專利名稱:一種基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點，采用低功耗、超遠(yuǎn)距離的LoRa技術(shù)通信，太陽能供電的一體化設(shè)備，涉及到土木施工安全監(jiān)測行業(yè)領(lǐng)域。采集器內(nèi)置LoRa通信模塊，該LoRa通信模塊與微控制器的UART端口相連；LoRa通信模塊與LoRa基站無線連接，LoRa通信模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至LoRa基站；該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有噪聲傳感器、信號調(diào)理電路，噪聲傳感器與信號調(diào)理電路相連，信號調(diào)理電路與微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器端口相連。本實用新型利用LoRa技術(shù)低功耗、超長距離等優(yōu)點，解決了現(xiàn)有有線傳輸、ZIGBEE無線傳輸?shù)葌鹘y(tǒng)方法的不足。
【專利說明】
一種基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點，采用低功耗、超遠(yuǎn)距離的LoRa技術(shù)通信，太陽能供電的一體化設(shè)備，涉及到土木施工安全監(jiān)測行業(yè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的施工數(shù)量和規(guī)模也不斷提高，橋梁、公路、鐵路、民用建筑等施工現(xiàn)場也逐步在居民生活周圍進(jìn)行，但施工所帶來的環(huán)境噪聲的污染也隨之而來，較強(qiáng)的噪聲對人的生理與心理會產(chǎn)生不良影響。在日常工作和生活環(huán)境中，噪聲主要造成聽力損失，干擾談話、思考、休息和睡眠。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的調(diào)查，在噪聲級85分貝和90分貝的環(huán)境中工作30年，耳聾的可能性分別為8%和18%。在噪聲級70分貝的環(huán)境中，談話就感到困難。對工廠周圍居民的調(diào)查結(jié)果認(rèn)為，干擾睡眠、休息的噪聲級閾值，白天為50分貝，夜間為45分貝。
[0003]同時我國也相應(yīng)制定和更新了關(guān)于建筑施工場界環(huán)境噪聲的排放標(biāo)準(zhǔn)，《建筑施工場界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 12523-2011，加強(qiáng)施工現(xiàn)場環(huán)境噪聲的長期監(jiān)測，采取專人管理的原則，根據(jù)測量結(jié)果填寫建筑施工場地噪聲測量記錄表，凡超過《施工場界噪聲限值》標(biāo)準(zhǔn)的，要及時對施工現(xiàn)場噪聲超標(biāo)的有關(guān)因素進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到施工噪聲不擾民的目的。
[0004]傳統(tǒng)噪聲采集系統(tǒng)采用手持式設(shè)備或設(shè)備進(jìn)行采集或系統(tǒng)集成，由于功耗、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认拗?，此類噪聲采集系統(tǒng)主要采用RS485輸出，使用時需要布設(shè)電纜進(jìn)行系統(tǒng)集成。而近年來出現(xiàn)了采用ZIGBEE通信的噪聲采集產(chǎn)品，可免去布線的工作，但同時ZIBEE也逐步在傳輸距離、傳輸速率、以及多層組網(wǎng)時穩(wěn)定性等問題也隨之而來。
[0005]上述傳統(tǒng)噪聲采集系統(tǒng)存在以下的不足:
[0006]首先傳統(tǒng)噪聲采集系統(tǒng)復(fù)雜程度較高，因為采集模塊功能單一，按照功能拼湊進(jìn)行實現(xiàn)。接口方式和協(xié)議的兼容性也存在差異，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和維護(hù)成本。由于傳統(tǒng)噪聲采集的系統(tǒng)供電、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫?，需要使用電纜、光纖、網(wǎng)線等有線方式進(jìn)行布設(shè)，施工難度較大，且增加一定材料成本。
[0007]綜上所述，ZIGBEE無線通信方式存在無法實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多層組網(wǎng)穩(wěn)定性不足等缺點，且系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)還需通過第三方傳輸設(shè)備傳輸至服務(wù)器。
[0008]傳統(tǒng)的噪聲采集系統(tǒng)在安裝便捷性、遠(yuǎn)距離傳輸、系統(tǒng)供電、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娲嬖谝欢ǖ木窒扌裕y以滿足特定工況下的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型目的在于提供一種基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點，從而解決以下幾點技術(shù)問題:(I)實現(xiàn)無線傳輸，避免現(xiàn)場布線的難度和成本；(2)實現(xiàn)太陽能供電，避免其他供電方式的不利影響;3)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的定時采集和內(nèi)部存儲。
[0010]本實用新型為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點，采集節(jié)點內(nèi)置LoRa通信模塊，該LoRa通信模塊與微控制器的UART端口相連；
[0012]LoRa通信模塊與LoRa基站無線連接，LoRa通信模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至LoRa基站；
[0013]該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有噪聲傳感器、信號調(diào)理電路，噪聲傳感器與信號調(diào)理電路相連，信號調(diào)理電路與微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器端口相連。
[0014]進(jìn)一步的，該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有太陽能板、鋰電池，太陽能板與鋰電池相連，鋰電池與微控制器連接。
[0015]進(jìn)一步的，該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有實時時鐘電路，實時時鐘電路與微控制器的IIC總線端口相連。
[0016]進(jìn)一步的，該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有數(shù)據(jù)存儲器電路，數(shù)據(jù)存儲器電路與微控制器的串行外設(shè)接口端口相連。
[0017]LoRa是一種低能耗、遠(yuǎn)距離的廣域網(wǎng)技術(shù)，與其他無線系統(tǒng)相比，LoRa使用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，可解調(diào)低于20 dB的噪聲。確保了高靈敏度、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，同時提高了網(wǎng)絡(luò)效率并消除了干擾。而相比于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，LoRa的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)消除了同步開銷和跳數(shù)，因而降低了功耗并可允許多個并發(fā)應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。同時，LoRa技術(shù)實現(xiàn)的通信距離比其他無線協(xié)議都要長得多。
