基于LoRa的地下水道井盖监测系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010522757.2 (22)申请日 2020.06.10 (71)申请人 河海大学常州校区 地址 213022 江苏省常州市新北区晋陵北 路200号 (72)发明人 钱玉洁周月郑茗月李耿 黄家俊 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 丁涛 (51)Int.Cl. H04L 29/08(2006.01) H04W 4/02(2018.01) H04W 4/38(2018.01) H04W 52/02(2009.01) G08B 21/1。

2、8(2006.01) G08C 17/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于LoRa的地下水道井 盖监测系统， 井盖监测终端包括井盖本体和监测 装置， 所述监测装置通过外壳固定在井盖本体的 底面， 所述外壳内设有单片机、 GPS定位模块、 角 度传感器、 光强度传感器、 LoRa通信模块、 稳压模 块和电池， 所述单片机通过LoRa通信模块发送警 报与监测数据至LoRa基站， 所述LoRa基站采用 TCP/IP协议将信息传送至云端服务器， 所述云端 服务器采用HTTP协议实现与PC端Web以及移动端 APP的连接。 。

3、本发明对城市井盖进行实时且持续 的监控， 减少城市井盖事故的发生。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 111683152 A 2020.09.18 CN 111683152 A 1.一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统， 其特征在于， 包括井盖监测终端、 LoRa基 站、 云端服务器、 PC端Web和移动端APP， 所述井盖监测终端包括井盖本体和监测装置， 所述 监测装置通过外壳固定在井盖本体的底面， 所述外壳内设有单片机、 GPS定位模块、 角度传 感器、 光强度传感器、 LoRa通信模块、 稳压模块和电池， 所述GPS定位模块、 角度传感器、 光强 度传感器分别通过双绞屏蔽线与。

4、所述单片机电连接， 所述电池经过稳压模块输出稳定电压 为单片机和LoRa通信模块供电， 所述单片机通过LoRa通信模块发送警报与监测数据至LoRa 基站， 所述LoRa基站采用TCP/IP协议将信息传送至云端服务器， 所述云端服务器采用HTTP 协议分别与PC端Web以及移动端APP连接。 2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统， 其特征是， 所述监测 装置的外壳采用绝缘防水的材料。 3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统， 其特征是， 所述井盖 监测装置中的单片机为STM32F103单片机。 4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的地下水道井。

5、盖监测系统， 其特征是， 所述 STM32F103单片机控制监测装置周期性工作， 且采用最小错误率贝叶斯决策， 当GPS定位模 块、 角度传感器和光强度传感器中的一个传输的数据被判为异常时， 监测装置进入持续测 量状态。 5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统， 其特征是， 所述云端 服务器集中处理各个LoRa基站发送来的监测数据， 生成清晰的数据报表发送至PC端Web及 移动端APP， 用户输入ID号及密码登录， 且一个电话号码对应一个ID。 6.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统， 其特征是， 所述云端 服务器采用基于角色的访问控制方法， 给。

6、不同类别的用户分配不同的操作权限。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111683152 A 2 一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统 技术领域 0001 本发明涉及一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统， 属于低功耗广域网应用技术 领域。 背景技术 0002 近年来， 城市化进程不断推进， 市政公用事业迅猛发展， 城市功能也在不断完善， 但各地却常有行人和车辆掉落井盖侧翻或破损的下水道的事故， 有时也会出现井盖遭到恶 意移动或偷窃的情况， 造成严重的安全隐患。 地下水道的井盖数量众多， 分布在城市各处， 人工维护的工作量巨大， 成本较高， 效果也并不显著。 0003 LoRa， 作为一种基。

7、于扩频技术的长距离无线通信技术， 有低功耗、 广覆盖、 低成本 等特点， 能够有效满足当今物联网进行大规模部署的相关需求， LoRa工作在非授权的频段， 前期的基础设施建设和运营成本低， 单个基站可支持数千台终端设备。 发明内容 0004 为了解决现有技术存在的技术问题， 本发明提供一种基于LoRa的地下水道井盖监 测系统， 对城市井盖进行实时且持续的监控， 减少城市井盖事故的发生。 0005 本发明中主要采用的技术方案为： 0006 一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统， 包括井盖监测终端、 LoRa基站、 云端服务 器、 PC端Web和移动端APP， 所述井盖监测终端包括井盖本体和监测装。

