CN212847102U - 基于nb-iot的物联网偏移报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NB‑IOT的物联网偏移报警装置，包括ARM微处理器，用于监测倾斜角度的传感器，用于通信的NB‑IOT通信模块，物联网平台、报警装置、提供电源的充电装置；所述ARM微处理器分别控制用于监测倾斜角度的传感器、NB‑IOT通信模块，所述充电装置对该ARM微处理器提供电源；所述ARM微处理器通过该NB‑IOT通信模块将信息传输至该物联网平台，所述ARM微处理器通过该物联网平台控制所述报警装置报警。本实用新型在于提供一种能够智能监测立杆倾斜角度，预警及时，安全可靠性强，使用方便一种基于NB‑IOT的物联网偏移报警装置。

Description

基于NB-IOT的物联网偏移报警装置

技术领域

本实用新型涉及监测立杆偏移领域，尤其涉及一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置。

背景技术

随着近年来我国城乡建设的快速发展，立杆遍布街道、乡村和住宅小区。但据不完全统计，近年来我国各地因恶劣天气等原因引发的立杆意外倾倒砸伤路人、车辆事件屡见不鲜，对人民的生命和财产安全够成了严重危害。

目前，由于监控立杆因立杆高度、横臂长度、立杆环境复杂，杆件可能会有一定的倾倒隐患，急需一种能够监测立杆的倾斜程度，并能够根据设定阈值进行预警提示的装置或系统。

中国专利申请号:201410141621.1，申请日：2014年04月10日，公开日：2014年07月02日，专利名称为：一种针对高危行道树的倾斜状态危险预警装置，该发明公开了一种针对高危行道树的倾斜状态危险预警装置。本装置体积轻巧且能方便固定于被测树木主干上，利用内置MEMS三轴加速度传感器对树木主干进行实时加速度数据采集，数据经微处理器转换后与预设角度阀值进行比较，判断是否触发被测树木倾斜状态危险警报，报警的方式分为GSM定向短信报警和现场声光报警。本实用新型对被测高危行道树主干倾斜状态进行实时监测，提前获知树干倾斜状态危险信号并及时告知市政园林养护部门和现场行人、车辆，从而有效地预防因行道树意外倾倒而引发的伤及路人、车辆事件。特别适用于城市公路、公园、住宅小区等广泛种植行道树的场所，且成本低、安装简便、可靠性高。。

上述专利文献虽然公开了一种针对高危行道树的倾斜状态危险预警装置，但是，该系统监测倾斜角度不够准确，预警系统不及时影响安全，该实用新型不能满足社会发展的需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型在于提供一种能够智能监测立杆倾斜角度，预警及时，安全可靠性强，使用方便一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置。

为了实现本实用新型目的，可以采取以下技术方案：

一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，包括ARM微处理器，用于监测倾斜角度的传感器，用于通信的NB-IOT通信模块，物联网平台、报警装置、提供电源的充电装置；所述ARM微处理器分别控制用于监测倾斜角度的传感器、NB-IOT通信模块，所述充电装置对该ARM微处理器提供电源；

所述ARM微处理器通过该NB-IOT通信模块将信息传输至该物联网平台，所述ARM微处理器通过该物联网平台控制所述报警装置报警；

所述报警装置包括太阳能板，所述太阳能板包括反接警示电路、防反接电路、双电源切换接入电路；所述太阳能板通过该反接警示电路、防反接电路、双电源切换接入电路对所述充电管理芯片充电。

所述ARM微处理器为型号是STM32L412K8T6。

所述传感器为型号是MPU9250九轴传感器。

所述ARM微处理器包括温度大气压监测电路。

所述ARM微处理器包括存储芯片。

所述NB-IOT通信模块包括防电源高压电路。

所述充电装置包括充电管理芯片。

所述充电管理芯片包括过放保护电路，所述ARM微处理器包括低压差稳压电路；所述充电管理芯片通过过放保护电路和低压差稳压电路对该ARM微处理器提供电源。

所述充电管理芯片还包括充电指示电路和充电检测电路。

本实用新型的有益效果是：1）本实用新型基于NB-IOT的太阳能供电的倾斜报警装置，可安装在立杆顶端、立杆横臂、立杆上监测立杆的倾斜程度及位移，监测准确度高，安全可靠；2）本实用新型倾斜度传感器实时检测倾斜度信息并上传至物联网平台，设定报警阈值，检测倾斜度数值一旦超出设定值立即在平台预警，发现隐患并做进一步处理；3）本实用新型有灵敏度高、无需布线、安装简单、环保节能、远程报警等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置的电路方框图；

