本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

在生活中，樓宇的安全問(wèn)題總是人們重點(diǎn)關(guān)注的話題。像火災(zāi)、有毒氣體泄漏的案例時(shí)有發(fā)生，有時(shí)因?yàn)闆](méi)有及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，從而造成了重大的生命財(cái)產(chǎn)損失。關(guān)于樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)的方法的研究一直未曾間斷，如早期的保安巡查法和視頻監(jiān)測(cè)法。而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起與研究的深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越多，如帶有傳感功能的RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到樓宇安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

然而，傳統(tǒng)的保安巡查法存在著實(shí)時(shí)性差、人力成本高、可靠性差的不足；較先進(jìn)的視頻監(jiān)測(cè)法難以做到無(wú)盲區(qū)，且易受光照影響；新興的RFID技術(shù)一定程度的克服了以上問(wèn)題，申請(qǐng)?zhí)枮?01510315515.5，公開(kāi)號(hào)為104979618A 的《RFID標(biāo)簽》專利中的標(biāo)簽閱讀距離只有11-13米，為了克服其傳輸距離短的缺點(diǎn)，往往需要布置大量昂貴的閱讀器，不僅布置較為繁瑣而且成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服上述背景技術(shù)的不足，滿足通信距離遠(yuǎn)、功耗低、成本低、裝置布置簡(jiǎn)單和監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)有效的要求，提供一種基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置包括LoRa傳感單元、采集器、上位機(jī)軟件（計(jì)算機(jī)主機(jī)）和移動(dòng)設(shè)備，LoRa傳感單元和采集器連接，采集器分別與上位機(jī)軟件和移動(dòng)設(shè)備連接；所述LoRa傳感單元被布置在被監(jiān)測(cè)樓宇的每一樓層中（如樓層的樓梯、弱電井、配電房和辦公室等地方），用于完成待測(cè)樓宇環(huán)境的數(shù)據(jù)信息的采集、緩存、預(yù)處理及傳輸，并將傳感信息打包成第一數(shù)據(jù)包，傳輸至采集器；采集器用于接收和存儲(chǔ)來(lái)自LoRa傳感單元的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)解調(diào)、數(shù)據(jù)刪除、調(diào)制后，分為兩種通信方式通訊，第一種將數(shù)據(jù)打包成第二數(shù)據(jù)包通過(guò)有線通信方式傳給上位機(jī)軟件，有線通信可為RS232和RS485；第二種將數(shù)據(jù)打包成第三數(shù)據(jù)包通過(guò)無(wú)線通信方式傳給移動(dòng)設(shè)備，無(wú)線通信可為GPRS和4G；所述上位機(jī)軟件在計(jì)算機(jī)主機(jī)中運(yùn)行，用于接收采集器發(fā)送來(lái)的第二數(shù)據(jù)包，提供樓宇安全環(huán)境監(jiān)測(cè)的界面軟件，同時(shí)提供第二數(shù)據(jù)包的交付接口，能夠無(wú)縫的將第二數(shù)據(jù)包交付給計(jì)算機(jī)主機(jī)的其他分析平臺(tái)（如Matlab、Labview等）進(jìn)行后續(xù)的處理、分析和備份；所述移動(dòng)設(shè)備用于接收采集器發(fā)送來(lái)的第三數(shù)據(jù)包，提供樓宇安全環(huán)境監(jiān)測(cè)的界面軟件，在樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置的有效范圍內(nèi)，工作人員能夠通過(guò)攜帶的移動(dòng)設(shè)備查看樓宇環(huán)境數(shù)據(jù)資料。

進(jìn)一步，所述LoRa傳感單元和采集器采用基于線性擴(kuò)頻技術(shù)的無(wú)線通信方式通訊。所述采集器和上位機(jī)軟件通過(guò)有線通信方式通訊，采集器和移動(dòng)設(shè)備通過(guò)無(wú)線通信方式通訊。

進(jìn)一步， 所述LoRa傳感單元包括氣壓傳感器、溫濕度傳感器、CO（一氧化碳）傳感器、CO₂（二氧化碳）傳感器、HCHO（甲醛）傳感器、MCU（單片機(jī)）、LoRa模塊和系統(tǒng)電源。氣壓傳感器與MCU 連接；溫濕度傳感器與MCU連接；CO傳感器與MCU連接；CO₂傳感器與MCU連接；HCHO傳感器與MCU連接；MCU與LoRa模塊連接。系統(tǒng)電源分別和氣壓傳感器、溫濕度傳感器、CO傳感器、CO₂傳感器、HCHO傳感器、MCU以及LoRa模塊連接。

所述氣壓傳感器，通過(guò)IIC（Inter－Integrated Circuit：集成電路）總線和MCU 進(jìn)行通信，將測(cè)得的氣壓數(shù)據(jù)傳輸給MCU，接收來(lái)自MCU的控制命令；

所述溫濕度傳感器，通過(guò)IIC總線和MCU進(jìn)行通信，將測(cè)得的溫度和濕度數(shù)據(jù)傳輸給MCU，接收來(lái)自MCU的控制命令；

