CN219608102U - 一种监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种监测系统，用于机场内场所在导航台站的设备机房中，包括依次连接的采集节点、第一无线通信模块、第二无线通信模块、网关节点、网络通信模块、监测平台；其中所述采集节点用于实时监测采集节点所在设备机房的环境信息；所述监测平台设置有云平台服务器，用于查看设备机房的环境信息；所述网关节点用于汇集各个采集节点采集的环境信息，将环境信息上传至云平台服务器；所述第一无线通信模块、第二无线通信模块、网络通信模块用于通信。本实用新型通过网络通信模块连接监测平台的云服务器，实现了实时监测采集节点所在机房的环境信息，及时发现机房环境异常情况，成本低，通信距离长且功耗低。

Description

一种监测系统

技术领域

本实用新型涉及环境信息无线采集设备技术领域，特别是涉及一种用于机场内场导航机房的监测系统。

背景技术

国内外研究人员对环境信息监测进行了许多研究，虽然市面上不乏有成熟的设备机房环境监控整体解决方案，但由于商业公司开发的监控系统主要面向电信运营商、数据中心等大型机房监控，能在大型机房实地应用中取得了阶段性的成果，但是在机场内场导航机房环境监测方面仍然存在诸多问题，无法保证监控系统的稳定运行，难以按照民航导航设备机房管理实际需求进行轻量化定制。

LoRa^TM(LongRange，远距离)是一种调制技术，广泛应用物联网中，与同类技术相比，提供更远的通信距离，其远程传输距离满足内场导航台站与航管楼之间的无线传输。

机场内场导航台站采用远程值守方式，对设备运行环境可靠性要求高。现有的业务运行模式和监控手段，无法完整的涵盖机房运行的环境参数，尤其是机房空调运行、温湿度、设备噪音等关键数据无法实时获取，对机房等运行环境的监控还存在明显盲区。传统的监测方式均由人员对设备进行直接查看，不仅工作效率低，而且数据存在滞后性，不能够实时掌握导航台站机房运行环境。

实用新型内容

本实用新型提供一种监测系统，实现实时监测采集节点所在机房的环境信息。

为实现上述效果，本实用新型的技术方案如下：

一种监测系统，用于机场内场所在导航台站的设备机房中，包括依次连接的采集节点、第一无线通信模块、第二无线通信模块、网关节点、网络通信模块、监测平台；其中所述采集节点用于实时监测采集节点所在设备机房的环境信息；所述监测平台设置有云平台服务器，用于查看设备机房的环境信息；所述网关节点用于汇集各个采集节点采集的环境信息，将环境信息打包成数据包后连接网络将数据包上传至云平台服务器；所述第一无线通信模块、第二无线通信模块、网络通信模块用于通信。

上述方案中，传统的监测方式均由人员对设备进行直接查看，一旦出现问题不能及时进行解决，容易造成损失，影响飞机的安全起降；现有的环境信息监控建设成本高、无法轻量化定制，无法保证系统稳定运行，数据时效性差，且花费大量人力资源监测环境信息。

进一步的，所述采集节点有X个，分别放置在机场内场X个导航台站上，每个采集节点包括采集节点微控制器、传感器组和采集节点外围电路模块；其中所述采集节点微控制器的输入端与所述传感器组电性连接；所述采集节点微控制器的接口和采集节点外围电路模块电性连接。

进一步的，所述网关节点包括网关节点微控制器、网关节点外围电路模块，所述网关节点微控制器和网关节点外围电路模块电性连接。

进一步的，所述采集节点微控制器、网关节点微控制器为单片机。

进一步的，所述单片机均设有A/D转换模块、IO输入输出接口、串口通信接口、I2C通信接口；其中所述A/D转换模块与所述单片机输入端电性连接；所述IO输入输出接口、串口通信接口、I2C通信接口与所述单片机输入输出端电性连接。

