基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明專利公開了一種基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括感知節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、云端管理平臺(tái)、手機(jī)App客戶端；采用nRF24L01無線感知節(jié)點(diǎn)用于采集塔機(jī)安全信息，網(wǎng)關(guān)利用GPRS模塊將信息傳送至云端管理平臺(tái)，用戶安裝基于塔機(jī)監(jiān)控的手機(jī)App客戶端就可以實(shí)現(xiàn)塔機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。本發(fā)明具有管理方便、能源節(jié)省、可靠性高、時(shí)延性小、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的推廣價(jià)值。
【專利說明】基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域，特別涉及一種基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
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[0002]隨著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，塔機(jī)應(yīng)用的逐漸增多，塔機(jī)事故時(shí)有發(fā)生。事故的起因一般是:所吊重物因力矩太大使吊臂折斷或者使塔機(jī)傾倒；塔機(jī)由于安裝高度高，受風(fēng)面積大，暴風(fēng)侵襲會(huì)使塔機(jī)傾覆；目前工地周圍建筑物較多，塔機(jī)有時(shí)也會(huì)與建筑物發(fā)生碰撞事故；這些事故都會(huì)給附近的工人的人身安全造成嚴(yán)重影響，對(duì)財(cái)產(chǎn)造成重大損失。
[0003]為了解決塔機(jī)這一系列的安全問題，人們采用傳感器對(duì)塔機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，避免碰撞事故的發(fā)生。對(duì)于傳感器采集的信息，一般采用PLC處理，通過有線方式傳輸。PLC的明顯缺點(diǎn)是不同品牌的PLC不能通用；有線方式在大風(fēng)、大雪的情況下會(huì)有斷線的危險(xiǎn)，極端天氣過后需要維修線路。
[0004]公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及方法，從而克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，包括:感知節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、云端管理平臺(tái)、無線發(fā)射塔、手機(jī)App客戶端；所述感知節(jié)點(diǎn)包括傳感器模塊、STC89C52單片機(jī)、nRF24L01無線射頻模塊，所述傳感器模塊感知信息，所述STC89C52單片機(jī)對(duì)信息進(jìn)行采集并處理，所述HRF24L01無線射頻模塊用于把處理后的信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)；所述網(wǎng)關(guān)包括nRF24L01無線射頻模塊、STM32處理器、GPRS,所述nRF24L01無線射頻模塊收集感知節(jié)點(diǎn)傳來的信息，所述STM32處理器對(duì)信息的進(jìn)行整合處理，所述GPRS將信息發(fā)送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)；所述云端管理平臺(tái)用于云存儲(chǔ)和控制塔機(jī)命令的處理，所述云端管理平臺(tái)通過無線發(fā)射塔把信息傳送至基于塔機(jī)監(jiān)控的手機(jī)App客戶端；所述手機(jī)App客戶端用于塔機(jī)的安全監(jiān)控，通過無線發(fā)射塔把控制命令傳送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，所述云端管理平臺(tái)對(duì)控制命令進(jìn)行相應(yīng)的處理通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送至感知節(jié)點(diǎn)或塔機(jī)控制端。
[0007]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，傳感器模塊包括重力傳感器、風(fēng)力傳感器、
[0008]高度傳感器、高精度回轉(zhuǎn)傳感器、幅度傳感器；重力傳感器用于采集吊物重量信息，風(fēng)力傳感器用于采集風(fēng)速信息，高度傳感器用于采集吊鉤到地面的高度信息，高精度回轉(zhuǎn)傳感器用于測(cè)量回轉(zhuǎn)角度，幅度傳感器用于測(cè)量小車距塔機(jī)中心距離。
[0009]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，手機(jī)App客戶端采用Socket類。
[0010]基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的使用方法，其步驟為:
[0011]步驟1:感知節(jié)點(diǎn)中的傳感器模塊開始工作，感知相應(yīng)的信息，STC89C52單片機(jī)對(duì)信息進(jìn)行采集并處理，nRF24L01無線射頻模塊把處理后的信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)；
