CN217770375U - 基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统，通过在气瓶口配置传感器节点，由若干气瓶的传感器节点组成蓝牙Mesh网络，传感器节点包括第一低功耗蓝牙模块和压力传感器，第一低功耗蓝牙模块获取压力传感器采集的压力数据，传输给第二低功耗蓝牙模块，第二低功耗蓝牙模块接收压力数据并传输云服务平台，云服务平台对气瓶压力数据进行分析、判断和预测。本系统由传感器节点组成蓝牙Mesh网络，克服了传统蓝牙传输距离短的问题，且传感器节点能够自动组网，配置锂亚电池和电源管理模块，不需要实时插电，采用适用于大量气瓶的移动实时监测，与云服务平台的数据交互实现了压力判断和预测，能够在意外发生前及时采取措施，提高了气压监测的可靠性。

Description

基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统

技术领域

本申请涉及压力监测技术领域，特别是涉及一种基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统。

背景技术

目前各种气瓶被广泛地应用到各个领域，如消防领域的空气呼吸器，医疗领域的氧气瓶等。这些气瓶内部往往存储着高压气体，运输和磕碰等可能会使气瓶出现泄漏、气压不足、气压升高等不正常状态，会造成经济损失，甚至严重时气瓶内的高压气体瞬间释放出来会导致爆炸，从而对使用者和附近的人员造成伤害，因此需要对气瓶的压力进行实时监控。

而随着无线技术的快速发展，研究者也迅速将这一技术应用到监测系统的设计之中。研究者们提出了不同的方法来实现气瓶的监测。方法一：通过含有敏锐元件(如波登管、膜盒、波浪管)的压力表弹性形变，再通过表内的转换机构将压力形变传导至指针，引导指针转动来显示压力。方法二：通过氧气瓶的特征信息来达到检测的作用，比如通过对氧气瓶施加超声波型号，分析接收到的信号来判断是否发生缺陷，通过在氧气瓶表面贴力敏传感器，检测氧气瓶的表面张力间接达到监测的目的；方法三：对于远距离监控，使用压力传感器监测，采用Zigbee、Wi-Fi和经典蓝牙等无线通信技术一对多连接方式，组成小范围的节点网络，然后通过GPRS、NB_IoT和LoRa等技术连接Internet或服务器等，形成小范围的监控系统。

氧气瓶压力监测即在氧气瓶端口装设机械压力表或者压力传感器，通过对氧气瓶的压力检测来了解是否存在泄漏、气压不足、气压升高等状态。对于远距离监控，使用压力传感器监测，采用经典蓝牙或者BLE蓝牙等无线通信技术一对一连接方式，组成小范围的节点网络，传输距离短，不适用于大量气瓶的移动监测。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统，能够克服传统蓝牙传输距离短的不足，并且能够实现大量气瓶的移动监测。

一种基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统，所述系统包括：

蓝牙Mesh网络；所述蓝牙Mesh网络包括若干个传感器节点；所述传感器节点包括第一低功耗蓝牙模块和压力传感器；所述第一低功耗蓝牙模块与所述压力传感器连接；

传感器网关；所述传感器网关包括第二低功耗蓝牙模块和微控制器；所述第二低功耗蓝牙模块与微控制器连接；

云服务平台；所述云服务平台用于进行数据收发、数据分析、节点管理和数据存储；

所述第二低功耗蓝牙模块与所述蓝牙Mesh网络通信连接；

所述传感器节点配置在气瓶瓶口，通过所述压力传感器获取气瓶的压力数据并传输给所述第一低功耗蓝牙模块，所述第二低功耗蓝牙模块采集第一低功耗蓝牙模块接收的压力数据并传输给云服务平台，所述云服务平台根据接收的压力数据对单个传感器节点对应的气瓶压力数据进行分析、判断和预测，并将所述判断和预测结果返回给所述微控制器，所述微控制器根据所述判断和预测结果向所述蓝牙Mesh网络发送控制指令；