进一步的，所述传感器组包括温湿度传感器、光照强度传感器、红外入侵传感器、红外火焰传感器、粉尘传感器、漏水传感器；其中所述温湿度传感器、光照强度传感器、红外入侵传感器、红外火焰传感器、粉尘传感器、漏水传感器设置在采集节点所在机房对应位置中；其中，所述温湿度传感器与I2C通信接口电性连接；所述光照强度传感器、粉尘传感器、漏水传感器与A/D转换模块的输入接口电性连接；所述红外入侵传感器、红外火焰传感器与IO输入输出接口电性连接。

进一步的，所述采集节点外围电路模块包括第一电源供电模块、第一ST-Link程序下载模块、第一串口模块、第一OLED显示模块、第一按键控制模块、第一开关量控制模块、第一时钟晶振模块、第一复位模块；其中：所述第一电源供电模块、第一ST-Link程序下载模块、第一串口模块、第一OLED显示模块、第一按键控制模块、第一开关量控制模块、第一时钟晶振模块、第一复位模块与采集节点微控制器电性连接；

所述网关节点外围电路模块包括第二电源供电模块、第二ST-Link程序下载模块、第二串口模块、第二OLED显示模块、第二按键控制模块、第二开关量控制模块、第二时钟晶振模块、第二复位模块；其中：所述第二电源供电模块、第二ST-Link程序下载模块、第二串口模块、第二OLED显示模块、第二按键控制模块、第二开关量控制模块、第二时钟晶振模块、第二复位模块与采集节点微控制器电性连接。

进一步的，所述第一无线通信模块、第二无线通信模块为LoRa通信模块。

进一步的，所述网络通信模块为WiFi模块。

进一步的，所述监测平台为PC机。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型利用采集节点实时的采集环境信息，通过第一无线通信模块与第二无线通信模块将采集的环境信息传输至网关节点，通过网络通信模块连接监测平台的云服务器，实现了实时监测采集节点所在机房的环境信息，及时发现机房环境异常情况，整个系统轻量化设计，成本低，通信距离长且功耗低，有效提高了机场内场所在导航台站的设备机房监测运行保障能力。

附图说明

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

图1为本实施例监测系统的结构组成示意图；

图2为本实施例监测系统的结构原理图；

图3为本实施例采集节点硬件结构示意图；

图4为本实施例网关节点硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例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，都是本实用新型保护的范围。

实施例1

为了便于理解，请参阅图1，本实用新型提供的一种监测系统的一个实施例，包括以下步骤：

一种监测系统，用于机场内场所在导航台站的设备机房中，其特征在于，包括依次连接的采集节点、第一无线通信模块、第二无线通信模块、网关节点、网络通信模块、监测平台；其中所述采集节点用于实时监测采集节点所在设备机房的环境信息；所述网关节点置于航管楼机房，用于汇集各个采集节点采集的环境信息，将环境信息打包成数据包后连接网络将数据包上传至云平台服务器；所述监测平台设置有云平台服务器，随时随地通过电脑连接网络用于查看设备机房的环境信息；所述第一无线通信模块、第二无线通信模块、网络通信模块用于通信。

环境信息为温湿度、光照强度、粉尘、火情等信息。

具体的，如图2所示，所述采集节点有X个，分别放置在机场内场X个导航台站上，每个采集节点包括采集节点微控制器、传感器组和采集节点外围电路模块；其中：

所述采集节点微控制器的输入端与所述传感器组电性连接；

所述采集节点微控制器的接口和采集节点外围电路模块电性连接。

在具体实施过程中，根据机场内场导航台站的数目确定设置采集节点数，正常情况下，机场内场导航台站数和采集节点数目为1:1设置，采集节点是无线传感网的神经末梢，各个采集节点单独同时工作，互不影响，实现各个采集节点机场内场导航台站的设备机房的环境信息采集。

采集节点把采集到的环境信息通过LoRa无线网络通信协议技术发送到网关节点，采集节点能接收来自网关节点或云平台服务器的控制命令并执行相应的控制；同时，采集节点自身也具备按键控制模块以方便现场手动调节控制。监测平台对网关节点传送来的数据进行处理、存储并以图表直观显示，可以通过Web网页查询各采集节点的历史数据。