[0018]為滿足無線傳輸?shù)囊?，本設(shè)計采用的方案是:使用LoRa無線模塊，微控制器通過控制LoRa模塊，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行上報。微控制器與無線模塊之間的接口采用異步通信的方式，當(dāng)不要數(shù)據(jù)通信時，微控制器可自動關(guān)閉無線模塊的電源，以降低系統(tǒng)的整體功耗。
[0019]集節(jié)點內(nèi)部設(shè)計有噪聲傳感器，實現(xiàn)的基本方案是:微型控制器產(chǎn)生一系列的脈沖激勵信號，使得傳感器內(nèi)部鋼弦產(chǎn)生自由振蕩，由鋼弦自由振蕩產(chǎn)生的振弦信號經(jīng)過調(diào)理電路后，輸入到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行數(shù)值化采集，微型控制器通過對數(shù)值化采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得到振弦傳感器的頻率參數(shù)，以實現(xiàn)振弦數(shù)據(jù)采集的功能。
[0020]采集模塊電源設(shè)計方案是，使用可充電鋰電池作為主電源，并設(shè)計充電控制電路，充電源太陽能板，當(dāng)有光照時，太陽能板通過充電控制電路對鋰電池進(jìn)行充電，無光照時，采集模塊通過鋰電池進(jìn)行工作。
[0021 ]本實用新型的有益效果:
[0022]綜上所述，一體化振弦采集節(jié)點內(nèi)部設(shè)計有振弦采集電路、LoRa通信模塊、實時時鐘、存儲器等，通過微型控制器的自動控制，可實現(xiàn)振弦傳感器采集、并通過LoRa通信模塊無線進(jìn)行傳輸，且系統(tǒng)是鋰電池供電、太陽能充電的裝置，因此可實現(xiàn)完全無線布點、智能采集的功能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)中不足。
【附圖說明】

[0023]圖1是本實用新型的功能結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖2是本實用新型采集節(jié)點實際安裝示意圖；
[0025]圖2中=Il-LoRa天線；12-太陽能板；13-—體化噪聲采集節(jié)點；14-安裝平臺；15-安裝支架。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖1、2對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述:
?0027] 一種基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點，采集節(jié)點內(nèi)置LoRa通信模塊8，該LoRa通信模塊8與微控制器4的UART端口相連；
[0028]LoRa通信模塊8與LoRa基站9無線連接，LoRa通信模塊8將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至LoRa基站9;
[0029]該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有噪聲傳感器1、信號調(diào)理電路2，噪聲傳感器I與信號調(diào)理電路2相連，信號調(diào)理電路2與微控制器4的模數(shù)轉(zhuǎn)換器端口相連。
[0030]該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有太陽能板7、鋰電池3，太陽能板7與鋰電池3相連，鋰電池3與微控制器4連接。
[0031]該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有實時時鐘電路5，實時時鐘電路5與微控制器4的IIC總線端口相連。
[0032]該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有數(shù)據(jù)存儲器電路6，數(shù)據(jù)存儲器電路6與微控制器4的串行外設(shè)接口端口相連。
[0033]將一體化噪聲采集節(jié)點13安裝固定于離地面有一定高度的安裝平臺14與安裝支架15上，安裝完畢后調(diào)整LoRa天線11、太陽能板12額定角度和位置。
[0034]打開一體化噪聲采集節(jié)點的電源開關(guān)，此時采集模塊自動獲取無線網(wǎng)絡(luò)地址，并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0035]—體化噪聲采集節(jié)點使用的天線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大面積的金屬平面及地面，安裝設(shè)備時，要使天線距離金屬管或者金屬平面至少10cm，安裝位置至少離地面I米以上。并盡量減少天線之間的障礙物。
[0036]現(xiàn)場安裝時，應(yīng)將太陽能板朝向正南方向(夏季稍偏西，冬季稍偏東)，一般傾斜角為45度角(現(xiàn)場依據(jù)實際情況，可稍微調(diào)整)，因為45度角不僅可以有效的吸收光能還可以最大限度的減少風(fēng)阻和增加支架的支撐力，以保證鋰電池一天內(nèi)的有效充電時間。
【主權(quán)項】
1.一種基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點，其特征在于:采集節(jié)點內(nèi)置LoRa通信模塊(8 )，該LoRa通信模塊(8 )與微控制器(4 )的UART端口相連； LoRa通信模塊(8)與LoRa基站(9)無線連接，LoRa通信模塊(8)將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至LoRa基站(9)； 該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有噪聲傳感器(I)、信號調(diào)理電路(2)，噪聲傳感器(I)與信號調(diào)理電路(2)相連，信號調(diào)理電路(2)與微控制器(4)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器端口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點，其特征在于: 該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有太陽能板(7)、鋰電池(3)，太陽能板(7)與鋰電池(3)相連，鋰電池(3)與微控制器(4)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點，其特征在于:該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有實時時鐘電路(5)，實時時鐘電路(5)與微控制器(4)的IIC總線端口相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LoRa技術(shù)的一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點，其特征在于:該一體化監(jiān)測噪聲采集節(jié)點內(nèi)設(shè)計有數(shù)據(jù)存儲器電路(6)，數(shù)據(jù)存儲器電路(6)與微控制器(4)的串行外設(shè)接口端口相連。
【文檔編號】G08C17/02GK205722359SQ201620264454
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】劉付鵬, 王輔宋, 劉文峰, 謝鎮(zhèn), 劉國勇, 李松
【申請人】江西飛尚科技有限公司