在其中一个实施例中，所述蓝牙Mesh网络还包括：第一电源模块；

所述第一电源模块与所述第一低功耗蓝牙模块和所述压力传感器连接，用于为所述第一低功耗蓝牙模块和所述压力传感器供电。

在其中一个实施例中，所述蓝牙Mesh网络还包括按键模块；所述按键模块与所述第一低功耗蓝牙模块连接。

在其中一个实施例中，所述传感器网关还包括局域网模块或者广域网模块；

所述局域网模块或者所述广域网模块与所述微控制器和所述第二低功耗蓝牙模块连接，所述微控制器通过所述局域网模块或者所述广域网模块将所述压力数据传输给云服务平台，所述云服务平台将所述判断和预测结果通过所述局域网模块或者所述广域网模块返回给所述微控制器。

在其中一个实施例中，所述传感器网关还包括第二电源模块；所述第二电源模块为锂电池；采用直流适配器为所述锂电池充电。

在其中一个实施例中，所述第一电源模块包括锂亚电池和电源管理模块。

在其中一个实施例中，所述广域网模块包括NB-IoT模块；所述局域网模块包括以太网模块。

在其中一个实施例中，所述传感器网关还包括显示屏；所述显示屏用于显示当前的系统状态和警报信息。

在其中一个实施例中，所述云服务平台包括数据收发模块、数据分析模块、节点管理模块和数据存储模块；

所述数据收发模块与所述局域网模块或者所述广域网模块连接；

所述数据分析模块、所述数据存储模块以及节点管理模块均与所述数据收发模块连接；

节点管理模块用于管理所述传感器节点的节点属性；所述节点属性包括压力大小、压力变化状态、节点连接状态、节点连接数量和网关连接状态等；

所述数据收发模块接收所述传感器网关传输的压力数据并传输给所述数据分析模块和所述数据存储模块，所述数据分析模块对所述压力数据进行分析、判断和预测。

上述基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统，通过在气瓶瓶口配置传感器节点，由若干个气瓶上的传感器节点组成蓝牙Mesh网络，每个传感器节点具体包括第一低功耗蓝牙模块和压力传感器，第一低功耗蓝牙模块获取压力传感器采集气瓶的压力数据，并传输给传感器网关部分的第二低功耗蓝牙模块，第二低功耗蓝牙模块采集第一低功耗蓝牙模块接收的压力数据并传输云服务平台，云服务平台根据接收的压力数据对单个传感器节点对应的气瓶压力数据进行分析、判断和预测。本系统通过在气瓶瓶口配置传感器节点，由多个传感器节点组成蓝牙Mesh网络，克服了传统蓝牙传输距离短的问题，同时多个传感器节点能够根据气瓶的移动自动组网，且由于配置有锂亚电池和电源管理模块，不需要实时插电，适用于大量气瓶的移动实时监测，并且与云服务平台的数据交互实现了气瓶的压力判断和预测，能够在意外情况发生前及时采取措施避免意外发生，提高了气瓶的安全性和气压监测的可靠性。

附图说明

图1为一个实施例中传感器节点及蓝牙Mesh网络示意图；

图2为一个实施例中传感器网关示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，提供了一种基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统，包括以下部分：

蓝牙Mesh网络、传感器网关和云服务平台。

蓝牙Mesh网络包括若干个传感器节点，传感器节点包括第一低功耗蓝牙模块和压力传感器，第一低功耗蓝牙模块与压力传感器连接。

传感器节点需要支持蓝牙Mesh网络，由多个相同的传感器节点组成整个压力传感器网络，即蓝牙Mesh网络，其中传感器节点的数量上限可由蓝牙Mesh协议决定。

传感器网关包括第二低功耗蓝牙模块和微控制器，第二低功耗蓝牙模块与微控制器连接，第二低功耗蓝牙模块还与蓝牙Mesh网络通信连接。

传感器节点配置在气瓶瓶口，通过压力传感器获取气瓶的压力数据并传输给第一低功耗蓝牙模块，第二低功耗蓝牙模块采集第一低功耗蓝牙模块接收的压力数据并传输云服务平台，云服务平台根据接收的压力数据对单个传感器节点对应的气瓶压力数据进行分析、判断和预测，并将判断和预测结果返回给微控制器，微控制器根据判断和预测结果向蓝牙Mesh网络发送控制指令。

云服务平台用于进行数据收发、数据分析、节点管理和数据存储，云服务平台接收所有节点的数据，分别对单个节点进行当前数据和历史数据综合分析，也会对所有节点进行统计数据分析，以进行合理准确的判断和预测。分析、判断和预测包括但并不限于以下内容：