图2为本实用新型实施例一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置的充电管理芯片电子电路图；

图3为本实用新型实施例一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置的温度大气压监测电路点电子电路图；

图4为本实用新型实施例一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置的NB-IOT通信模块电子电路图；

图5为本实用新型实施例一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置的九轴传感器电子电路图。

具体实施方式

下面结合附图及本实用新型的实施例对实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

参看图1，该一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，包括ARM微处理器1，用于监测倾斜角度的传感器2，用于通信的NB-IOT通信模块6，物联网平台69、报警装置691、提供电源的充电装置10；所述ARM微处理器1分别控制用于监测倾斜角度的传感器2、NB-IOT通信模块6，所述充电装置10对该ARM微处理器1提供电源；

所述ARM微处理器1通过该NB-IOT通信模块6将信息传输至该物联网平台69，所述ARM微处理器1通过该物联网平台69控制所述报警装置报警691。

优选地，所述ARM微处理器1为型号是STM32L412K8T6。

优选地，所述传感器2为型号是MPU9250九轴传感器。

所述ARM微处理器1包括温度大气压监测电路4，该温度大气监测电路4用来监测温度信息、大气压信息数据。

所述ARM微处理器1包括存储芯片3，该存储芯片3型号为SPLFLash的存储芯片，该存储芯片3用来存储数据。

进一步，优选地，所述ARM微处理器1通过SPI总线通信控制器11分别控制所述的九轴传感器2、存储芯片3、温度大气压监测电路4。

本实施例中，优选地，所述ARM微处理器1还包括电池电压监测电路5，所述ARM微处理器1通过AD转换器控制该电池电压监测电路。该电池电压监测电路5用来监测电池的状态信息数据。

本实施例中，所述ARM微处理器1采用带FPU 的Arm®32位Cortex®M4 CPU，该CPU频率高达80MHz，支持100DMIPS的 FPU（浮点运算）和DSP指令，程序存储器大小: 64 kB，数据 RAM 大小: 40 kB；接口类型: I2C, LPUART, SPI,QSPI，USART；通过SPI接口连接传感器芯片，通信速率达1MHz，并有中断口来实时响应传感器的中断信号；所述USART接口与所述NB-IOT通信模块4连接，通过ARM微处理器1发出的AT指令控制该NB-IOT通信模块4与所述物联网平台4通信，发出报警信息。

本实施例中，所述九轴传感器2包括陀螺仪传感器或加速度传感器或磁力传感器。

所述九轴传感器2通过采集陀螺传感器数据监测倾斜角度的姿态角值。

本实施例中，本实用新型所述ARM微处理器1采用SPI接口同传感器进行通信，通信速率可达1MHz，所述MPU9250传感器芯片可以通过寄存器配置不同的量程，使得到的数据更为精确；

所述MPU9250九轴传感器对陀螺传感器、加速度传感器1和磁力传感器分别用了三个 16 位的 ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。

本实施例中，所述NB-IOT通信模块4包括网络指示电路61、射频无线电路62、串口通讯电平转换电路63、对外唤醒电路64和防电源高压电路65。

所述NB-IOT通信模块4还包括3.7V锂电池68，该3.7V锂电池68通过电池反接警示电路67、电池反接保护电路和防电源高压电路65对所述NB-IOT通信模块4提供电源。

优选地，所述ARM微处理器1通过串口13对所述串口通讯电平转换电路63传输信息；该ARM微处理器1通过中断接口14控制该对外唤醒电路64。

参看图5，该图5是所述九轴传感器2电子电路图；本实施例中，所述九轴传感器2包括型号为9250的MPU、SPI接口以及C14、C15、C16旁路电容；所述型号为9250的MPU通过SPI接口和MCU进行通信，该C14、C15、C16为旁路滤波电容。

