基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统技术方案

基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统，包括感知层、RFID阅读器通信层、LoRa无线通信层和后台计算机监测中心层；感知层包括固体煤灰监测单元、排放液体监测单元、排放气体监测单元、噪声监测单元。本发明专利技术整体结构均采用无线通信方式，结合RFID技术与LoRa技术的各自优势，克服了基于Zigbee技术的监测方式监测结构复杂、不具有定位识别功能、数传模块传输距离短、信息阻塞和时延等缺点，具有适应性强、低功耗、传输距离远、无线网络化、系统结构简单与可识别环境监测位置的特点，应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统
本专利技术涉及物联网技术、传感器技术、无线通信技术和环境监测领域，具体是一种基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统。
技术介绍
目前，在中国经济的高速发展过程中伴随着环境状况的不断恶化，环境友好型的可持续发展是目前大力倡导的经济发展模式，火力发电厂作为经济发展过程中的主要污染源，对火力发电厂的环境进行在线监控具有重要的现实意义。目前国内还没有专门针对火力发电厂的环境进行在线监测的系统，申请号为201620686708.1，公告号为205899784U《火力发电厂无线监测系统》采用Zigbee数传模块和传感器检测终端对发电厂的监测区域内的状态进行监测，但是其结构较为复杂，而且不具有定位识别功能，并且其Zigbee数传模块传输距离有限，如果较远距离传输需要布置大量的Zigbee节点，不仅增加了结构复杂度和成本还会造成信息阻塞和时延。申请号为201620596638.0，公告号为205785324UJ《火力发电厂监测系统》监测系统结构较为复杂，而且并没有具体说明通信方式。申请号为201220135764.8，公告号为202512124U《基于RFID和无线传感网络的水质监测预警系统》在各个监测节点与汇聚节点之间采用Zigbee组网互联，不适合较远距离的无线通信。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是，克服上述
技术介绍
的不足，提出一种成本低，功耗低，传输距离远，结构简单的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统，包括四层结构，即感知层、RFID阅读器通信层、LoRa无线通信层和后台计算机监测中心层；感知层与RFID阅读器通信层双向连接，RFID阅读器通信层与LoRa无线通信层双向连接，LoRa无线通信层与后台计算机监测中心层双向连接；所述感知层为布置在火力发电厂整个环境监测区域的RFID传感标签；所述RFID阅读器通信层包括RFID标签天线和RFID阅读器模块，RFID标签天线和RFID阅读器模块双向连接；所述LoRa无线通信层包括LoRa收发模块和LoRa网关，LoRa收发模块和LoRa网关双向连接；所述后台计算机监测中心层包括监测计算机、数据中心库以及监测人员，数据中心库设于监测计算机内；所述RFID传感标签对所布置区域内的环境状态进行实时的监测，获取的环境状态监测数据通过预处理并按照RFID通信协议将监测数据打包成数据包，打包后的数据包通过RFID标签天线发送；从RFID传感标签经RFID标签天线发送过来的状态监测数据包无线传输给阅读器RFID通信层的RFID阅读器模块，经RFID阅读器模块处理成符合LoRa通信协议的数据包后传输给LoRa收发模块；所述LoRa无线通信层用于将LoRa收发模块将接收到的数据包按照LoRa通信协议和扩频技术远距离传输给LoRa网关；LoRa网关将接收到的数据包传输给后台计算机监测中心层；所述后台计算机监测中心层将接收到的数据包即火力发电厂环境监测状态值实时的显示出来，监测人员根据监测计算机显示的环境监测状态值采取相应的行动；同时监测的火力发电厂环境监测状态值上传到数据中心库。进一步，RFID传感标签包括固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签、排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签、排放气体监测单元即监测排放气体的RFID传感标签和噪声监测单元即监测噪声的RFID传感标签。进一步，固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签包括煤灰监测MCU控制单元、煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器、煤灰监测RFID标签存储单元和煤灰监测电源模块；煤灰监测RFID标签存储单元与RFID标签天线相连；煤灰监测RFID标签存储单元和与煤灰监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成煤灰监测RFID标签单元；煤灰监测RFID标签存储单元与煤灰监测MCU控制单元双向连接；煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器均与煤灰监测MCU控制单元双向连接；煤灰监测MCU控制单元、煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器和煤灰监测RFID标签单元均与煤灰监测电源模块连接。