单个节点设备压力超出设定的上限，表明设备压力过高有爆炸的风险；

单个节点设备压力超出设定的下限，表明设备压力过低有失效的风险；

单个节点设备压力缓慢下降，表明设备可能有漏气的风险；

多个节点设备压力同时缓慢上升，表明可能有环境温度升高过快的风险；

多个节点设备压力同时缓慢下降，表明可能有环境温度降低过快的风险；

设备节点无法和传感器通信，表明设备节点可能损坏，需要维修或者更换；

网关无法和设备节点通信，表明设备节点可能损坏或者电池电量耗尽；

平台无法和网关通信，表明网关损坏或者无电源供应。

控制指令包括：启动和停止上报数据、设置节点上报数据频率、设置绑定网关信息等。

上述基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统，通过在气瓶瓶口配置传感器节点，由若干个气瓶上的传感器节点组成蓝牙Mesh网络，每个传感器节点具体包括第一低功耗蓝牙模块和压力传感器，第一低功耗蓝牙模块获取压力传感器采集气瓶的压力数据，并传输给传感器网关部分的第二低功耗蓝牙模块，第二低功耗蓝牙模块采集第一低功耗蓝牙模块接收的压力数据并传输云服务平台，云服务平台根据接收的压力数据对单个传感器节点对应的气瓶压力数据进行分析、判断和预测。本系统通过在气瓶瓶口配置传感器节点，由多个传感器节点组成蓝牙Mesh网络，克服了传统蓝牙传输距离短的问题，同时多个传感器节点能够根据气瓶的移动自动组网，且由于配置有锂亚电池和电源管理模块，不需要实时插电，适用于大量气瓶的移动实时监测，并且与云服务平台的数据交互实现了气瓶的压力判断和预测，能够在意外情况发生前及时采取措施避免意外发生，提高了气瓶的安全性和气压监测的可靠性。

在一个实施例中，蓝牙Mesh网络还包括第一电源模块。

第一电源模块与第一低功耗蓝牙模块和压力传感器连接，用于为第一低功耗蓝牙模块和压力传感器供电。

第一电源模块可以包括锂亚电池和电源管理模块。

在一个实施例中，蓝牙Mesh网络还包括按键模块，按键模块与第一低功耗蓝牙模块连接。

每个传感器节点中均包括一个按键模块，方便单个节点特殊操作，用于硬件复位和程序烧入。

在一个实施例中，传感器网关还包括局域网模块或者广域网模块。

局域网模块或者广域网模块与微控制器和第二低功耗蓝牙模块连接，第二低功耗蓝牙模块通过局域网模块或者广域网模块将压力数据传输给云服务平台，云服务平台将判断和预测结果通过局域网模块或者广域网模块返回给微控制器。

其中，广域网模块可以是NB-IoT模块，局域网模块可以选择以太网模块。

在一个实施例中，传感器网关还包括第二电源模块。第二电源模块可以选择锂电池，可采用直流适配器为锂电池充电。

在一个实施例中，传感器网关还包括显示屏，显示屏用于显示当前的系统状态和警报信息。

在一个实施例中，云服务平台包括数据收发模块、数据分析模块、节点管理模块和数据存储模块。

数据收发模块与局域网模块或者广域网模块连接，数据分析模块、数据存储模块以及节点管理模块均与数据收发模块连接。

节点管理模块用于管理传感器节点的节点属性，数据收发模块接收传感器网关传输的压力数据并传输给数据分析模块和数据存储模块，数据分析模块对压力数据进行分析、判断和预测，数据存储模块用于管理系统的数据存储方式。

数据收发模块用于接收通过局域网模块或者广域网模块上传到云平台的设备和网关的信息；这些信息经过节点管理模块的分类映射之后，一方面传输到数据存储模块进行数据库系列化，另一方面经过数据分析模块结合数据库中的历史信息和相关的算法，得到的结果用于前台界面的显示以及通过数据收发模块下发反馈指令。

