一种基于物联网的文物保存环境监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于物联网的文物保存环境监测系统，包括多个监测节点、转发器和云端，监测节点包括双轴倾角传感器模块和从BLE‑SoC蓝牙主控模块，转发器包括主BLE‑SoC蓝牙主控模块、蓝牙控制终端和无线通信电路，双轴倾角传感器模块用于采集文物的温度、震动和倾角信息，并将温度、震动和倾角信息经从BLE‑SoC蓝牙主控模块输入至主BLE‑SoC蓝牙主控模块；主BLE‑SoC蓝牙主控模块用于将温度、震动和倾角信息经无线通信电路上传至云端，蓝牙控制终端用于控制主BLE‑SoC蓝牙主控模块。本实用新型专利技术能够完成长期、稳定的文物保存环境信息监测，性能稳定且方便携带。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的文物保存环境监测系统
本技术涉及环境监测
，特别是一种基于物联网的文物保存环境监测系统。
技术介绍
我国是一个文物众多的国家，根据第三次全国文物普查的数据，我国登记在册的不可移动文物78万，仅全国重点文物保护单位就有2352处。其中，大量大型文物散落在野外，在自然环境因素作用下，很多文物已有损坏。另外，文物盗窃案件时有发生。这些对文物保护带来巨大的挑战。现在的文物保护单位多使用视频监控。比如，最近北京市2018年大量新增视频监控系统，通过大量布设全景摄像机实现文物的全监控。现有的文物监控系统，实际上和普通仓库的监控系统并无差别，都是使用摄像头采集视频信息由无线或者有线传输信息。这种方案由于视频无线传输需要占用大量带宽，对野外基站负荷太大，而有线传输在野外布线成本又太大，依然需要大量人力对视频进行实时监视。目前文物保存环境监测主要依靠人工巡视和视频监控的方式，存在着野外网络布线困难、耗费大量人力资源、无保护环境安全评估等弊端。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于物联网的文物保存环境监测系统，本技术能够完成长期、稳定的文物保存环境信息监测，性能稳定且方便携带。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本技术提出的一种基于物联网的文物保存环境监测系统，包括多个监测节点、转发器和云端，监测节点包括双轴倾角传感器模块和从BLE-SoC蓝牙主控模块，转发器包括主BLE-SoC蓝牙主控模块、蓝牙控制终端和无线通信电路，其中，双轴倾角传感器模块用于采集文物的温度、震动和倾角信息，并将温度、震动和倾角信息经从BLE-SoC蓝牙主控模块输入至主BLE-SoC蓝牙主控模块；主BLE-SoC蓝牙主控模块用于将温度、震动和倾角信息经无线通信电路上传至云端，蓝牙控制终端用于控制主BLE-SoC蓝牙主控模块。作为本技术所述的一种基于物联网的文物保存环境监测系统进一步优化方案，无线通信电路使用MQTT协议与云端互联。作为本技术所述的一种基于物联网的文物保存环境监测系统进一步优化方案，无线通信电路为BC28无线通信电路。作为本技术所述的一种基于物联网的文物保存环境监测系统进一步优化方案，监测节点还包括3.3V供电电路，3.3V供电电路用于为从BLE-SoC蓝牙主控模块、主BLE-SoC蓝牙主控模块供电。作为本技术所述的一种基于物联网的文物保存环境监测系统进一步优化方案，还包括太阳能电池板和锂电池，3.3V供电电路用于储存太阳能板转换的电量、并监测锂电池的电压和电流。作为本技术所述的一种基于物联网的文物保存环境监测系统进一步优化方案，还包括用于给无线通信电路供电的3.6V单独供电电路，3.6V单独供电电路包括MIC29302芯片、第一至第三电容和第一至第四电阻，MIC29302芯片的第二引脚与的第一电容的一端、第一电阻的一端分别连接，第一电容的另一端接地，第一电阻的另一端与MIC29302芯片的第一引脚连接，MIC29302芯片的第三引脚接地，MIC29302芯片的第五引脚与第二电阻的一端、第三电阻的一端分别连接，第三电阻的另一端接地，第二电阻的另一端与MIC29302芯片的第四引脚、第二电容的一端、第三电容的一端、第四电阻的一端、3.6V电源分别连接，第二电容的另一端接地，第三电容的另一端接地，第四电阻的另一端接地。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本技术体积小、可实现太阳能供电、方便携带、性能稳定，能够完成长期、稳定的文物保存环境信息监测。附图说明图1是系统结构框图。图2是平面倾角测量原理图；(a)为传感器平面水平放置时，重力加速度矢量方向与Z轴重合，平面倾角为0°，(b)为传感器平面以X轴为转轴倾斜一定角度时，由于倾斜过程中，重力加速度矢量方向与Z轴存在一定夹角αX，即为平面倾斜角度。图3是监测节点BLE-SoC电路。图4是SCA100T芯片内部功能框图。图5是SCA100T传感器电路。图6是串口隔离电路。图7是BC28无线通信电路。图8是BC28供电电路。