煤灰监测电源模块用于给整个固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签供电；煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器分别用于感知固体煤灰的温度和湿度；煤灰监测MCU控制单元通过对煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器进行配置，并接受来自煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器的监测原始数据，并将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从煤灰监测MCU控制单元传送过来的数据包经煤灰监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。进一步，排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签包括液体监测MCU控制单元、液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器、液体监测RFID标签存储单元和液体监测电源模块；液体监测RFID标签存储单元亦与RFID标签天线相连；液体监测RFID标签存储单元和与液体监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成液体监测RFID标签单元；液体监测RFID标签存储单元与液体监测MCU控制单元双向连接；液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器均通过防水传输线与液体监测MCU控制单元双向连接。液体监测MCU控制单元、液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器和液体监测RFID标签单元均与液体监测电源模块连接。由于水质监测环境的特殊性，将液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器可集成在一起，形成一个水下监测模块，水下监测模块通过防水传输线液体监测电源模块相连。液体监测电源模块用于给整个排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签供电，对水下监测模块采用防水传输线供电；液体监测温度传感器用于监测火力发电厂排放液体的温度，金属离子传感器用于感知火力发电厂排放液体的金属离子含量，PH值传感器用于感知火力发电厂排放液体的PH值；液体监测MCU控制单元对液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器进行配置，并接受来自液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器的监测原始数据，并将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从液体监测MCU控制单元传送过来的数据包经液体监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。进一步，排放气体监测单元即监测排放气体的RFID传感标签包括气体监测MCU控制单元、二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器、气体监测RFID标签存储单元和气体监测电源模块；气体监测RFID标签存储单元亦与RFID标签天线相连；气体监测RFID标签存储单元和与气体监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成气体监测RFID标签单元；气体监测RFID标签存储单元与气体监测MCU控制单元双向连接；二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器均与气体监测MCU控制单元双向连接；气体监测MCU控制单元、二氧化硫传感器、氧化氮传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器和气体监测RFID标签单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统，其特征在于，包括四层结构，即感知层、RFID阅读器通信层、LoRa无线通信层和后台计算机监测中心层；感知层与RFID阅读器通信层双向连接，RFID阅读器通信层与LoRa无线通信层双向连接，LoRa无线通信层与后台计算机监测中心层双向连接；所述感知层为布置在火力发电厂整个环境监测区域的RFID传感标签；所述RFID阅读器通信层包括RFID标签天线和RFID阅读器模块，RFID标签天线和RFID阅读器模块双向连接；所述LoRa无线通信层包括LoRa收发模块和LoRa网关，LoRa收发模块和LoRa网关双向连接；所述后台计算机监测中心层包括监测计算机、数据中心库以及监测人员，数据中心库设于监测计算机内；所述RFID传感标签对所布置区域内的环境状态进行实时的监测，获取的环境状态监测数据通过预处理并按照RFID通信协议将监测数据打包成数据包，打包后的数据包通过RFID标签天线发送；从RFID传感标签经RFID标签天线发送过来的状态监测数据包无线传输给阅读器RFID通信层的RFID阅读器模块，经RFID阅读器模块处理成符合LoRa通信协议的数据包后传输给LoRa收发模块；所述LoRa无线通信层用于将LoRa收发模块将接收到的数据包按照LoRa通信协议和扩频技术远距离传输给LoRa网关；LoRa网关将接收到的数据包传输给后台计算机监测中心层；所述后台计算机监测中心层将接收到的数据包即火力发电厂环境监测状态值实时的显示出来，监测人员根据监测计算机显示的环境监测状态值采取相应的行动；同时监测的火力发电厂环境监测状态值上传到数据中心库。...

