基于LoRa扩频技术的港口大气污染物监测系统的制作方法

本实用新型涉及港口环境监测技术领域，特别涉及一种基于LoRa扩频技术的港口大气污染物监测系统。

背景技术：

随着经济的发展，我国对煤炭和铁矿石的需求不断增加，目前煤炭的港口年吞吐量约6亿吨，铁矿约10亿吨。目前港口对煤炭和铁矿石的装卸多采用粗放式管理，对装卸过程中的粉尘没有进行有效监控可处理，每年约有12万吨煤炭、20万吨铁矿粉尘散逸入大气中，是港口地区大气污染的重要来源。为治理对港口环境，需要对港口环境进行实时的监测以获得空气中粉尘浓度、温湿度、风向以及风速等数据，从而可以采取针对性的措施。而现有技术中在数据采集端和监控中心端通常采用的无线方式如GPRS、WLAN等覆盖距离短，而采用有线传输则由于港口环境复杂造成布线困难，成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种基于LoRa扩频技术的港口大气污染物监测系统，以能够解决上述问题中的一个或多个。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于LoRa扩频技术的港口大气污染物监测系统，其包括：

数据采集终端，包括布置于监测点的传感器，处理所述传感器收集的数据的第一数据处理单元以及为所述传感器和所述第一数据传感器供电的电源单元，所述第一数据处理单元包括对数据进行运算处理的运算模块，对运算后的数据进行加密处理的加密模块，对加密后的数据进行封装以进行传输的封装模块，以及对封装后的数据进行发送的第一LoRa无线通讯模块，并于所述第一数据处理单元上集成了GPS定位模块；

数据接收终端，包括第二数据处理单元和数据分析单元，所述第二数据处理单元包括集成于所述第二数据处理单元上，并可与所述第一LoRa无线通讯模块进行数据交换的第二LoRa无线通讯模块，对数据进行解封的解封模块，对数据进行解密的解密模块，所述数据分析单元为接收所述第二数据处理单元输出数据的服务器。

进一步的，还包括设于所述数据采集终端和所述数据接收终端之间的中继单元，所述中继单元具有与所述第一LoRa无线通讯模块进行数据交换的第三LoRa无线通讯模块以及与第二Lora无线通讯模块进行数据交换的第四LoRa无线通讯模块，并于所述中继单元上集成了第二GPS定位模块。

进一步的，所述监测点为设于所述港口范围内的至少一个。

进一步的，所述传感器为粉尘浓度传感器、风速仪、风向仪、温度传感器、光学雨量传感器以及太阳总辐射传感器中的一种或多种。

进一步的，所述监测点为多个时，于各所述数据采集终端和中继单元以及数据接收终端之间构件了Mesh网络。

进一步的，各所述第一LoRa无线通讯模块和所述第二LoRa无线通讯模块之间、以及所述第三LoRa无线通讯模块和所述第四LoRa无线通讯模块之间基于CSMA/CA协议和AODV路由算法进行通讯。

进一步的，所述电源模块包括蓄电池以及向蓄电池充电的太阳能光伏板。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型的基于LoRa扩频技术的港口大气污染物监测系统，通过对港口环境进行监测，可谓港口和环保部门提供监管数据，为制定合理有效的防治措施提供数据支撑，而LoRa技术相比于传统的无线传输技术具有超高的灵敏度，较低的功耗，支持多信道多数据速率的并行处理，因此更适合港口环境监测的低功耗，远距离，大量连接等要求。

(2)在数据采集终端和数据接终端之间增加中继单元，可进一步扩大监测点的布置范围。

(3)一个或多个监测点的布置可针对港口环境监测要求进行有针对性的布置。

(4)传感器的选择性布置可满足不同监测点的不同需求。

(5)mesh网络的建立可提高数据传输的稳定性。

(6)通过蓄电池和太阳能为用电设备供电可解决布线困难、线路易老化以及供电不方便等问题。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的基于LoRa扩频技术的港口大气污染物监测系统的整体示意图。

附图标记说明：

1-数据采集终端，11-第一数据处理单元，12-传感器，13-第一GPS模块，14-电源单元，141-蓄电池，142-太阳能光伏板，143-稳压模块，15-第一LoRa无线通讯模块，2-中继单元，21-核心板，22-第三LoRa无线通讯模块，23-第四LoRa无线通讯模块，24-第二GPS模块，3-数据接收终端，31-服务器，32-第二数据处理单元，33-第二LoRa无线通讯模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例涉及一种基于LoRa扩频技术的港口大气污染物监测系统，如图1所示，该基于LoRa扩频技术的港口大气污染物监测系统包括数据采集终端1，该数据采集终端1包括布置于监测点的传感器12，处理所述传感器12收集的数据的第一数据处理单元11，以及为传感器12和第一数据处理单元11供电的电源模块，其中，第一数据处理单元11具体包括对数据进行运算处理的运算模块，对运算后的数据进行加密处理的加密模块，对加密后的数据进行封装处理的封装模块，以及对封装后的数据进行传输的第一LoRa无线通讯模块15，且于第一数据处理单元11上集成了第一GPS定位模块。

该基于LoRa扩频技术的港口大气污染物监测系统还包括数据接收终端3，该数据接收终端3具体包括第二数据处理单元32和数据分析单元第二数据处理单元32包括集成再在第二数据处理单元32上，并可与第一LoRa无线通讯模块15进行数据交换的第二LoRa无线通讯模块33，对数据进行解封的解封模块，对解封后数据进行解密的解密模块，数据分析单元则为接收第二数据处理单元32处理后的数据的服务器31。