具体实施方式下面结合附图对本技术的技术方案做进一步的详细说明：系统以蓝牙BLE-SoC按照主从模式组建无线传感监测网络，其中监测节点BLE-SoC以MEMS传感器SCA100T采集温度、震动、倾角等信息，HUB收集各个监测节点的测量数据，并通过NB-IoT芯片BC28使用MQTT协议与云端互联上传监测的环境信息。基于熵权TOPSIS模型对测量的环境信息进行分析处理，并给出文物保存环境的评价。系统结构框图如图1所示，包括监测节点、HUB和云端数据库三部分。系统采用散射网组网方式，在不同需求下使得一个HUB可与7个甚至更多监测节点通过蓝牙相连接。监测节点包括：(1)SCA100T传感器模块；(2)从BLE-SoC蓝牙主控模块；(3)3.3V供电电路模块。SCA100T传感器模块与蓝牙BLE-SoC相连，蓝牙BLE-SoC按固定的周期和场景读出SCA100T传感器检测的角度值、加速度值和温度值发送到HUB。3.3V供电电路具有锂电池充电管理功能，用于储存太阳能板转换的电量、监测电池的电压和电流，防止过冲、过放。HUB包括：(1)BC28无线通信模块；(2)主BLE-SOC蓝牙主控模块；(3)3.3V供电电路模块；HUB负责接收多个监测节点通过蓝牙传送的检测数据并储存在FLASH里面。BC28无线通信模块负责与云端通信，实现将HUB收集的多个监测节点测量数据上传云端，并可以接收云端下传的指令。当某些测量值超过设定阈值时，BLE-SOC蓝牙主控模块自动判断倾斜状态，并将角度信息发送到FIFO中以备推送到云端，当BC28联网时再发送至服务器的订阅主题下，实现文物环境监控的目的。SCA100T是基于MEMS工艺的传感器，其角度测量原理是将测量的加速度转化为倾角变化量。SCA100T的硅电容感应元件由3层硅片构成，形成立体结构，当发生倾斜时，中间质量片会倾向某一侧，从而使两侧的电容发生变化。平面倾角测量原理如图2所示，图2中的(a)为传感器平面水平放置时，重力加速度矢量方向与Z轴重合，平面倾角为0°；图2中的(b)为传感器平面以X轴为转轴倾斜一定角度时，由于倾斜过程中，重力加速度矢量方向与Z轴存在一定夹角αX，即为平面倾斜角度。g表示重力加速度。SCA100T输出测量值时，由SPI输出11位数据格式的数字量，并且存储在SCA100T芯片的RDAX和RDAY数据寄存器中，数据范围是0-2048。输出数字量与倾斜角度的对应关系满足函数式中，α为倾斜角度；Do是测量的数字量，单位为LSB；D0°为基础数值，表示倾角为0°时的Do数字输出量，取值为-1024LSB；S为芯片灵敏度常量，其值为819LSB/g。平面以X、Y轴为转轴倾斜的测量原理和方法是一样的，并且适用于以X、Y轴为旋转轴同时旋转的情况，可由SCA100T芯片的两路SPI数据输出量分别计算出αX和αY。因为环境温度的变化会造成芯片灵敏度S的偏移，故为提高测量精度，有必要进行温度补偿。由环境温度T(℃)补偿测量倾斜角度α，是通过修正芯片灵敏度S实现的。为了得到修正后的芯片灵敏度S'，先由二阶多项本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物联网的文物保存环境监测系统，其特征在于，包括多个监测节点、转发器和云端，监测节点包括双轴倾角传感器模块和从BLE‑SoC蓝牙主控模块，转发器包括主BLE‑SoC蓝牙主控模块、蓝牙控制终端和无线通信电路，其中，双轴倾角传感器模块用于采集文物的温度、震动和倾角信息，并将温度、震动和倾角信息经从BLE‑SoC蓝牙主控模块输入至主BLE‑SoC蓝牙主控模块；主BLE‑SoC蓝牙主控模块用于将温度、震动和倾角信息经无线通信电路上传至云端，蓝牙控制终端用于控制主BLE‑SoC蓝牙主控模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的文物保存环境监测系统，其特征在于，包括多个监测节点、转发器和云端，监测节点包括双轴倾角传感器模块和从BLE-SoC蓝牙主控模块，转发器包括主BLE-SoC蓝牙主控模块、蓝牙控制终端和无线通信电路，其中，双轴倾角传感器模块用于采集文物的温度、震动和倾角信息，并将温度、震动和倾角信息经从BLE-SoC蓝牙主控模块输入至主BLE-SoC蓝牙主控模块；主BLE-SoC蓝牙主控模块用于将温度、震动和倾角信息经无线通信电路上传至云端，蓝牙控制终端用于控制主BLE-SoC蓝牙主控模块。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的文物保存环境监测系统，其特征在于，无线通信电路使用MQTT协议与云端互联。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的文物保存环境监测系统，其特征在于，无线通信电路为BC28无线通信电路。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的文物保存环境监测系统，其特征在于，监测节点还包括3.3V供电电路，3.3V供电电路用于为从BLE-SoC蓝牙主控模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀再，王锡宁，王跃飞，刘雨，孔明昊，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32