一种基于LoRa的山体振动波分布式同步测量系统及其工作方法与流程

本发明涉及信息技术领域，特别是一种基于lora的山体振动波分布式同步测量系统及其工作方法。

背景技术：

分布式同步测量主要分有线方式和无线方式，有线方式主要通过网线、光纤等通信线缆进行同步测量及数据传输，无线方式主要有zigbee、gprs、4g、lora等通信方式。

目前，采用lora通信方式实现分布式终端进行振动测量，仅仅利用lora技术的远距离通信能力，对测量信息没有进行同步，仅能体现被测物体局部特性，不能体现整体状态。采用lora技术的广域分布式系统时钟同步方法，可实现多级路由的网络时钟同步，但算法较复杂，同时lora远距离传输速率较低，多级路由将可能导致网络负荷增加、误码率提高，效果反而不好。

因此，现有的方案有如下几个缺点：

(1)采用传统gps方式同步的方案，终端成本高；且gps室内信号差、需布置长天线到室外空旷处。

(2)有线连接同步方式，需布放通信电缆，施工复杂，且容易遭到线缆损坏而影响整体系统。

(3)目前的分布式方案多是各个局部数据采集并汇总，这些数据之间没有在时间上进行严格同步，不能用于分析大结构体的特性。

(4)同步方式过于复杂，反而影响同步精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于lora的山体振动波分布式同步测量系统及其工作方法，能够采用无线方式移动性增强，不需布有线电缆，成本降低。

本发明采用以下方案实现：一种基于lora的山体振动波分布式同步测量系统，包括第一个至第n个监测终端、与所述第一个至第n个监测终端均通过lora进行无线通信的数据网关以及通过gprs与所述数据网关进行无线通信的服务器平台；所述第一个至第n个监测终端分别将各自采集的山体振动的三轴加速度值数据印上时间标签，并传输给所述数据网关；所述数据网关将接收到各个监测终端传输的数据转发至所述服务器平台，用以通过所述服务器平台进行汇总和存储。

进一步地，所述第一个至第n个监测终端的每个监测终端中均包括第一cpu、第一eeprom、第一晶振模块、第一lora通信模组、振动传感器和第一电源模块；所述第一晶振模块、所述第一lora通信模组和所述第一电源模块均与所述第一cpu连接；所述振动传感器与所述第一cpu连接，用以采集所述山体振动的三轴加速度值数据；所述第一eeprom与所述第一cpu连接，用以保存所述振动传感器采集的数据；所述第一cpu还通过所述第一lora通信模组与所述数据网关进行通信。

进一步地，所述数据网关包括第二cpu、第二eeprom、第二晶振模块、第二lora通信模组、gprs通信模组和第二电源模块；所述第二晶振模块、所述第二lora通信模组、和所述第二电源模块均与所述第二cpu连接；所述第二cpu还通过所述gprs通信模组与所述服务器服务器平台进行通信；所述第二eeprom与所述第二cpu连接，用以储存所述各个监测终端传输的数据；所述第二lora通信模组还与所述所述第一lora通信模组通信相连。

进一步地，所述第一cpu采用的是stm32f103。

进一步地，所述第一eeprom采用at24c512。

进一步地，所述振动传感器采用的是mpu-6050。

进一步地，所述gprs通信模组采用的是sim900。

进一步地，本发明还提供一种基于lora的山体振动波分布式同步测量系统的工作方法具体包括以下步骤：

步骤s1：所述各监测终端开机后清除时间同步标记，等待所述数据网关的时间同步命令帧；

步骤s2：所述数据网关周期性发送时间同步命令帧；所述各监测终端接收到首个同步帧后置位同步标记，计算并保存实时时间，并启动所述振动传感器侦听，按设定规律同步采集山体振动的三轴加速度值数据；

步骤s3：所述各监测终端采集的山体振动的三轴加速度值数据印上时间标签后形成一个信息帧存入每个监测终端的第一eeprom中，同时根据id号和延迟参数延迟一段时间后把所述信息帧发回所述数据网关；

其中，所述延迟时间＝id号×延迟参数；

步骤s4：所述数据网关接收到各个监测终端的信息帧，依序缓存到所述第二eeprom，并定时通过所述gprs通信模组发到所述服务器平台；

步骤s5：所述服务器平台接收到所述数据网关的数据，解析出每条数据的终端id、时间戳和振动数据，并存入所述服务器平台的数据库中。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明采用的系统传输距离远，覆盖范围半径可达3公里；受益于lora技术的信号高灵敏度，室内室外使用不需对天线特殊放置；采用无线方式移动性增强，不需布有线电缆，成本降低。