云服务平台的各个模块配合工作能够实现物联网云平台稳定通信、能实时监控所有节点的云应用程序以及实现预测报警。

根据终端节点的数据，可以分析、判断和预测当前的可能风险，然后根据风险的严重程度进行不同级别的报警。报警情况包括但并不限于以下内容：

气瓶压力超过设置的阈值区间；

气瓶压力突变；

气瓶压力正在缓慢升压或者失压；

压力传感器通信失败；

终端设备通信失败；

网关与云平台通信失败；

终端设备电池电量不足；

网关外接电源停电；

网关电池电量不足。

在一个实施例中，低功耗蓝牙模块选择支持IIC接口的，压力传感器选择支持IIC接口的。如图1所示提供传感器节点及蓝牙Mesh网络示意图。

传感器节点选择ESP32-C3做为蓝牙芯片，搭载RISC-V32位单核处理器,支持蓝牙BLE，支持IIC协议；压力传感器当前选择为KNS210C压力传感器，测量范围为0～35MPa,测量精度达到0.1％，通过IIC与ESP32-C3芯片通信；

传感器网关中选择HC32F460JETA芯片作为微控制器，具有64个引脚，具有丰富齐全的外围设备，NB-IoT使用BC260Y-CN模块，采用AT指令通信，具有休眠唤醒功能，以太网选择CH392以太网协议栈管理芯片，自带以太网介质传输层(MAC)和物理层(PHY)，内置IP、DHCP、ARP、ICMP、IGMP、UDP、TCP等协议栈固件，可以方便地使用串口和主控芯片通信，显示屏选择128*64COG液晶屏，用于显示传感器网络系统参数和警告等信息。如图2提供传感器网关结构示意图。

物联网云平台定位于物联网技术的中间核心层，其主要作用为向下连接智能化设备，向上承接应用层。可将其分为连接管理平台、设备管理平台、用户应用平台。

应用云平台在IoT平台进行设计，实现产品、设备、物模型、消息流转、数据储存等功能，并能监测每个节点的压力值、电量值、网关温湿度、供电情况等参数，设置上报间隔、压力阈值等参数，通过智能算法分析压力变化趋势预测可能出现的状况，并能向传感器网关发出警报。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于低功耗蓝牙网络的气瓶压力监测系统，其特征在于，所述系统包括：

蓝牙Mesh网络；所述蓝牙Mesh网络包括若干个传感器节点；所述传感器节点包括第一低功耗蓝牙模块和压力传感器；所述第一低功耗蓝牙模块与所述压力传感器连接；

传感器网关；所述传感器网关包括第二低功耗蓝牙模块和微控制器；所述第二低功耗蓝牙模块与微控制器连接；

所述第二低功耗蓝牙模块与所述蓝牙Mesh网络通信连接；

云服务平台；所述云服务平台用于进行数据收发、数据分析、节点管理和数据存储；

所述传感器节点配置在气瓶瓶口，通过所述压力传感器可以获取气瓶的压力数据并传输给所述第一低功耗蓝牙模块，所述第二低功耗蓝牙模块接收第一低功耗蓝牙模块接收的压力数据并传输云服务平台，所述云服务平台根据接收的压力数据对传感器节点对应的气瓶压力数据进行分析、判断和预测，并将所述判断和预测结果返回给所述微控制器，所述微控制器根据所述判断和预测结果向所述蓝牙Mesh网络发送相应控制指令。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓝牙Mesh网络还包括：

第一电源模块；所述第一电源模块与所述第一低功耗蓝牙模块和所述压力传感器连接，用于为所述第一低功耗蓝牙模块和所述压力传感器供电。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓝牙Mesh网络还包括按键模块；所述按键模块与所述第一低功耗蓝牙模块连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器网关还包括局域网模块或者广域网模块；

所述局域网模块或者所述广域网模块与所述微控制器和所述第二低功耗蓝牙模块连接，所述第二低功耗蓝牙模块通过所述局域网模块或者所述广域网模块将所述压力数据传输给云服务平台，所述云服务平台将所述判断和预测结果通过所述局域网模块或者所述广域网模块返回给所述微控制器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器网关还包括第二电源模块；所述第二电源模块为锂电池；采用直流适配器为所述锂电池充电。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一电源模块包括锂亚电池和电源管理模块；

所述电源管理模块用于将所述锂亚电池的电压降低到一定电压，为所述第一低功耗蓝牙模块和所述压力传感器供电。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述广域网模块包括NB-IoT模块；所述局域网模块包括以太网模块。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器网关还包括显示屏；所述显示屏用于显示当前的系统状态和警报信息。

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