【技术特征摘要】
1.基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统，其特征在于，包括四层结构，即感知层、RFID阅读器通信层、LoRa无线通信层和后台计算机监测中心层；感知层与RFID阅读器通信层双向连接，RFID阅读器通信层与LoRa无线通信层双向连接，LoRa无线通信层与后台计算机监测中心层双向连接；所述感知层为布置在火力发电厂整个环境监测区域的RFID传感标签；所述RFID阅读器通信层包括RFID标签天线和RFID阅读器模块，RFID标签天线和RFID阅读器模块双向连接；所述LoRa无线通信层包括LoRa收发模块和LoRa网关，LoRa收发模块和LoRa网关双向连接；所述后台计算机监测中心层包括监测计算机、数据中心库以及监测人员，数据中心库设于监测计算机内；所述RFID传感标签对所布置区域内的环境状态进行实时的监测，获取的环境状态监测数据通过预处理并按照RFID通信协议将监测数据打包成数据包，打包后的数据包通过RFID标签天线发送；从RFID传感标签经RFID标签天线发送过来的状态监测数据包无线传输给阅读器RFID通信层的RFID阅读器模块，经RFID阅读器模块处理成符合LoRa通信协议的数据包后传输给LoRa收发模块；所述LoRa无线通信层用于将LoRa收发模块将接收到的数据包按照LoRa通信协议和扩频技术远距离传输给LoRa网关；LoRa网关将接收到的数据包传输给后台计算机监测中心层；所述后台计算机监测中心层将接收到的数据包即火力发电厂环境监测状态值实时的显示出来，监测人员根据监测计算机显示的环境监测状态值采取相应的行动；同时监测的火力发电厂环境监测状态值上传到数据中心库。2.根据权利要求书1所述的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统，其特征在于，RFID传感标签，包括固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签、排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签、排放气体监测单元即监测排放气体的RFID传感标签和噪声监测单元即监测噪声的RFID传感标签。3.根据权利要求书2所述的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统，其特征在于，固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签包括煤灰监测MCU控制单元、煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器、煤灰监测RFID标签存储单元和煤灰监测电源模块；煤灰监测RFID标签存储单元与RFID标签天线相连；煤灰监测RFID标签存储单元和与煤灰监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成煤灰监测RFID标签单元；煤灰监测RFID标签存储单元与煤灰监测MCU控制单元双向连接；煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器均与煤灰监测MCU控制单元双向连接；煤灰监测MCU控制单元、煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器和煤灰监测RFID标签单元均与煤灰监测电源模块连接；煤灰监测电源模块用于给整个固体煤灰监测单元即监测固体煤灰的RFID传感标签供电；煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器分别用于感知固体煤灰的温度和湿度；煤灰监测MCU控制单元对煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器进行配置，并接受来自煤灰监测温度传感器、煤灰监测湿度传感器的监测原始数据，并将原始数据进行处理并且按照RFID通信协议打包；从煤灰监测MCU控制单元传送过来的数据包经煤灰监测RFID标签存储单元缓存后送到RFID标签天线进行发送。4.根据权利要求书2所述的基于RFID与LoRa技术的火力发电厂环境监测系统，其特征在于，排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签包括液体监测MCU控制单元、液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器、液体监测RFID标签存储单元和液体监测电源模块；液体监测RFID标签存储单元亦与RFID标签天线相连；液体监测RFID标签存储单元和与液体监测RFID标签存储单元相连的RFID标签天线集成在一起，共同构成液体监测RFID标签单元；液体监测RFID标签存储单元与液体监测MCU控制单元双向连接；液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器均通过防水传输线与液体监测MCU控制单元双向连接；液体监测MCU控制单元、液体监测温度传感器、金属离子传感器、PH值传感器和液体监测RFID标签单元均与液体监测电源模块连接；液体监测电源模块用于给整个排放液体监测单元即监测排放液体的RFID传感标签供电，对监测液体的传感器单...

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，刘京，罗旗舞，吴裕庭，黄源，史露强，程彤彤，宋洋，王礼康，何鎏璐，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34