附图说明

图1为本发明实施例的系统框图。

图2为本发明实施例的监测终端结构框图。

图3为本发明实施例的数据网关结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种基于lora的山体振动波分布式同步测量系统，包括第一个至第n个监测终端、与所述第一个至第n个监测终端均通过lora进行无线通信的数据网关以及通过gprs与所述数据网关进行无线通信的服务器平台；所述第一个至第n个监测终端分别将各自采集的山体振动的三轴加速度值数据印上时间标签，并传输给所述数据网关；所述数据网关将接收到各个监测终端采集的山体振动的三轴加速度值数据转发至所述服务器平台，用以通过所述服务器平台进行汇总和存储。

如图2所示，在本实施例中，所述第一个至第n个监测终端的每个监测终端中均包括第一cpu、第一eeprom、第一晶振模块、第一lora通信模组、振动传感器和第一电源模块；所述第一晶振模块、所述第一lora通信模组和所述第一电源模块均与所述第一cpu连接；所述振动传感器与所述第一cpu连接，用以采集所述山体振动的三轴加速度值数据；所述第一eeprom与所述第一cpu连接，用以保存所述振动传感器采集的数据；所述第一cpu还通过所述第一lora通信模组与所述数据网关进行通信。

如图3所示，在本实施例中，所述数据网关包括第二cpu、第二eeprom、第二晶振模块、第二lora通信模组、gprs通信模组和第二电源模块；所述第二晶振模块、所述第二lora通信模组、和所述第二电源模块均与所述第二cpu连接；所述第二cpu还通过所述gprs通信模组与所述服务器服务器平台进行通信；所述第二eeprom与所述第二cpu连接，用以储存所述各个监测终端传输的数据；所述第二lora通信模组还与所述所述第一lora通信模组通信相连。

在本实施例中，所述第一cpu采用的是stm32f103，为armcortexm内核。

在本实施例中，所述第一eeprom采用at24c512，第一cpu通过i2c总线与之通信；

在本实施例中，所述振动传感器采用的是mpu-6050，内置运动处理单元，可生成xyz三轴加速度分量，cpu通过i2c总线与之通信。

在本实施例中，所述gprs通信模组采用的是sim900。

较佳的，在本实施例还提供一种基于lora的山体振动波分布式同步测量系统的工作方法具体包括以下步骤：

步骤s1：所述各监测终端开机后清除时间同步标记，等待所述数据网关的时间同步命令帧；

步骤s2：所述数据网关周期性发送时间同步命令帧；所述各监测终端接收到首个同步帧后置位同步标记，计算并保存实时时间，并启动所述振动传感器侦听，按设定规律同步采集山体振动的三轴加速度值数据；(如每10秒采集一次数据，则可按实时时钟的每分钟的第0.00秒、第10.00秒、第20.00秒……以此类推触发采集功能)；

步骤s3：所述各监测终端采集的山体振动的三轴加速度值数据印上时间标签后形成一个信息帧存入每个监测终端的第一eeprom中，同时根据id号和延迟参数延迟一段时间后把所述信息帧发回所述数据网关，减少网络冲突；

其中，所述延迟时间＝id号×延迟参数；监测终端id编码在该局域网中是唯一的，如id号为5，延时参数为0.5s，则延时2.5s后发送数据(5乘以0.5s)；

步骤s4：所述数据网关接收到各个监测终端的信息帧，依序缓存到所述第二eeprom，并定时通过所述gprs通信模组发到所述服务器平台；

步骤s5：所述服务器平台接收到所述数据网关的数据，解析出每条数据的终端id、时间戳和振动数据，并存入所述服务器平台的数据库中。

较佳的，在本实施例中，时间同步帧格式，包括命令域、数据域；其中命令域含2个字节，如定义0xff0xa3代表同步命令，则数据域为网关下发的标准时间，数据域含8个字节，分别是日期代码(1个字节)、时(1个字节)、分(1个字节)、秒(1个字节)、毫秒(2个字节)、微秒(2个字节)；日期代码代表某年某月某日由网关记录，溢出则累加。

较佳的，本实施例的系统监测终端采集的数据打上时间标签传输给数据网关同时备份在本地存储器中；数据网关具有时间同步服务功能、数据集中及转发、服务器平台配置转发等功能；服务器平台则汇总、存储各终端数据，并进行可视化呈现。

特别的，在本实施例中，监测终端收到时间同步帧的处理，需考虑无线通讯传输延时等因素，同步帧在网关cpu中组织好后输出到lora模组后传输到终端的lora模组的延时时间包含lora的前导码时间加上数据包传输时间，与传输时设置的扩频因子、编码率、信号带宽等参数有关，该传输时间定义为t1；网关cpu在推送同步帧时需耗时t2，终端cpu接收到同步帧后解析处理需耗时t3；则终端所采用的时间应为同步帧所包含时间+t1+t2+t3。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。