具体的，如图4所示，所述网关节点包括网关节点微控制器、网关节点外围电路模块，所述网关节点微控制器和网关节点外围电路模块电性连接。

在具体实施过程中，网关节点是采集节点与监测平台通信的桥梁，网关节点通过网络通信模块连接互联网，网关节点放置位置需配置WiFi网络，通过EDP协议连接监测平台实现发送采集节点环境信息到监测平台的功能。

作为本实用新型的一个实施例，WiFi网络选用ESP8266芯片的WiFi模块，拥有强大的处理能力，网关节点通过串口设置与ESP8266芯片模式的设置，把数据按照JSON格式打包上传监测平台。网关节点根据LoRa协议接收和解析来自采集节点的环境信息并以正常形式显示，接收来自监测平台的操作命令并正确地转发到相应的采集节点。

具体的，所述单片机均设有A/D转换模块、IO输入输出接口、串口通信接口、I2C通信接口；其中所述A/D转换模块与所述单片机输入端电性连接；所述IO输入输出接口、串口通信接口、I2C通信接口与所述单片机输入输出端电性连接。

在具体实施过程中，采集节点微控制器、网关节点微控制器的芯片采用STM32F103单片机系列芯片，内置多路串口通信、I2C通信、串口通信接口。

在本实用新型中，采集节点放置在机场内场导航台站设备机房采集机场内场导航台站设备机房的环境信息，采集节点与网关节点根据LoRa无线网络通信协议进行无线通信，网关节点汇集各采集节点采集到的环境信息汇总成数据包后，网关节点通过网络通信模块连接互联网网络，通过监控云平台服务器提供的接口程序接入网络，并对监测平台进行设置，数据包以EDP协议将采集节点传来的数据上传至监测平台进行显示和存储，管理员可在监测平台监测和调节采集节点环境信息。

实施例2

具体地，在实施例1的基础上，结合具体的实施例子对方案进行说明，进一步体现本方案的技术效果。具体为：

具体的，如图3所示，所述传感器组包括温湿度传感器、光照强度传感器、红外入侵传感器、红外火焰传感器、粉尘传感器、漏水传感器；其中所述温湿度传感器、光照强度传感器、红外入侵传感器、红外火焰传感器、粉尘传感器、漏水传感器设置在采集节点所在机房对应位置中；其中，

所述温湿度传感器与I2C通信接口电性连接；所述光照强度传感器与A/D转换模块的输入接口电性连接；所述红外入侵传感器与IO输入输出接口电性连接；所述红外火焰传感器与IO输入输出接口电性连接；所述粉尘传感器与A/D转换模块的输入接口电性连接；所述漏水传感器与IO输入输出接口电性连接。

在具体实施过程中，温湿度传感器为SHT-20，用于采集节点机房的温湿度情况，其具有测量范围广、精度高、抗干扰能力强特点；光照强度传感器实质为GL5549光敏电阻、5kΩ电阻元件和电源串联组成的测量模块，通过采集光敏电阻的电压输入A/D转换模块判断光照强度情况；红外入侵传感器测量机房人体红外辐射监测人是否进入或离开机房传感器的范围；红外火焰传感器用于探测机房火情告警；粉尘传感器用于捕获机房环境的粉尘情况；所述漏水传感器实质为两条平行的导线，当导线中间存在一定水量时两根导线被联通触发告警。

具体的，所述采集节点外围电路模块包括第一电源供电模块、第一ST-Link程序下载模块、第一串口模块、第一OLED显示模块、第一按键控制模块、第一开关量控制模块、第一时钟晶振模块、第一复位模块；其中：所述第一电源供电模块、第一ST-Link程序下载模块、第一串口模块、第一OLED显示模块、第一按键控制模块、第一开关量控制模块、第一时钟晶振模块、第一复位模块与采集节点微控制器电性连接；

所述网关节点外围电路模块包括第二电源供电模块、第二ST-Link程序下载模块、第二串口模块、第二OLED显示模块、第二按键控制模块、第二开关量控制模块、第二时钟晶振模块、第二复位模块；其中：所述第二电源供电模块、第二ST-Link程序下载模块、第二串口模块、第二OLED显示模块、第二按键控制模块、第二开关量控制模块、第二时钟晶振模块、第二复位模块与采集节点微控制器电性连接。其中，采集节点外围电路模块、网关节点外围电路模块中的ST-Link程序下载模块与单片机的下载接口连接，串口模块与单片机的串口连接，OLED显示模块与单片机的I2C接口连接，按键控制模块、开关量控制模块、时钟晶振模块、复位模块与单片机的IO接口连接。

