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CN109361732A - 一种测量倾斜度和温湿度的集成设备 - Google Patents

一种测量倾斜度和温湿度的集成设备 Download PDF

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CN109361732A
CN109361732A CN201811039656.9A CN201811039656A CN109361732A CN 109361732 A CN109361732 A CN 109361732A CN 201811039656 A CN201811039656 A CN 201811039656A CN 109361732 A CN109361732 A CN 109361732A
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CN
China
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equipment
module
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zigbee
temperature
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CN201811039656.9A
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陈朝彦
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GUANGZHOU HANXIN COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
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GUANGZHOU HANXIN COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种测量倾斜度和温度的集成设备，包括主设备、从设备和云平台；其中主设备和从设备之间通过Zigbee协议进行连接，从设备通过http协议将数据上传至云平台；从设备主要负责数据采集以及数据传输，主设备主要负责收集从设备数据进行进一步数据处理与分析，并把数据通过http协议上传到云平台。本发明体积小，安装简单，数据传输稳定，覆盖范围广，广泛适用于城市路灯监测，林区监测的场景。

Description

一种测量倾斜度和温湿度的集成设备
技术领域
本发明涉及移动物联网数据采集及监控分析领域，更具体地，涉及一种侧向倾斜度和温湿度的集成设备。
背景技术
随着物联网的飞速发展，万物互联已经逐渐变成现实。通过射频识别(RFID)装置、红外传感器、全球定位系统、温湿度传感器等各种信息传感设备，按照约定的协议，任何的物品都可以与互联网相连接，进行信息的交换与通信，以实现物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
但是在城市植物数据采集与监控，路灯数据采集与监控，林场植物数据采集与监控以及各种固有公共设施数据采集与监控这几个方面均缺少一种有效的测量倾斜度和温湿度的设备。
发明内容
本发明的目的是解决上述一个或多个缺陷，设计一种测量倾斜度和温湿度的集成设备。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种测量倾斜度和温湿度的集成设备，包括主设备、从设备和云平台；其中主设备和从设备之间通过Zigbee协议进行连接，从设备通过http协议将数据上传至云平台；从设备主要负责数据采集，主设备主要负责数据处理存储并上传至服务器，主从设备体积小，安装简单，数据传输稳定，覆盖范围广，广泛适用于城市路灯监测，林区监测的场景。
其中所述主设备包括Zigbee自组网模块、通信模块、存储单元及控制器；其中Zigbee自组网模块与控制器进行数据传输，通信模块与控制器进行数据传输，存储单元与控制器进行数据传输，电源对Zigbee自组网模块、通信模块、存储单元进行供电；
其中所述从设备包括传感器模块、Zigbee自组网模块、控制器和电源；其中传感器模块与控制器进行数据传输，Zigbee自组网模块与控制器传输，电源对传感器模块、Zigbee自组网模块、控制器进行供电。
优选的是，所述控制器包括控制单片机。从设备控制单片机每间隔一段时间从传感器获取数据，通过Zigbee模块把数据传输到主设备，主设备控制单片机不断轮询接收从设备发送过来的数据，并储存在主设备存储单元，对数据进行初步分析进而判断是否需要上传告警信息到后台。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。
优选的是，所述通信模块包括4g模块、WiFi模块、蓝牙模块中的一种或多种。4G是第四代移动通信技术，能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL(4兆)快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。
优选的是，所述传感器模块包括温湿度传感器和倾斜度传感器。
优选的是，所述温湿度传感器通过I2C协议与控制器进行通信，所述倾斜度传感器通过uart串口与控制器进行通信。
优选的是，所述Zigbee自组网模块通过uart串口与控制器进行通信。
优选的是，所述传感器模块采集数据的频率为每分钟采集一次数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明体积小，安装简单，数据传输稳定，覆盖范围广，广泛适用于城市路灯监测，林区监测的场景。
附图说明
