CN211876956U - 一种市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置,它包括由NB‑IOT的无线传输芯片、GNSS形变监测装置、MCU,太阳能板、NB‑IOT模块芯片和WiFi模块芯片，信号采用NB‑IOT和WiFi两种通信方式相互切换，其特征在于，MCU采用的STM32包含有数据接收模块，数据存储模块，数据处理模块，数据发送模块；数据传输分为两部分，第一部分为GNSS形变监测装置将采集到的数据通过串口传给STM32；第二部分为STM32将处理过的数据通过串口传入NB‑IOT模块芯片和/或WiFi模块芯片。本实用新型可以实时监测市内重大隐患点的变形和位移，实现定时采集数据以及自动采集数据的功能。

Description

一种市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置

技术领域

本实用新型属于形变监测技术领域，涉及一种市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置，特别是一种基于NB-IOT和WiFi的GNSS市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置。其核心是将GNSS形变监测装置的数据传到STM32中分析处理，然后经过NB-IOT模块（或WiFi模块芯片）将数据传至云平台，整体体现装置低功耗的特性。

背景技术

建筑位移监测是基础设施建设中重要的一个环节，通过位移监测，一方面可以监视建筑物的形变情况，以便一旦发现异常形变可以及时进行分析、研究、采取措施、加以处理，防止事故的发生，确保施工和建筑物的安全。另一方面，通过对建筑物的形变进行分析研究;还可以监验设计和施工是否合理、反馈施工的质量，并为今后的修改和制订设计方法、规范以及施工方案等提供依据，从而减少工程灾害、提高抗灾能力。

GNSS形变监测系统应用于地质滑坡灾害监测，地表塌陷区沉降监测等该装置能够提供形变整体的形变状态，适合于不同的监测精度要求，不同的监测环境。还具有如下优点：测站间无需保持通视、可同时测定点的三维位移、易于实现全系统的自动化、可以获得mm级精度。如CN201710079623.6 《一种基于GNSS的实时变形监测系统》，包括数据监控、检校、存储、分发处理中心，变形监测数据处理模块，实时动态滤波厘米级形变预警模块，近实时双向滤波/整体平差亚厘米级形变预警模块，精密后处理+时间序列分析毫米级形变分析与预测模块。实现实时、近实时、后处理，精度逐级提升的形变预警与预测，提出多种基线滤波与平差方法的融合方案，从而精度逐级提升，进行厘米级形变量的实时预警，以及毫米级位移的延时更新与形变趋势预测。

窄带物联网（NB-IOT）是IOT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接；它支持待机时间长，对网络连接要求较高设备的高效连接；NB-IOT设备电池寿命可以提高至少十年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。它具有低功耗，低成本，高覆盖，强链接等特点。与LoRa相比，NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的，所有在工程实际中有很好的应用前景。如CN201911045465.8 《一种基于NB-IOT通信的低功耗室内外定位方法及其系统》，系统包括作为系统主控的NB-IoT模块以及与其相连的GNSS模块、Zigbee模块、监控终端和安装于室内的锚节点，监控终端通过网络云端与NB-IoT模块连接，GNSS模块、Zigbee模块通过UART、SPI或IIC的方式与NB-IOT模块连接。采用在室内安装锚节点来对定位产品进行室内定位，室外采用GNSS进行定位，以Zigbee锚节点的信号强度作为室内外定位方式的转换开关，将GNSS定位系统和NB-IOT融合在一起，解决了现有技术中室内定位不准确的问题，并且NB-IOT通信较GSM而言频带更窄，功耗更低，产品待机时间长。

超低功耗产品如STM32L0,STM32L1,STM32L4等皆可用于工程实际。STM32中包括定时器、模数转换器和数模转换器等。它能够更好地处理和分析数据并能定时采集。此外它还具有高性能，实时性强，带有唤醒功能的低功耗模式，外部接口丰富，便于低电压操作等优点，还易于开发。

综上，如何在 GNSS形变监测系统的基础上，系统集成NB-IOT模块、WiFi和以STM32为核心的数据处理模块技术，形成一种基于NB-IOT的GNSS市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置，将是一项技术进步。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于NB-IOT的GNSS市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置。GNSS数据采集量大，传输及采集比较费电，而该装置设计小巧并采用光伏供电，在对城区隐患数据监测时有快速且低功耗的特点。可以将NB-IOT和WiFi两种通信方式相互切换，检查整个设备的信号情况，NB-IOT进行数据传输为主，WiFi传输为辅，能够实时做出预警处理，持续性的实现自动化监测。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用以下所述设计方案。

一种市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置,它包括由NB-IOT（蜂窝的窄带物联网）的无线传输芯片、GNSS形变监测装置、MCU,太阳能板、NB-IOT模块芯片和WiFi模块芯片，信号采用NB-IOT和WiFi两种通信方式相互切换，MCU采用的STM32包含有数据接收模块，数据存储模块，数据处理模块，数据发送模块；数据传输分为两部分，第一部分为GNSS形变监测装置将采集到的数据通过串口传给STM32；第二部分为STM32将处理过的数据通过串口传入NB-IOT模块芯片和/或WiFi模块芯片。

