一种基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫及监控方法技术

一种基于NB‑IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫，包括地垫、拼接单元与地垫主机，所述拼接单元包括压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块，所述地垫主机包括供电模块、电源管理模块、CPU计算模块和NB‑IOT通讯模块；所述压力转换模块为若干分布式薄膜式压力传感器，压力传感器输出接滤波与放大电路，用于将电信号经放大及滤波处理后传输至CPU计算模块；压力传感器也用于感应放置于电子秤的重物，将重力转换为电压模拟信号；所述温度采样模块，内设温度敏感芯片或传感器，采集原始数据，并传输到CPU计算模块；MCU接收温度采集芯片传输的原始数据，传输到NB‑IOT通讯模块，用于采集堆砌物的实时温度，可根据实际需求设置温度采样模块个数。

A new method of stack weighing and temperature and humidity monitoring based on nb-iot

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫及监控方法
本专利技术涉及物料管理
，具体为一种基于NB-IOT物联网技术+压力传感器技术以及温湿度传感器技术的智能物料监控管理技术。
技术介绍
新型IoT连接都是工业物联网(IIoT)解决方案，需要低功耗广域网(LPWA)技术为低带宽解决方案提供高效连接、无处不在的覆盖和具有竞争性的服务付费模式。工业物联网应用可能还需要在远程环境实现无缝覆盖，在这样的环境中始终保持连接会耗电，并缩短解决方案的寿命，同样的解决方案如果在现场则可运行十年或更长时间。窄带物联网(NB-IoT)技术是一个有前景的解决方案。窄带物联网(NB-IoT)是2016年由3GPP标准化的一项新无线技术。它作为LPWA技术迅速崛起，支持大量新型工业物联网IIoT设备，包括智能停车场、公用设施、可穿戴设备和工业解决方案。这是由于它能够有效连接大型设备群，每个NB-IoT网络蜂窝基站可支持多达5万个设备，同时很大限度地降低了功耗，并覆盖了传统蜂窝技术无法到达的区域。NB-IoT大大提高了网络效率，能够仅使用一部分可用频谱就能支持大量新连接。NB-IoT的高网络效率还很大限度降低了功耗，使电池的使用寿命可以超过10年。此外，NB-IoT可深入地下并渗透入封闭空间，提供20+dB的室内覆盖。NB-IoT底层技术没有传统蜂窝模块复杂，简化了OEM的设计、开发和部署。同时，它提供了与LTE移动网络相同的可靠且真实的安全和隐私功能，包括对用户身份机密性、实体身份验证、数据完整性和移动设备识别的支持。NB-IoT在物联网应用中的优势显著，为传统蜂窝网技术及蓝牙、Wi-Fi等短距离传输技术所无法比拟。首先其覆盖更广，在同样的频段下，NB-IOT比现有网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍。其次是对海量连接的支撑能力，NB-IOT一个扇区能够支持10万个连接。目前全球有约500万个物理站点，假设全部部署NB-IOT、每个站点三个扇区，那么可以接入的物联网终端数将高达4500亿个。同时NB-IOT的功耗更低，仅为2G的1/10，终端模块的待机时间可长达10年。在成本上也将更低，模块成本有望降至5美元之内。未来随着市场发展带来的规模效应和技术演进，功耗和成本还有望进一步降低。此外，在支持大数据方面，NB-IoT连接所收集的数据可以直接上传云端，而蓝牙、Wi-Fi等技术则没有这样的便利。在工厂、工地等场所存在着多种多样的堆砌物，所述的堆砌物如：玉石、煤堆、废料、垃圾等不规则形状与大小的物料。对于管理者来说，这些堆砌物也需要掌控。而经过调查，堆砌物管理(尤其是涉及到散料的物流、运输、计量、库存管理等)主要存在以下难点：1.堆砌物占地面积较大，随着物品的堆叠，占地面积也随之增加；2.一般情况下管理者对进出物料有登记与记录，但对于现存的物料总库没有监控与进出料数量一致性的验证；3.堆砌物的场所一般恶劣，且在户外难以供电，有些堆砌物如：煤等为避免火灾监测设备不易通电；4.堆砌物的场所一般在户外给网络搭建以及数据传输带来一定困难；5.同样因所述堆砌物的场所一般在户外，给安保工作带来极大的挑战；6.所述堆砌物有些是易燃物品(在些化学原材料等)，需要对其温度进行监控，起到预防火灾，避免不必要的经济损失；7.所述堆砌物有些需要防潮，因此需要对湿度进行监控与预警。故而对堆砌物状况的监控与监管在不少领域是极其重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物(散料)状况的监控方法及监控设备，尤其是称重与温湿度监控地垫,以解决所述
技术介绍
中提到的相关问题。该地垫设备采用NB-IOT无线物联网通讯方式，通过拼接的方式使得本设备占地面积大于监测堆砌物的所需面积，可根据需求自定义布置监测温湿度监控点位与个数，所述地垫设备采用电池供电的方式，避免因电线短路造成火灾的发生，并且能向云端管理服务器发送总重量、温湿度相关数据，云端服务器将分析与统计的结果反馈到管理者手机APP上，在管理者手机APP上具有对应堆砌物真实情况的统计分析图表，管理者手机APP会根据终端地垫设备上传至云端服务器的相关数据，实现动态更新显示图表分析结果与异常情况报警等功能。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫，包括地垫、拼接单元与地垫主机，所述拼接单元包括压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块，所述地垫主机包括供电模块、电源管理模块、CPU计算模块和NB-IOT通讯模块；压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块连接至CPU计算模块和NB-IOT通讯模块；所述压力转换模块为若干分布式薄膜式压力传感器，压力传感器输出接滤波与放大电路，用于将电信号经放大及滤波处理后传输至CPU计算模块；压力传感器也用于感应放置于电子秤的重物，将重力转换为电压模拟信号；所述温度采样模块，内设温度敏感芯片或传感器(温敏电阻或二极管)，采集原始(二进制)数据，并传输到CPU计算模块(MCU)；CPU计算模块(MCU)接收温度采集芯片传输的原始数据，直接传输或经计算得到的(通过公式计算得到真实的温度数值)，并将计算得到的数据传输到NB-IOT通讯模块，用于采集堆砌物的实时温度，可根据实际需求设置温度采样模块个数，并非所有拼接单元都需要温度采样模块。