图1为主设备的逻辑结构简图；
图2为从设备的逻辑结构简图；
图3为从设备与主设备以及云平台的通信交互流程流程图；
图4为从设备与主设备之间通过Zigbee模块进行数据传输的网络拓扑图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
一种测量倾斜度和温湿度的集成设备，请参考图1、图2，包括主设备、从设备和云平台；其中主设备和从设备之间通过Zigbee协议进行连接，从设备通过http协议将数据上传至云平台；从设备主要负责数据采集以及数据传输，主设备主要负责收集从设备数据进行进一步数据处理与分析，并把数据通过http协议上传到云平台。
从设备主要由温湿度传感器、倾斜度传感器、Zigbee自组网模块以及控制单片机、电源等构成。温湿度传感器主要负责采集温度以及湿度，通过I2C协议与控制单片机通信，每分钟采集一次数据；倾斜度传感器主要负责采集倾角数据，通过uart串口与控制单片机通信，同样是每分钟采集一次数据；Zigbee自组网模块主要负责与网络中的其他Zigbee模块进行通信，确保数据能高效稳定地传输到主设备中；控制单片机主要负责初步分析处理传感器数据，并进行拼接封装成数据包，控制Zigbee模块发送数据包。
主设备主要由Zigbee自组网模块、4G模块、存储单元以及控制处理单片机、电源等构成。Zigbee自组网模块主要负责接收从设备发过来的监测数据；存储单元用于存储从设备发送过来的监测数据，并在需要时被服务器提取分析；4G模块主要负责与云平台服务器建立通信，上传数据；控制单片机负责解析Zigbee模块收到的数据包，并进行数据存储以及进一步分析数据，根据设定的数据监测标准判断是否异常数据，上传异常数据，需要时从存储单元提取所有数据上传云平台。
整体流程如图3所示。
从设备初始化时，Zigbee模块需设定模块的通信地址、网络id、通信信道、通信的波特率以及主设备通信地址；倾斜度传感器需置于水平面进行水平校准。从设备正常工作时，控制单片机每分钟通过I2C协议从温湿度传感器获取温度、湿度数据；通过uart串口从倾斜度传感器获取倾斜度数据，通过简单的拼接处理，再进行aes加密，然后封装成Zigbee通信所需的数据包，通过Zigbee模块往指定的主设备Zigbee模块地址发送数据包。
主设备初始化时，Zigbee模块需设定模块的通信地址、网络id、通信信道、通信的波特率，同一个网络中所有Zigbee模块的通信地址不能重复，网络id和通信信道必须相同；第一次初始化存储模块需进行格式化；需设置云平台的域名以及通信接口。控制单片机多线程轮循接收从设备Zigbee模块发来的数据包，解析数据包判断数据是否可靠，按从设备编号存储数据，并判断数据是否异常需要上报。使用心跳机制保持与云平台的连接，通信失败及时重连。需要时接收云平台下发指令，上传所有设备完整数据。
Zigbee模块网络拓扑图如图4所示：
Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。
如图4，主从设备之间的Zigbee组网方式采用网状网的拓扑结构，Zigbee网络层提供相应的路由探索功能，使网络层可以找到信息传输的最优化的路径，不需要应用层的参与。网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。
下面进行进一步说明；
假设从设备1采集到温湿度以及倾斜度数据，需要将数据传输给主设备。由于Zigbee模块之间的有效通信距离大概为75米，假设从设备1与主设备距离150米，那么从设备1便不能直接与主设备建立连接。由于所有从设备和主设备都处于同一网络里，根据Zigbee网络层的路由探索功能，从设备1到主设备的路径有3条，第一条是从设备1到从设备4再到主设备；第二条是从设备1到从设备3再到主设备；第三条是从设备1到从设备2再到主设备。这时路由发现就会根据信号强度以及各方面的因素确定最优的传输路线，然后通过这个路线把数据包发送到主设备完成通信。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测量倾斜度和温湿度的集成设备，其特征在于，包括主设备、从设备和云平台；其中主设备和从设备之间通过Zigbee协议进行连接，从设备通过http协议将数据上传至云平台；
其中所述主设备包括Zigbee自组网模块、通信模块、存储单元及控制器；其中Zigbee自组网模块与控制器进行数据传输，通信模块与控制器进行数据传输，存储单元与控制器进行数据传输，电源对Zigbee自组网模块、通信模块、存储单元进行供电；
其中所述从设备包括传感器模块、Zigbee自组网模块、控制器和电源；其中传感器模块与控制器进行数据传输，Zigbee自组网模块与控制器传输，电源对传感器模块、Zigbee自组网模块、控制器进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种测量倾斜度和温湿度的集成设备，其特征在于，所述控制器包括控制单片机。
3.根据权利要求1所述的一种测量倾斜度和温湿度的集成设备，其特征在于，所述通信模块包括4g模块、WiFi模块、蓝牙模块中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种测量倾斜度和温湿度的集成设备，其特征在于，所述传感器模块包括温湿度传感器和倾斜度传感器。
5.根据权利要求1、4所述的一种测量倾斜度和温湿度的集成设备，其特征在于，所述温湿度传感器通过I2C协议与控制器进行通信，所述倾斜度传感器通过uart串口与控制器进行通信。
6.根据权利要求1所述的一种测量倾斜度和温湿度的集成设备，其特征在于，所述Zigbee自组网模块通过uart串口与控制器进行通信。
7.根据权利要求1所述的一种测量倾斜度和温湿度的集成设备，其特征在于，所述传感器模块采集数据的频率为每分钟采集一次数据。
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