本实施例中，监测点可以设置为一个，但通常为了获得更加准确的数据，监测点应为在港口范围内选择的多个。作为一个选择的条件，监测点的设置可选择需要重点监测区域，比如人员流通量大的地方。

而布置在各监测点的传感器12根据需求的不同，可以选择粉尘浓度传感器、风速仪、风向仪、温度传感器、湿度传感器、光学雨量传感器以及太阳总辐射传感器中的一种或多种。传感器12通过收集监测点的数据可使相关人员实时了解港口的环境，进而采取相关的措施。传感器12可单独作用，比如当温度传感器或湿度传感器检测到港口环境温度或湿度过高时，让港口劳动人员休息，以保证劳动人员安全。通过光学雨量传感器的预警，以对港口的货物进行保全等。传感器12也可结合作用，作为一个重要的应用，传感器12可为港口环境治理提供有效的数据支撑。现有港口散货码头常用的防尘措施之一是洒水抑尘，现有的洒水抑尘通常是固定的出水量和出水方式，可能会浪费大量水资源，防尘效果不佳。若一个监测点设置有粉尘浓度传感器、风向仪以及风速仪，洒水抑尘可根据所测得的粉尘浓度，风向和风速合理调整洒水量和洒水方向，可节约水资源，并取得较佳的防尘效果。

传感器12检测完各监测点相应的数据后，需要传输至数据接收终端3进行汇总、分析，并根据相应的汇总和分析结果采用相应的措施。为了使数据能够安全传输，在各监测点设置了对传感器12检测到的数据进行处理的第一数据处理单元11。本实施例中，第一数据处理单元11具体包括对数据进行如加权、平均等运算处理的运算模块，对运算后的数据进行加密处理的加密模块，将加密后的数据封装成格式的的封装模块，并于第一数据处理单元11上集成了第一GPS定位模块以及对封装后的数据进行无线发送的第一LoRa无线通讯模块15。本实施例中具体采用型号为Stm32F103的微处理器完成上述运算模块，加密模块以及封装模块的功能。传感器12所测数据和位置信息经封装后第一LoRa无线通讯模块15对外发送。

由于传感器12和第一数据处理单元11实时处理相关的数据需要电源，为此，本实施例中，在数据采集终端1还布置有电源单元14。如果通过线路供电，考虑到监测点可能位于港口的各个角落，而港口环境复杂，布置相关线路非常麻烦，需要较高的成本，因此不实用。本实施例中电源单元14包括蓄电池141，向蓄电池141供电的光伏板以及设于蓄电池141和用电设备之间的稳压模块143，本实施例中稳压模块143采用型号为LM2596S的稳压芯片。

数据接收终端3用以对各监测点检测到的数据进一步的处理和分析。第二LoRa无线通讯模块33接收到第一LoRa无线通讯模块15输送的数据后，通过解封模块对数据进行解封，对解封后的数据通过解密模块进行解密，传动到数据分析单元，数据分析单元对各监测点检测到的数据进行汇总、分析、记录等。数据分析单元对数据进行分析后，可进行有效的利用。比如通过传感器12的数据，调整上述的洒水抑尘的水量。对粉尘污染较重的地方，除固定洒水外，还可增加移动洒水抑尘等措施。而且数据分析单元对数据的记录可反应港口环境的治理情况，可在当前治理效果不佳是迅速更换治理措施。

本实施例中，具体采用型号为STM32429的微处理芯片完成上述的解封模块，解密模块的功能。

第一LoRa无线通讯模块15和第二LoRa无线通讯模块33之间可直接通讯，由于LoRa扩频技术相对于传统的无线传输方式具有功耗低，灵敏度高的优点。监测点已可布置在离数据接收终端3较远的位置。但为了进一步增加监测范围，本实施例中，在数据采集终端1和数据接收终端3之间布置有中继单元2。

中继单元2具有与第一LoRa无线通讯模块15进行无线通讯的第三LoRa无线通讯模块22，以及与第二LoRa无线通讯模块33进行无线通讯的第三LoRa无线通讯模块22。第一数据处理单元11上的数据经第一LoRa无线通讯模块15和第三LoRa无线通讯模块22之间的数据传输进入中继单元2，然后经第四LoRa无线通讯模块23和第二LoRa无线通讯模块33之间的数据传输进入第二数据处理单元32。在增大监控距离的同时，仍可完成数据从数据采集终端1至数据接收终端3的传输。当然，中继单元2也可为对应各监测点布置的多个，此时为了区分各中继单元2的位置，在中继单元2上集成了第二GPS定位模块，第二GPS单元的位置信息也实时向数据接收终端3传输。本实施例中，采用型号为tiny4412的核心板21完成上述中继单元2的功能，该中继单元2的供电采用与数据采集终端1相同的供电方式，在此不再赘述。

当监测点为多个时，本实施例中在各数据采集终端1、中继单元2以及数据接收终端3之间搭建了mesh网络。由于mesh网络可使多个接入点相互合作。例如，当某个监测点与中继单元2数据传输不畅时，可将数据传输至相近的监测点，并通过相应的监测点再传输至中继单元2，以此可保证数据传输的稳定性。基于此，本实施例中，各所述第一LoRa无线通讯模块15和所述第三LoRa无线通讯模块22之间，以及各所述第二LoRa无线通讯模块33和第四LoRa无线通讯模块23之间基于CSMA/CA协议和AODV路由算法进行通讯。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。