在具体实施过程中，采集节点外围电路模块、网关节点外围电路模块中的电源供电模块为节点单片机、无线通信模块、传感器组供电；ST-Link程序下载模块为节点单片机下载软件程序；串口模块提供串口通信功能与无线通信模块电性连接，可用于节点单片机下载软件程序，同时还可以用于调试节点；OLED显示模块与微控制器的输出端连接，采用I2C总线通信用于本地显示节点环境信息；按键控制模块、开关量控制模块提供IO输入输出功能；时钟晶振模块、复位模块提供时钟晶振和复位功能。

在一个实施例中，所述第一无线通信模块、第二无线通信模块为LoRa通信模块，即LoRa无线传感网络；所述监测平台为PC机，通过设备接入连接到云平台服务器，实现数据存储显示、大数据分析、按键控制的功能；所述采集节点微控制器、网关节点微控制器模块，成本低并易于实现。

第一无线通信模块所用的LoRa通信模块配置到采集节点，第二无线通信模块所用的LoRa通信模块配置到网关节点。LoRa通信模块的通信距离为3～5km；采集节点采集到机场内场导航台站实时环境信息后采用LoRa无线网络通信协议传输到网关节点。

在一个实施例中，LoRa通信模块基于SX1278芯片扩频通信，采用E32-433T20DC型LoRa通信模块，具有抗干扰能力强和远距离通信稳定的特点。E32-433T20DC型LoRa通信模块与STM32F103型单片机之间是半双工USART串口协议通信，与STM32F103型单片机的PA9、PA10引脚相连。E32-433T20DC型LoRa通信模块的M0、M1模式配置引脚分别与STM32F103单片机的PB12、PB13引脚相连。

在具体实施过程中，采集节点与网关节点采用LoRa无线网络通信协议，发送和接收数据均以帧为单位进行存放。采集节点将多个浮点型环境信息数据根据自定义的通讯协议进行打包存放到发送结构体中，网关节点定义相应的结构体存放第二无线通信模块收到的数据。采集节点发送数据的数据格式如下表1，网关节点接收数据的数据格式如下表：

表1采集节点发送数据的数据格式

表2网关节点接收数据的数据格式

采集节点获取采集节点所在环境信息，将获取到的环境信息动态显示在OLED屏幕上，如图5所示，采集节点的第一无线通信模块采用中断方式接收网关节点和监测平台的控制命令。采集节点工作流程为：首先进行初始化配置，即时钟、定时器初始化设置，GPIO、USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/异步串行接收/发送器)、I2C、DMA-ADC、定时器初始化，LED、按键、温湿度、光线强度、OLED、LoRa模式初始化设置，配置完便获取环境信息，将获取到的环境信息数据动态显示在OLED屏幕上，接着将环境信息数据进行打包，通过第一无线通信模块发送给网关节点。采集节点第一无线通信模块采用中断方式接收网关节点和监控平台的控制命令。

所述监测平台以OneNET云平台为服务器，采用EDP协议与设备机房内的硬件设备完成数据上传和命令下发。通过创建EDP协议应用产品，硬件设备可以采用“设备+鉴权信息”的认证方式登录连接OneNET应用产品。通过判断硬件设备是否在线，从而判断监控界面是否激活，只有硬件设备显示在线时，才能有效接收硬件设备的数据和下发命令，在应用管理中通过组件库搭建出系统监测界面以及配置组件数据流信息等其他属性。