8、置， 所述监测装置通过 外壳固定在井盖本体的底面， 所述外壳内设有单片机、 GPS定位模块、 角度传感器、 光强度传 感器、 LoRa通信模块、 稳压模块和电池， 所述GPS定位模块、 角度传感器、 光强度传感器分别 通过双绞屏蔽线与所述单片机电连接， 所述电池经过稳压模块输出稳定电压为单片机和 LoRa通信模块供电， 所述单片机通过LoRa通信模块发送警报与监测数据至LoRa基站， 所述 LoRa基站采用TCP/IP协议将信息传送至云端服务器， 所述云端服务器采用HTTP协议分别与 PC端Web以及移动端APP连接。 0007 优选地， 所述监测装置的外壳采用绝缘防水的材料。 0008 优选。

9、地， 所述井盖监测装置中的单片机为STM32F103单片机。 0009 优选地， 所述STM32F103单片机控制监测装置周期性工作， 且采用最小错误率贝叶 斯决策， 当GPS定位模块、 角度传感器和光强度传感器中的一个传输的数据被判为异常时， 监测装置进入持续测量状态。 0010 优选地， 所述云端服务器集中处理各个LoRa基站发送来的监测数据， 生成清晰的 数据报表发送至PC端Web及移动端APP， 用户输入ID号及密码登录， 且一个电话号码对应一 个ID。 0011 优选地， 所述云端服务器采用基于角色的访问控制方法， 给不同类别的用户分配 不同的操作权限。 0012 有益效果： 本发明。

10、提供一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统， 具有如下优点： 说明书 1/4 页 3 CN 111683152 A 3 0013 (1)当井盖出现异常情况时， 单片机产生警报信号， 连同GPS定位模块、 角度传感器 以及光照传感器监测的数据， 一块发送给LoRa通信模块， LoRa通信模块将信息发送到LoRa 基站； 0014 (2)当井盖无异常情况时， STM32F103控制监测装置周期性工作， 可节省能耗； 0015 (3)LoRa工作在非授权的频段， 前期的基础设施建设和运营成本低。 LoRa的接收电 流低至10mA， 休眠电流200nA， 电池可以使用几年甚至十几年。 附图说明 001。

11、6 图1是本发明的系统框图。 0017 图2是本发明的硬件结构图。 0018 图3是本发明的硬件接线图。 0019 图4是本发明的工作流程图。 具体实施方式 0020 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案， 下面对本申请实施例 中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本申请中的实施例， 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， 都应当属于本申请保护的范围。 0021 如图1和2所示， 一种基于LoRa的地下水道井盖监测系统， 包括井盖监测终端、 LoRa 基站、 云端服务器、 。

12、PC端Web和移动端APP， 所述井盖监测终端包括井盖本体和监测装置， 所 述监测装置通过外壳固定在井盖本体的底面， 所述外壳内设有单片机、 GPS定位模块、 角度 传感器、 光强度传感器、 LoRa通信模块、 稳压模块和电池， 所述GPS定位模块、 角度传感器、 光 强度传感器分别通过双绞屏蔽线与所述单片机电连接， 用于信息传递， 所述电池经过稳压 模块输出稳定电压为单片机和LoRa通信模块供电， 所述单片机通过LoRa通信模块发送警报 与监测数据至LoRa基站， 所述LoRa基站采用TCP/IP协议将信息传送至云端服务器， 所述云 端服务器采用HTTP协议分别与PC端Web以及移动端APP。

13、连接。 0022 优选地， 所述监测装置的外壳采用绝缘防水的材料。 0023 优选地， 所述井盖监测装置中的单片机为STM32F103单片机。 如图3所示， 井盖监测 装置采用基于STM32F103单片机的嵌入式处理平台。 STM32系列单片机是基于专为要求高性 能、 低成本、 低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。 它具有512K片内Flash， 64K片内ARM， 片内Flash支持在线编程(IAP)， 多达80个IO(大部分兼容5V逻辑)， 4个通用定 时器， 2个高级定时器， 2个基本定时器， 3路SPI接口， 2路I2S接口， 2路I2C接口， 5路USART等 。