所述CO傳感器，用于將CO濃度參量轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)（電壓或電流信號(hào)），所述模擬信號(hào)可便利地被MCU中內(nèi)嵌的ADC模塊采集；

所述CO₂傳感器，用于將CO₂濃度參量轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)（電壓或電流信號(hào)），所述模擬信號(hào)可便利地被MCU中內(nèi)嵌的ADC模塊采集；

所述HCHO傳感器，用于將HCHO濃度參量轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)（電壓或電流信號(hào)），所述模擬信號(hào)可便利地被MCU中內(nèi)嵌的ADC模塊采集；

所述MCU，為L(zhǎng)oRa傳感單元的控制部分，通過(guò)IIC總線完成所述氣壓傳感器和溫濕度傳感器的配置，同時(shí)讀取所述氣壓傳感器和溫濕度傳感器的氣壓、溫度和濕度信息；所述MCU啟用內(nèi)嵌ADC模塊，完成對(duì)CO傳感器、CO₂傳感器以及HCHO傳感器所轉(zhuǎn)化出的模擬信號(hào)的采集；所述MCU將氣壓、溫度、濕度以及CO、CO₂、HCHO濃度信息封裝成原始傳感數(shù)據(jù)包；所述MCU通過(guò)UART（通用異步收發(fā)傳輸器）和LoRa模塊通訊，用于向LoRa模塊交付原始傳感數(shù)據(jù)包；

所述LoRa模塊，用于接收來(lái)自MCU的原始傳感數(shù)據(jù)包，并將所述原始傳感數(shù)據(jù)包封裝成第一數(shù)據(jù)包；所述LoRa模塊采用了擴(kuò)頻調(diào)制和前向糾錯(cuò)技術(shù)。

所述系統(tǒng)電源，用于給氣壓傳感器、溫濕度傳感器、CO傳感器、CO₂傳感器、HCHO傳感器、MCU和LoRa模塊供電。

本發(fā)明之基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置，通信距離遠(yuǎn)、功耗低、成本低、裝置布置簡(jiǎn)單和監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)有效，操作簡(jiǎn)單，能有效地滿足樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)的需求。

附圖說(shuō)明

圖1 為本發(fā)明基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為圖1所示基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置的LoRa傳感單元的具體結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明之基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置包括LoRa傳感單元U1、采集器U2、上位機(jī)軟件U3（計(jì)算機(jī)主機(jī)U4）和移動(dòng)設(shè)備U5；LoRa傳感單元U1和采集器U2采用基于線性擴(kuò)頻技術(shù)的無(wú)線通信方式通訊；采集器U2與上位機(jī)軟件U3通過(guò)有線通信方式通訊,采集器U2和移動(dòng)設(shè)備U5通過(guò)無(wú)線通信方式通訊。

LoRa傳感單元U1被布置在被監(jiān)測(cè)樓宇的每一樓層的樓梯、弱電井、配電房和辦公室等地方，用于完成待測(cè)樓宇環(huán)境的數(shù)據(jù)信息的采集、緩存、預(yù)處理及傳輸，并將傳感信息打包成第一數(shù)據(jù)包，傳輸至采集器U2；本實(shí)施例中共設(shè)置有N（N≥1）個(gè)LoRa傳感單元U1。

采集器U2用于接收和存儲(chǔ)來(lái)自LoRa傳感單元U1的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)解調(diào)、數(shù)據(jù)刪除、調(diào)制后，分為兩種通信方式通訊，第一種是將數(shù)據(jù)打包成第二數(shù)據(jù)包通過(guò)有線通信方式傳輸給上位機(jī)軟件U3，有線通信可為RS232和RS485；第二種是將數(shù)據(jù)打包成第三數(shù)據(jù)包通過(guò)無(wú)線通信方式傳輸給移動(dòng)設(shè)備U5，無(wú)線通信可為GPRS和4G。

上位機(jī)軟件U3在計(jì)算機(jī)主機(jī)U4中運(yùn)行，用于接收采集器U2發(fā)送來(lái)的第二數(shù)據(jù)包，提供樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)的界面軟件，同時(shí)提供第二數(shù)據(jù)包的交付接口，能夠無(wú)縫的將第二數(shù)據(jù)包交付給計(jì)算機(jī)主機(jī)U4的其他分析平臺(tái)進(jìn)行后續(xù)的處理、分析和備份。

移動(dòng)設(shè)備U5用于接收采集器U2發(fā)送來(lái)的第三數(shù)據(jù)包，提供樓宇安全環(huán)境監(jiān)測(cè)的界面軟件，在樓宇安全監(jiān)測(cè)裝置的有效范圍內(nèi)，工作人員能夠通過(guò)攜帶的移動(dòng)設(shè)備查看樓宇環(huán)境數(shù)據(jù)資料。