进一步，GNSS形变监测装置将采集到的处理数据通过串口传输到STM32中进行数据的接收、处理、存储和发送，STM32的RXD接口、TXD接口分别与GNSS形变监测装置的TXD接口、RXD接口相连接；再通过串口将STM32的数据传入NB-IOT模块芯片，最后将数据传至云平台；NB-IOT模块芯片的URXD接口、UTXD接口分别与STM32的TXD接口、RXD接口相连接。

进一步，GNSS形变监测装置通过2个全双工串口LVTTL引脚连接到STM32的UART模块芯片的接收引脚RXD，发送引脚TXD；STM32的发送引脚TXD、接收引脚RXD分别连接到NB-IOT模块芯片的接收引脚RXD、发送引脚TXD；

GNSS形变监测装置将采集到的数据经2个全双工串口LVTTL引脚传送到STM32的UART模块芯片的接收、发送引脚并将数据储存到外部存储器，调回数据经过分析和处理再通过串口传入NB-IOT模块芯片和/或WiFi模块芯片，最后由NB-IOT模块芯片和/或WiFi模块芯片将数据无线传输至云平台。

进一步，所述NB-IOT模块芯片采用WH-NB75无线传输芯片。

进一步，所述数据处理模块采用STM32L0，包括定时器、模数转换器和数模转换器。

进一步，采用太阳能板供电。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型NB-IOT模块也大大提高了装置的续航能力，实现串口到网络的双向数据透明传输。将GNSS形变监测装置采集到的数据通过串口传入STM32进行数据分析和处理。STM32的RXD接口、TXD接口分别与GNSS形变监测装置的TXD接口、RXD接口相连。MCU采用STM32，它包含数据接收模块、数据存储模块、数据处理模块、数据发送模块。它内含多种功能寄存器进行数据分析和处理，并且还有低功耗和定时的功能。NB-IOT模块芯片通过串口与STM32相连接。NB-IOT模块芯片的URXD接口、UTXD接口分别与STM32的TXD接口、RXD接口相连。

本实用新型GNSS形变监测装置将采集到的数据经由串口传入STM32中，STM32将采集到的数据进行分析处理，然后由STM32中的数据发送模块将处理完的数据发给NB-IOT芯片模块（或WiFi模块芯片），并由网络传给云平台。本实用新型传输速率快，测量精度高等功能。可以对公路边坡，建筑物地基，基坑开挖以及地下工程内部的情况实施监测。本实用新型采用太阳能板供电，解决了GNSS数据传输及采集量大导致的功耗问题。考虑到城市内NB-IOT布点可能覆盖不全，导致部分地区信号不好，而使用其他信号也会增加功耗。城区WiFi基本都是覆盖的，传输速度快，覆盖面广。将NB-IOT和WiFi两种通信方式相互切换，检查整个设备的信号情况。优点是无线信号覆盖面广，并且如果NB-IOT的基站布点不到的地方，也可以采用WiFi低功耗的将数据通过路由传出。

本实用新型与CN201710079623.6（GNSS模块）、 CN201911045465.8（GNSS模块与NB-IOT通信配合使用）相比，本实用新型采用光伏供电，解决了在GNSS数据传输及采集量大导致的功耗问题；并且可以将NB-IOT和WiFi两种通信方式相互切换，在NB-IOT的基站布点不到的地方，可以采用WiFi低功耗的将数据通过路由传出，解决了部分地区信号不好，功耗高的问题。

附图说明

图1为本实用新型数据传输的模块图。

图2为本实用新型NB-IOT模块的工作流程图。

图3为本实用新型本实用新型提供的NB-IOT的位移监测装置系统流程图。

图4为本实用新型本实用新型装置的模块图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的技术方案及优点阐述的更清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进进一步的说明。需要说明的是，此处描述的实施方式仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了进一步阐述本实用新型为达到预定目的所采用的技术手段，现用实施案例进行说明。

本实用新型提供了一种基于NB-IOT和WiFi的GNSS市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置。该监测装置主要包括NB-IOT（蜂窝的窄带物联网）的无线传输芯片，GNSS形变监测装置，STM32微处理器，太阳能板，WiFi。本实用新型能使GNSS形变监测装置得到的数据通过技术高效地传入低功耗的STM32微处理器中进行数据分析和处理，再经过低功耗的NB-IOT模块（或WiFi模块芯片）将数据传至云平台。

图1为图4中数据传输的具体模块图；图2为图4中NB-IOT模块的工作流程图，图3为图4中数据模块的整体传输流程图。

如图1所示，一种基于NB-IOT和WiFi的GNSS市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置。数据传输模块主要分为两部分。第一部分为GNSS形变监测装置将采集到的数据通过串口传给STM32。第二部分为STM32将处理过的数据通过串口传入NB-IOT模块芯片。