14、丰富资源， 但该芯片开发周期长， 编程复杂， 对底层库函数使用和外设要求高， 可以满足本 设计的需求。 LoRa通信模块与GPS定位模块通过USART口与STM32F103进行数据传输， 角度传 感器与光强度传感器通过IIC通信协议与STM32F103通信， 较为均衡地利用了该嵌入式处理 平台。 0024 优选地， 所述STM32F103单片机控制监测装置周期性工作， 且采用最小错误率贝叶 斯决策， 当GPS定位模块、 角度传感器和光强度传感器中的一个传输的数据被判为异常时， 监测装置进入持续测量状态， 由各个传感模块(GPS定位模块、 角度传感器、 光强度传感器) 说明书 2/4 页 4 C。

15、N 111683152 A 4 监测的数据会经STM32F103单片机发送给LoRa通信模块。 0025 优选地， 所述云端服务器集中处理各个LoRa基站发送来的监测数据， 生成清晰的 数据报表发送至PC端Web及移动端APP， 用户输入ID号及密码登录， 且一个电话号码对应一 个ID。 0026 优选地， 所述云端服务器采用基于角色的访问控制方法， 给不同类别的用户分配 不同的操作权限。 本发明中， 普通用户可查看附近出现故障的井盖信息， 井盖管理维护者可 查看所有井盖信息， 可以对井盖的状态、 出现的事故、 是否维修好等信息进行填写、 更新等 操作。 用户输入ID号及密码可登录查看相关信息。

16、， 一个电话号码对应一个ID。 0027 如图4所示， 为本发明的工作流程： 0028 S1： 一旦井盖位置变动或发生翻转、 破损时， 至少GPS定位模块、 角度传感器和光强 度传感器中某一个测得的数据会出现变化， 为避免或减少误判， 采用最小错误率贝叶斯决 策， 追求最小的错误率， 即求解一种决策规则， 使得： 0029 minP(e) P(e|x)p(x)dx 0030 0031 其中， P(e|x)0， p(x)0对所有测量值x均成立， P(e|x)为对某个测量值x犯错误 的概率， P(e)为总体错误率， w1代表数据正常， w2代表数据异常。 0032 要使P(e)取最小值， 即使后验。

17、概率P(wi|x)最大化， 根据贝叶斯公式求得后验概 率： 0033 0034 其中， p(x|wi)为先验概率， 是已知量， 可以统计以往测量值为x时被判定为wi的次 数得到。 0035 0036 通过上述公式中后验概率的比较， 可更精确地判断数据是否真正出现异常， 减少 错误信号传递。 0037 S2当数据被判为异常时， 监测装置进入持续测量状态。 由各个传感模块监测的数 据会经STM32F103发送给LoRa通信模块。 0038 S3井盖监测终端通过LoRa通信模块发送警报与监测数据至LoRa基站， 所述LoRa基 站采用TCP/IP协议将信息传送至云端服务器， 所述云端服务器集中处理各。

18、个LoRa基站发送 来的监测数据， 生成清晰的数据报表后， 采用HTTP协议实现与PC端Web以及移动端APP的连 接。 0039 S4当井盖基本恢复原来的状态， 则井盖监测终端继续进行周期性工作， 多井盖没 有回复原来状态， 则井盖监测终端持续测量， 同时发送警报和检测数据至云端服务器。 0040 本发明中， GPS定位模块确定井盖所在的位置； 角度传感器确定井盖的倾角， 因井 盖固定在地表， 它的倾角在正常情况不变或有微小变化； 光强度传感器确定监测装置所处 说明书 3/4 页 5 CN 111683152 A 5 环境的光照强度， 因监测装置固定在井盖底部， 光照强度十分小， 漆黑的环境下光照强度没 有变化或变化微小。 0041 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说明书 4/4 页 6 CN 111683152 A 6 图1 图2 说明书附图 1/3 页 7 CN 111683152 A 7 图3 说明书附图 2/3 页 8 CN 111683152 A 8 图4 说明书附图 3/3 页 9 CN 111683152 A 9 。