所述型号为9250的MPU的九轴传感器2可以设置阈值，当检测值超过阈值时INT引脚产生高电平中断。MPU-9250测量加速度值、磁力计值、陀螺仪值，内部为16bitA/D转换器。

参看图4，该图4是所述NB-IOT通信模块4的电子电路图；本实施例中，所述通信模块采用中移物联的2G/NB-IOT双模通信模组，增强网络的通信稳定性。该NB-IOT通信模块4的电路中所述C27、C9、C10、C11、C8构成供电滤波电路，滤除电源中的杂波和高频干扰；R14和4.2V稳压二极管D4构成了放高压电路，防止高压对M5313模组造成损坏。

所述KEY1、R18、R19、NPN型三极管Q5和C12构成复位电路，MCU也可以通过控制复位电路；R10、R11、R12为串口通信电平转换电路；WAKEIN为M5313模组的唤醒输入引脚，用于MCU唤醒M5313通信模组，进行突发性的数据通信；R20、LED5、Q7、R23，R24组成了M5313模组的对外唤醒电路，用于M5313模组接收到数据之后，通知MCU处理数据；R22、R21、LED6、Q6组成了网络指示电路；该设计中还预留了M5313模组的调试串口电路，由USB转串口芯片CH330和USB座组成；C5、C6、R13和SMA组成射频天线电路。

参考图3，该图3是温度大气压监测电路3电子电路图；在该电路图中所述C32、C33为旁路滤波电容，滤除干扰，增加电路的抗干扰能力。所述BMP280通过SPI接口和MCU进行通信，温度测量范围：-40℃~+85℃；大气压强的测量范围为：0~20000hPa（百帕）。

实施例2

参看图1，图2，与上述实施例的不同之处在于，所述充电装置10包括充电管理芯片9，该充电管理芯片9为型号是CN3761的芯片。

该图2为型号是CN3761充电管理芯片的电子电路图；在该电路中，所述LED1和R6组成太阳能板反接警告电路，当太阳能板接反时，LED1点亮。

所述PMOS管Q3和电阻R7组成防反接电路，当太阳能反接时，Q3的G极为高电平，Q3截至，太阳能板不会给后边的电路供电。

本实施例支持双充电电源接入，当+5V接入时，Q3截至，+5V对后边的电路供电。

该CN3761充电管理芯片是以5V太阳能电池为输入的PWM降压模式单节锂电池充电管理芯片，LED2为充电/电池指示灯，当处于充电状态，红灯亮，当电池断开或故障时，LED2闪烁；LED3为充电结束指示灯，电池充满电时，绿灯亮；Q1为外部功率PMOS管，CN3761通过输出不同占空比的PWM波，控制PMOS管的通断以控制充电电流，Q1和L1构成功率电路，实现能量转换；C2、C3为输入输出电容；为了保证电流调制回路和电压调制回路的稳定性，再CN3761的COM管脚到地之间串联连接R8和C4，C4为22nf的瓷片电容；R1为电流检测电阻，为保证充电电流的检测精度，R1采用1206封装的1%精度的电阻；该电路再充电结束后，断开充电电路，当电池电压降低到恒压充电电压的95.22% 时，电路进入充电状态，开始新的充电周期，这样可以保证电池的电量的饱满度再80%以上；

所述CN302、R2、R3、R4、Q5构成低功耗过放保护电路。该CN302的上行阈值和下行阈值可单独设置，便于设置迟滞，当电池电压低于设定的下行阈值时，LBO输出高电平，PMOS管Q2截至，电池不再放电；当电池电压大于上行阈值时，PMOS管Q2导通，电池放电。R2、R3、R4构成外部电阻分压网络检测电池电压，电池端上行阈值由下式决定：

电池端下行阈值由下式决定：

式中的V_ref时CN302内部基准电压，电压值为1.211V

C34、C35为旁路电容，增强电路的抗干扰能力。

本实施例中，优选地，所述充电管理芯片9包括过放保护电路7，所述ARM微处理器1包括低压差稳压电路151；该充电管理芯片9通过保护电路7、低压差稳压电路151和ARM微处理器1的电源接口15对该ARM微处理器1提供电源；