參照?qǐng)D2，LoRa傳感單元U1包括氣壓傳感器U11、溫濕度傳感器U12、CO傳感器U13、CO₂傳感器U14、HCHO傳感器U15、MCU U16、LoRa模塊U17和系統(tǒng)電源U18。氣壓傳感器U11與MCU U16連接；溫濕度傳感器U12與MCU U16連接；CO傳感器U13與MCU U16連接；CO₂傳感器U14與MCU U16連接；HCHO傳感器U15與MCU U16連接；MCU U16與LORA模塊U17連接。系統(tǒng)電源U18分別和氣壓傳感器U11、溫濕度傳感器U12、CO傳感器U13、CO₂傳感器U14、HCHO傳感器U15、MCU U16以及LoRa模塊U17連接。

氣壓傳感器U11，通過(guò)IIC總線和MCU U16進(jìn)行通信，將測(cè)得的氣壓數(shù)據(jù)傳輸給MCU U16，接收來(lái)自MCU U16的控制命令；

溫濕度傳感器U12，通過(guò)IIC總線和MCU U16進(jìn)行通信，將測(cè)得的溫度和濕度數(shù)據(jù)傳輸給MCU U16，接收來(lái)自MCU U16的控制命令；

CO傳感器U13，用于將CO濃度參量轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)（電壓或電流信號(hào)），模擬信號(hào)可便利地被MCU U16中內(nèi)嵌的ADC模塊采集；

CO₂傳感器U14，用于將CO₂濃度參量轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)（電壓或電流信號(hào)），模擬信號(hào)可便利地被MCU U16中內(nèi)嵌的ADC模塊采集；

HCHO傳感器U15，用于將HCHO濃度參量轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)（電壓或電流信號(hào)），模擬信號(hào)可便利地被MCU U16中內(nèi)嵌的ADC模塊采集；

MCU U16，為L(zhǎng)oRa傳感單元U1的控制部分，通過(guò)IIC總線完成所述氣壓傳感器和溫濕度傳感器的配置，同時(shí)讀取所述氣壓傳感器U11和溫濕度傳感器U12的氣壓、溫度和濕度信息；MCU U16啟用內(nèi)嵌ADC模塊，完成對(duì)CO傳感器U13、CO₂傳感器U14以及HCHO傳感器U15所轉(zhuǎn)化出的模擬信號(hào)的采集；MCU U16將氣壓、溫度、濕度以及CO、CO₂、HCHO濃度信息封裝成原始傳感數(shù)據(jù)包；MCU U16通過(guò)UART和LoRa模塊U17通訊，用于向LoRa模塊U17交付原始傳感數(shù)據(jù)包。

LoRa模塊U17，用于接收來(lái)自MCU U16的原始傳感數(shù)據(jù)包，并將所述原始傳感數(shù)據(jù)包封裝成第一數(shù)據(jù)包；LoRa模塊U17采用了擴(kuò)頻調(diào)制和前向糾錯(cuò)技術(shù)。

系統(tǒng)電源U18，用于給氣壓傳感器U11、溫濕度傳感器U12、CO傳感器U13、CO₂傳感器U14、HCHO傳感器U15、MCU U16和LoRa模塊U17供電。

本發(fā)明之基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置，電路規(guī)模小，硬件集成度高，成本低，便于布置，可用于樓宇環(huán)境安全的有效監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明之基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置，通信距離遠(yuǎn)且抗干擾能力強(qiáng)。本發(fā)明所述LoRa模塊和所述采集器之間采用基于LoRa技術(shù)的通信方式通訊。所述LoRa模塊中采用的射頻芯片的接收靈敏度很高。如SMETECH公司的SX1278芯片，其接受靈敏度可高達(dá)-139dBm，一般的RFID標(biāo)簽的接受靈敏度通常在-20dBm左右。故本發(fā)明的通信距離相較RFID標(biāo)簽更遠(yuǎn)，且更能夠從噪聲中提取出有用信號(hào)。

本發(fā)明之基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置，所述LoRa傳感單元功耗低。本發(fā)明中采用的傳感器、MCU和LoRa模塊都是基于低功耗的原則來(lái)配置的，如MCU可采用T1 MSP430FR5969，其工作電流可低至100μA/MHz,休眠電流可低至1μA/MHz。由于樓宇環(huán)境參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間較為穩(wěn)定，本發(fā)明所述LoRa傳感單元的喚醒時(shí)間遠(yuǎn)小于休眠時(shí)間，不失一般性地，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)喚醒時(shí)間約為休眠時(shí)間的0.5%，單次喚醒后所述MCU迅速完成所述環(huán)境參量的采集和傳輸，從而有效地降低了所述LoRa傳感單元的功耗。

本發(fā)明之基于LoRa技術(shù)的樓宇環(huán)境安全監(jiān)測(cè)裝置，成本低、裝置布置簡(jiǎn)單和監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)有效。本發(fā)明中單個(gè)采集器能夠通過(guò)星型結(jié)構(gòu)管理多至400個(gè)LoRa傳感單元，具有成本低、時(shí)延小的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用的無(wú)線通信方式減少了裝置的布線成本，簡(jiǎn)化了裝置的布線流程。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

說(shuō)明書(shū)中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。