环境无线监测，并利用物联网技术实现住宅环境的远程监测。

背景技术

随着计算机技术、网络技术、控制技术及人工智能等技术的飞跃发展以及生活水平的提高，人们对居住建筑舒适度、安全性及节能环保等方面的需求越来越迫切。环境监测数据是建筑内环境质量评价以及智能系统控制的基础。

大型建筑下的环境监测具有监测节点分散、干扰因素多、数据传输距离远等特点，目前，常见无线环境监测技术主要以WiFi、ZigBee、蓝牙为主，但是上述无线环境监测技术无线传输距离均较短，且易受干扰。

LoRa是一种基于扩频调制技术的低功耗广域网无线通讯技术，具有通讯范围大、超低功耗和抗干扰能力强的特点，解决了传统无线通讯设计方案无法兼顾传输距离、抗干扰和功耗的难题，因而被广泛应用于大型区域监测中。使用LoRa无线通讯技术进行大型建筑的环境监测能有效地提高无线传输距离和传输时的抗干扰性。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，解决上述背景技术中常见无线环境监测系统方案中传统无线通讯技术的缺点问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，可分为四个部分，分别是环境监测部分，环境数据集中与传输部分，数据存储部分，环境显示部分。

环境监测部分由若干个环境监测节点构成，环境监测节点通过传感器采集相应环境数值后，由节点主控器对这些数值进行处理和组装并按照一定协议格式通过LoRa无线通讯技术将其数据传输至数据集中终端。

环境数据集中与传输部分由数据集中终端以及路由器构成。数据集中器用于接收散布在建筑内所有的无线环境监测节点采集的数据，路由器用于网络互联。数据集中器接收各无线环境监测节点传输的数据后再次数据的集中与处理，将其数据处理为JSON格式，并依托路由器端，由路由器将其数据上传至云端服务器。

数据存储部分主要为云端服务器，云端服务器部署MySQL数据库，负责环境数据、用户数据、设备数据等各类数据的存储。

环境显示部分由建筑内部的显示屏、移动端的智能终端以及PC端的网页构成，显示屏从数据集中器处获取环境数据，用于建筑内本地的环境监控，移动智能终端软件与网页从云端服务器数据库获取数据，用于远程监控。由此，环境监测节点监测环境信息，并发给数据集中器，数据集中器接收到环境监测节点数据后将其数据一方面发送给显示屏，用于本地环境监测，一方面将其数据上传至云端服务器，利用移动智能终端软件与网页通过获取服务器数据实现远程监控。

附图说明

图1为该实用新型的总体结构框图；

图2为系统数据集中器架构图；

图3为环境监测节点架构图；

图4为系统服务器架构图；

图5为系统LoRa无线通讯模块电器连接图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行进一步的说明。但应当理解，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为说明书框图，是整个系统的架构图，所述系统总体可分为上位机与下位机两大部分，所述下位机由环境监测节点、数据集中器、显示屏、路由器构成。所述环境监测节点分布在建筑内部各点进行环境数据监测，并将其监测的环境数据通过LoRa无线通讯技术传输到数据集中器，数据集中器对环境监测数据进行集中后一方面将其数据无线传输到显示器，实现本地环境监测，一方面通过WiFi无线通讯技术将其数据传输到路由器，由路由器将其数据上传到云端服务器。上位机由云端服务器、网页以及移动智能终端软件构成，云端服务器接收下位机上传的环境数据并存储到数据库中，网页端主要用于PC端监控，网页端通过HTTP协议以及Socket与云端服务器建立数据通道，实现数据的交互，进而实现环境远程监控，移动智能终端软件主要用于移动端环境监控，移动智能终端软件通过HTTP协议以及Socket与云端服务器建立数据通道，实现数据的交互，进而实现环境信息的远程监控。

图2为数据集中器架构图，所述数据集中器主要由STM32处理器、EEPROM和Flash组成的存储模块、LoRa无线通讯模块、WiFi无线通讯模块、USB电源接口电路模块组成。STM32处理器是数据核心处理单元，负责处理、计算各类数据和解析各类控制指令并执行相应指令。EEPROM与Flash构成存储模块，存储用户WiFi账号，密码等信息数据，实现掉电不丢失。LoRa无线通讯模块用于接收环境监测节点数据。WiFi无线通讯模块用于实现与路由器的信息交互。USB电源接口电路模块，采用USB供电，为各模块以及电路提供正常工作电压。

图3为环境监测节点架构图，所述环境监测节点主要由各类传感器模块、LoRa通讯模块、电源模块以及STM32处理器构成。各类传感器模块用于监测对应环境数据，并将监测环境数据传输到处理器，由处理器进行数据的集中计算处理。LoRa通讯模块用于实现与数据集中器之间的数据交互，电源模块为环境监测节点提供工作正常电压。

图4为系统服务器程序架构图，所述云端服务器可分为处理层和端口层。处理层以MySQL数据库为依托，负责实时报文数据解析、数据算术处理、变量逻辑变换、数据读写与存储。端口层实现与嵌入式端、移动智能终端软件、网页的数据信息交互，服务器与嵌入式端的数据交互由MQTT协议实现，服务器与移动智能终端软件的数据交互基于HTTP协议与Socket协议实现。

图5为LoRa通讯模块与STM32单片机电器连接示意图，M1与M2引脚确定其LoRa通讯模块工作方式，采用串口通讯实现LoRa模块与STM32单片机处理器之间的数据交互。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，包括环境数据的采集、传输以及可视化显示，其特征在于：

a.移动智能终端软件，与监测系统匹配的移动智能终端软件，用于移动智能终端远程监测；

b.网页，与本智能家居控制匹配的网页，用于远程系统控制管理；

c.云端服务器，用于数据存储和与网页、移动智能终端软件进行数据交互；

d.环境监测节点，为分布式环境监测节点，采用LoRa无线通讯技术与数据集中器进行数据交互，用于家居环境监测；

e.显示幕，系统位于本地的信息查看端，与数据集中器通过LoRa无线通讯技术进行数据交互；

f.数据集中器，位于室内的数据传输核心，负责环境数据收集、转发与上传；

g.路由器，实现网络共享。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，其特征在于，所述环境监测节点、显示屏幕与数据集中器之间的数据交互均采用LoRa无线通讯技术。

3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，其特征在于，所述环境监测节点与数据集中器间采用轮询的方式进行数据集中。

4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，其特征在于，所述数据集中器通过Wi-Fi连上路由器，利用互联网实现数据上传并存储于云端服务器。

5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，其特征在于，所述数据集中器采用MQTT协议与JSON数据格式进行环境数据的上传。

6.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，其特征在于，所述服务器部署MySQL数据库，用于用户信息、环境数据等各类数据的存储，并能进行实时报文数据解析，参数运算处理等数据处理工作。

7.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，其特征在于，所述服务器与网页、移动智能终端软件基于HTTP协议与Socket协议件间实现数据的双向通讯。

8.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，其特征在于，网页端与移动智能终端软件均能实现当前建筑内的环境数据实时显示，且网页端能实现24小时内的环境数据变化显示。

9.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的大型建筑环境监测系统，其特征在于，所述环境监测数据具体包括温湿度、甲醛、光强、CO、PM1.0、PM2.5、PM10、空气质量监测。

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