如图6所示，在网关节点工作时，收到第一无线通信模块发送的环境信息数据，初始化配置包括：时钟初始化设置，GPIO、USART、I2C、定时器初始化，LED、按键、OLED、LoRa模块、WiFi模块、定时器中断初始化设置；与OneNET云平台建立TCP连接，成功连接通过OLED静态显示，定时发送心跳包保证与云平台服务器稳定连接，心跳包是通过定时器计时两分钟发送空包数据，保证与云平台服务器持续通信，中断接收第一无线通信模块传来的环境信息，根据自定义的私有协议解析显示在OLED屏幕上，同时通过WiFi模块把环境信息上传至OneNET云平台。远程控制主要通过WiFi模块获取OneNET云平台的控制命令，将处理后的数据和状态实时上传OneNET云平台同步显示。网关节点远程控制采集节点是当网关节点有按键触发时，通过第二无线通信模块发送控制命令到采集节点。所述网关节点汇集各采集节点信息汇总成数据包，通过OneNET云平台提供的接口程序接入网络，网关节点通过WiFi模块连接互联网将环境信息数据传输至监测平台。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种监测系统，用于机场内场所在导航台站的设备机房中，其特征在于，包括依次连接的采集节点、第一无线通信模块、第二无线通信模块、网关节点、网络通信模块、监测平台；其中所述采集节点用于实时监测采集节点所在设备机房的环境信息；所述监测平台设置有云平台服务器，用于查看设备机房的环境信息；所述网关节点用于汇集各个采集节点采集的环境信息，将环境信息上传至云平台服务器；所述第一无线通信模块、第二无线通信模块、网络通信模块用于通信。

2.根据权利要求1所述一种监测系统，其特征在于，所述采集节点有X个，分别放置在机场内场X个导航台站上，每个采集节点包括采集节点微控制器、传感器组和采集节点外围电路模块；其中所述采集节点微控制器的输入端与所述传感器组电性连接；所述采集节点微控制器的接口和采集节点外围电路模块电性连接。

3.根据权利要求2所述一种监测系统，其特征在于，所述网关节点包括网关节点微控制器、网关节点外围电路模块，所述网关节点微控制器和网关节点外围电路模块电性连接。

4.根据权利要求3所述一种监测系统，其特征在于，所述采集节点微控制器、网关节点微控制器为单片机。

5.根据权利要求4所述一种监测系统，其特征在于，所述单片机均设有A/D转换模块、IO输入输出接口、串口通信接口、I2C通信接口；其中所述A/D转换模块与所述单片机输入端电性连接；所述IO输入输出接口、串口通信接口、I2C通信接口与所述单片机输入输出端电性连接。

6.根据权利要求5所述一种监测系统，其特征在于，所述传感器组包括温湿度传感器、光照强度传感器、红外入侵传感器、红外火焰传感器、粉尘传感器、漏水传感器；所述温湿度传感器、光照强度传感器、红外入侵传感器、红外火焰传感器、粉尘传感器、漏水传感器设置在采集节点所在机房对应位置中；其中，所述温湿度传感器与I2C通信接口电性连接；所述光照强度传感器、粉尘传感器、漏水传感器与A/D转换模块的输入接口电性连接；所述红外入侵传感器、红外火焰传感器与IO输入输出接口电性连接。

7.根据权利要求5所述一种监测系统，其特征在于，所述采集节点外围电路模块包括第一电源供电模块、第一ST-Link程序下载模块、第一串口模块、第一OLED显示模块、第一按键控制模块、第一开关量控制模块、第一时钟晶振模块、第一复位模块；其中：所述第一电源供电模块、第一ST-Link程序下载模块、第一串口模块、第一OLED显示模块、第一按键控制模块、第一开关量控制模块、第一时钟晶振模块、第一复位模块与采集节点微控制器电性连接；

所述网关节点外围电路模块包括第二电源供电模块、第二ST-Link程序下载模块、第二串口模块、第二OLED显示模块、第二按键控制模块、第二开关量控制模块、第二时钟晶振模块、第二复位模块；其中：所述第二电源供电模块、第二ST-Link程序下载模块、第二串口模块、第二OLED显示模块、第二按键控制模块、第二开关量控制模块、第二时钟晶振模块、第二复位模块与采集节点微控制器电性连接。

8.根据权利要求1所述一种监测系统，其特征在于，所述第一无线通信模块、第二无线通信模块为LoRa通信模块。

9.根据权利要求1所述一种监测系统，其特征在于，所述网络通信模块为WiFi模块。

10.根据权利要求1所述一种监测系统，其特征在于，所述监测平台为PC机。