所述ARM微处理器1还包括调试串口电路161和复位电路171，该ARM微处理器1通过串口16控制所述调试串口电路161；所述ARM微处理器1通过复位接口17控制该复位电路171；

所述充报警装置691包括太阳能板8，所述太阳能板8包括反接警示电路81、防反接电路82、双电源切换接入电路83；所述太阳能板8通过该反接警示电路81、防反接电路82、双电源切换接入电路83对所述充电管理芯片9充电。

所述充电管理芯片9还包括充电指示电路91和充电检测电路92。

本实用新型整机功耗较低，无线通信模块在无数据流量时进入低功耗工作模式，对数据不间断采集，在无数据流量时整机功耗为5mA；在有据流量时平均功耗约30mA；而且在数据交互算法上做了优化，在保证突发性数据的实时性的前提下尽量减少数据流量；日平均耗能约125mAH，功耗低。

本实用新型的供电采用太阳能板进行光能转换、锂电池储能的方式，太阳能供电电路采用CN3761的MPPT太阳能充电管理芯片，CN3761时PWM降压性锂电池充电管理芯片，具有涓流、恒流和恒压充电模式，延长锂电池的工作寿命；采用CN302过放保护芯片对锂电池进行保护，避免过放对锂电池照成损伤；电池采用5000mAh锂电池，保证充足的电量，在连续无光照的情况下也能保证供电不间断。

本实施例中，所述NB-IOT通信模块4采用中移物联2G/NB-IOT双模模组：该双模组型号为M5313，该通信模块支持双模通信。

本实施例中，所述NB-IOT通信模块4优先使用NB模式通信，在无法连接NB小区的情况下，注册GSM网络进行数据通信，在GSM网络模式下，周期性NB背景搜索，返回NB模式，保证网络通信；定时切换至GSM网络模式，前端设备查询服务器平台的固件版本，有新的固件版本，通过GPRS网络进行远程升级。

本实用新型可安装在立杆顶端、立杆横臂、立杆上监测立杆的倾斜程度及位移；倾斜度传感器实时检测倾斜度信息并上传至物联网平台，设定报警阈值，检测倾斜度数值一旦超出设定值立即在平台预警，发现隐患并做进一步处理。本实用新型具有灵敏度高、无需布线、安装简单、环保节能、远程报警、PCB采用无铅喷锡制作等优点。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，其特征在于：包括ARM微处理器，用于监测倾斜角度的传感器，用于通信的NB-IOT通信模块，物联网平台、报警装置、提供电源的充电装置；所述ARM微处理器分别控制用于监测倾斜角度的传感器、NB-IOT通信模块，所述充电装置对该ARM微处理器提供电源；

所述ARM微处理器通过该NB-IOT通信模块将信息传输至该物联网平台，所述ARM微处理器通过该物联网平台控制所述报警装置报警；

所述报警装置包括太阳能板，所述太阳能板包括反接警示电路、防反接电路、双电源切换接入电路；所述太阳能板通过该反接警示电路、防反接电路、双电源切换接入电路对所述充电管理芯片充电。

2.根据权利要求1所述基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，其特征在于：所述ARM微处理器为型号是STM32L412K8T6。

3.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，其特征在于：所述传感器为型号是MPU9250九轴传感器。

4.根据权利要求1或2或3所述基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，其特征在于：所述ARM微处理器包括温度大气压监测电路。

5.根据权利要求4所述基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，其特征在于：所述ARM微处理器包括存储芯片。

6.根据权利要求1所述基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，其特征在于：所述NB-IOT通信模块包括防电源高压电路。

7.根据权利要求1所述基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，其特征在于：所述充电装置包括充电管理芯片。

8.根据权利要求7所述基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，其特征在于：所述充电管理芯片包括过放保护电路，所述ARM微处理器包括低压差稳压电路；所述充电管理芯片通过过放保护电路和低压差稳压电路对该ARM微处理器提供电源。

9.根据权利要求7所述基于NB-IOT的物联网偏移报警装置，其特征在于：所述充电管理芯片还包括充电指示电路和充电检测电路。

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