其中，STM32包含有数据接收模块，数据存储模块，数据处理模块，数据发送模块；GNSS形变监测装置将采集到的数据经2个全双工串口LVTTL引脚传送到STM32的UART模块芯片的接收、发送引脚并将数据储存到外部存储器，调回数据经过CPU分析和处理再通过串口传到NB-IOT模块芯片。

GNSS形变监测装置通过2个全双工串口LVTTL引脚连接到STM32的UART模块芯片的接收引脚RXD，发送引脚TXD；STM32的发送引脚TXD、接收引脚RXD分别连接到NB-IOT模块芯片的接收引脚RXD、发送引脚TXD。

GNSS形变监测装置将采集到的数据经2个全双工串口LVTTL引脚传送到STM32的UART模块芯片的接收、发送引脚并将数据储存到外部存储器，调回数据经过分析和处理再通过串口传入NB-IOT模块芯片（或WiFi模块芯片），最后由NB-IOT模块芯片（或WiFi模块芯片）将数据无线传输至云平台。

图2为NB-IOT模块的内部工作流程图。终端设备将采集到的数据通过串口传入NB-IOT模块芯片，然后直接通过NB-IOT网络将数据传入因特网，并存储在相关的数据服务器中。

图3为本实用新型提供的NB-IOT的位移监测装置系统流程图。GNSS形变监测装置将采集到的处理数据通过串口传输到STM32中进行数据的接收、处理、存储和发送，（STM32的RXD接口、TXD接口分别与GNSS形变监测装置的TXD接口、RXD接口相连接；NB-IOT模块芯片的URXD接口、UTXD接口分别与STM32的TXD接口、RXD接口相连接）再通过串口将STM32的数据传入NB-IOT模块芯片（或WiFi模块芯片），最后将数据传至云平台。

图4为本实用新型装置的模块图。一种基于NB-IOT和WiFi的GNSS市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置,它包括有NB-IOT（蜂窝的窄带物联网）的无线传输芯片，GNSS形变监测装置，MCU,NB-IOT模块，太阳能板，WiFi。该装置设计小巧并采用光伏供电，并可以将NB-IOT和WiFi两种通信方式相互切换，检查整个设备的信号情况。GNSS形变监测装置（天线）通过2个全双工串口LVTTL引脚连接到STM32的UART模块芯片的接收引脚RXD，发送引脚TXD；STM32的发送引脚TXD、接收引脚RXD分别连接到NB-IOT模块芯片的接收引脚RXD、发送引脚TXD；GNSS形变监测装置将采集到的数据经2个全双工串口LVTTL引脚传送到STM32的UART模块芯片的接收、发送引脚并将数据储存到外部存储器，调回数据经过分析和处理再通过串口传入NB-IOT模块芯片（或通过WiFi模块芯片无线传输数据至云平台），最后由NB-IOT模块芯片通过NB-IOT网络将数据无线传输至云平台。

所述数据处理模块采用STM32L0这种超低功耗产品。它包括定时器、模数转换器和数模转换器等，能够更好地处理和分析数据并能定时采集。STM32有定时的功能，可以实现装置的自动化监测，配套NB-IOT模块更能极大地发挥低功耗的特点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，只要以相同手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种市区隐患点光伏供电式位移监测数据传输装置,它包括有NB-IOT的无线传输芯片、GNSS形变监测装置、MCU,太阳能板、NB-IOT模块芯片和WiFi模块芯片，信号采用NB-IOT和WiFi两种通信方式相互切换，其特征在于，MCU采用的STM32包含有数据接收模块，数据存储模块，数据处理模块，数据发送模块；数据传输分为两部分，第一部分为GNSS形变监测装置将采集到的数据通过串口传给STM32；第二部分为STM32将处理过的数据通过串口传入NB-IOT模块芯片和/或WiFi模块芯片。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，GNSS形变监测装置将采集到的处理数据通过串口传输到STM32中进行数据的接收、处理、存储和发送，STM32的RXD接口、TXD接口分别与GNSS形变监测装置的TXD接口、RXD接口相连接；再通过串口将STM32的数据传入NB-IOT模块芯片，最后将数据传至云平台；NB-IOT模块芯片的URXD接口、UTXD接口分别与STM32的TXD接口、RXD接口相连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，GNSS形变监测装置通过2个全双工串口LVTTL引脚连接到STM32的UART模块芯片的接收引脚RXD，发送引脚TXD；STM32的发送引脚TXD、接收引脚RXD分别连接到NB-IOT模块芯片的接收引脚RXD、发送引脚TXD；

GNSS形变监测装置将采集到的数据经2个全双工串口LVTTL引脚传送到STM32的UART模块芯片的接收、发送引脚并将数据储存到外部存储器，调回数据经过分析和处理再通过串口传入NB-IOT模块芯片和/或WiFi模块芯片，最后由NB-IOT模块芯片和/或WiFi模块芯片将数据无线传输至云平台。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述NB-IOT模块芯片采用WH-NB75无线传输芯片。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块采用STM32L0，包括定时器、模数转换器和数模转换器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，采用太阳能板供电。

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