所述湿度采样模块，内设湿度采集芯片，湿度原始二进制数据，并传输到MCU；MCU接收湿度采集芯片传输的原始数据，通过公式计算得到相对湿度数值，并将计算得到的数据传输到所述NB-IOT通讯模块可根据实际需求设置湿度采样模块个数，并非所有拼接单元都需要湿度采样模块。地垫采用织物、不织布、橡塑层状材料垫，压力转换模块为薄膜式按均匀面积分布在层状材料垫的内部或垫的下层，温度采样模块和湿度采样模块在层状材料垫的中央分布一二，湿度采样模块布置层状材料垫上开设的透气膜窗口下面。所述供电模块包括电源和电源转换器，所述电源转换器用于为电源进行变压，并向CPU计算电路输出适合于CPU的电压。所述拼接单元的尺寸与形状可根据需求定制化设计，拼接数量也可根据需求评估最优的数量。基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫进行监控的方法，所述CPU计算模块用于计算出堆砌物总重量(通过每个单元的估值或建模计算获得)；所述NB-IOT通讯模块将接收到的总重量、温度和相对湿度数据解析成无线信号，使用天线通过无线网络发送到云端服务器。应用所述基于NB-IOT的堆砌物称重与温湿度监控地垫的方法：地垫内的压力传感器检测压力数值变化情况，当压力变化超过设定阈值后，则CPU计算模块通过NB-IOT收发模块向外发送信号，通知云端服务器总重量的最新数值；云端服务器通过分析形成图表数据发送至管理者手机APP上，实现数据堆砌物重量监控的实时更新。所述温湿度监控则是预先设定一定时间间隔对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫，其特征是，包括地垫、拼接单元与地垫主机，所述拼接单元包括压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块，所述地垫主机包括供电模块、电源管理模块、CPU计算模块和NB-IOT通讯模块；压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块连接至CPU计算模块和NB-IOT通讯模块；/n所述压力转换模块为若干分布式薄膜式压力传感器，压力传感器输出接滤波与放大电路，用于将电信号经放大及滤波处理后传输至CPU计算模块；/n压力传感器也用于感应放置于电子秤的重物，将重力转换为电压模拟信号；/n所述温度采样模块，内设温度敏感芯片或传感器，采集原始数据，并传输到CPU计算模块)；CPU计算模块接收温度采集芯片传输的原始数据，直接传输或经计算得到的数据传输到NB-IOT通讯模块，用于采集堆砌物的实时温度，根据实际需求设置温度采样模块个数；/n所述湿度采样模块，内设湿度采集芯片，湿度原始二进制数据，并传输到MCU；MCU接收湿度采集芯片传输的原始数据，通过公式计算得到相对湿度数值，并将计算得到的数据传输到所述NB-IOT通讯模块可根据实际需求设置湿度采样模块个数。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫，其特征是，包括地垫、拼接单元与地垫主机，所述拼接单元包括压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块，所述地垫主机包括供电模块、电源管理模块、CPU计算模块和NB-IOT通讯模块；压力转换模块、温度采样模块、湿度采样模块、数据传输模块连接至CPU计算模块和NB-IOT通讯模块；
所述压力转换模块为若干分布式薄膜式压力传感器，压力传感器输出接滤波与放大电路，用于将电信号经放大及滤波处理后传输至CPU计算模块；
压力传感器也用于感应放置于电子秤的重物，将重力转换为电压模拟信号；
所述温度采样模块，内设温度敏感芯片或传感器，采集原始数据，并传输到CPU计算模块)；CPU计算模块接收温度采集芯片传输的原始数据，直接传输或经计算得到的数据传输到NB-IOT通讯模块，用于采集堆砌物的实时温度，根据实际需求设置温度采样模块个数；
所述湿度采样模块，内设湿度采集芯片，湿度原始二进制数据，并传输到MCU；MCU接收湿度采集芯片传输的原始数据，通过公式计算得到相对湿度数值，并将计算得到的数据传输到所述NB-IOT通讯模块可根据实际需求设置湿度采样模块个数。


2.根据权利要求1所述的基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫，其特征是，地垫采用织物、不织布、橡塑层状材料垫，压力转换模块为薄膜式按均匀面积分布在层状材料垫的内部或垫的下层，温度采样模块和湿度采样模块在层状材料垫的中央分布一二，湿度采样模块布置层状材料垫上开设的透气膜窗口下面。


3.根据权利要求1所述的基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫，其特征是，所述供电模块包括电源和电源转换器，所述电源转换器用于为电源进行变压，并向CPU计算电路输出适合于CPU的电压。


4.根据权利要求1所述的基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫，其特征是，所述拼接单元的尺寸与形状可根据需求定制化设计，拼接数量也可根据需求评估最优的数量。


5.基于NB-IOT无线物联网通讯技术的堆砌物的监控地垫进行监控的方法，其特征是，所述CPU计算模块用于计算出堆砌物总重量(通过每个单元的估值或建模计算获得)；
所述NB-IOT通讯模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴京业，李长力，张昆，曹军，周军，王志伟，孙占斌，
申请(专利权)人：中电智能技术南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32