[0012]步驟2:網(wǎng)關(guān)內(nèi)的nRF24L01無線射頻模塊收集感知節(jié)點(diǎn)采集信息，STM32處理器對(duì)信息的進(jìn)行整合處理，通過GPRS發(fā)送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)并存儲(chǔ)；
[0013]步驟3:云端管理平臺(tái)通過無線發(fā)射塔把信息傳送至手機(jī)App客戶端，手機(jī)App客戶端以數(shù)字和曲線的形式給用戶提供塔機(jī)的狀態(tài)信息，輸入賬號(hào)密碼登錄，對(duì)塔機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；
[0014]步驟4:當(dāng)需要改變傳感器模塊的工作狀態(tài)時(shí)，手機(jī)App客戶端通過無線發(fā)射塔將傳感器控制命令發(fā)送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，云端管理平臺(tái)將命令發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)內(nèi)的GPRS接收命令并通過nRF24L01無線射頻模塊將命令發(fā)送至感知節(jié)點(diǎn)，感知節(jié)點(diǎn)內(nèi)的nRF24L01無線射頻模塊接受命令，感知節(jié)點(diǎn)內(nèi)的傳感器模塊根據(jù)命令開啟或關(guān)閉；
[0015]步驟5，當(dāng)感知節(jié)點(diǎn)采集的信息在手機(jī)App客戶端顯示塔機(jī)的工作參數(shù)將要超出安全工作范圍時(shí)，手機(jī)App客戶端通過無線發(fā)射塔將塔機(jī)控制命令發(fā)送至云端管理平臺(tái)，云端管理平臺(tái)對(duì)塔機(jī)控制命令進(jìn)行處理并發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)內(nèi)的GPRS接收命令并通過nRF24L01無線射頻模塊將命令發(fā)送至塔機(jī)控制端，塔機(jī)控制端根據(jù)命令控制塔機(jī)。
[0016]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，傳感器模塊包括重力傳感器、風(fēng)力傳感器、高度傳感器、高精度回轉(zhuǎn)傳感器、幅度傳感器；重力傳感器用于采集吊物重量信息，風(fēng)力傳感器用于采集風(fēng)速信息，高度傳感器用于采集吊鉤到地面的高度信息，高精度回轉(zhuǎn)傳感器用于測(cè)量回轉(zhuǎn)角度，幅度傳感器用于測(cè)量小車距塔機(jī)中心距離。
[0017]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，手機(jī)App客戶端的操作命令包括:存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、安全工作范圍設(shè)置、改變傳感器工作狀態(tài)、塔機(jī)運(yùn)作控制。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0019]STC89C52單片機(jī)控制的nRF24L01無線射頻模塊成本低，數(shù)據(jù)傳輸速率快，多個(gè)感知節(jié)點(diǎn)連接，感知節(jié)點(diǎn)把處理后的信息通過網(wǎng)關(guān)傳到云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，節(jié)約存儲(chǔ)設(shè)備。
[0020]手機(jī)App客戶端能夠把云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)的塔機(jī)信息下載并以數(shù)字和曲線的形式顯示在界面上，實(shí)時(shí)方便地看到塔機(jī)的環(huán)境信息和運(yùn)行狀態(tài)，手機(jī)App客戶端用戶可以遠(yuǎn)程控制傳感器工作狀態(tài)，節(jié)能環(huán)保，手機(jī)App客戶端用戶可以遠(yuǎn)程控制塔機(jī)運(yùn)作，以避免超限超載、墜物傷人、碰撞等事故的發(fā)生；只有操作者登陸后才能進(jìn)行操作，提高了塔機(jī)工作的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0021]圖1為本發(fā)明基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明傳感器模塊安裝位置示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明感知節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明手機(jī)App客戶端控制命令傳輸過程示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工作流程示意圖。
[0027]附圖標(biāo)記為:1_重力傳感器、2-風(fēng)力傳感器、3-高度傳感器、4-高精度回轉(zhuǎn)傳感器、5-幅度傳感器、6-駕駛室、7-平衡重、8-吊臂。

【具體實(shí)施方式】
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[0028]下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0029]除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語(yǔ)“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。
[0030]如圖1-圖4所示，基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，包括:感知節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、云端管理平臺(tái)、無線發(fā)射塔、手機(jī)App客戶端；所述感知節(jié)點(diǎn)包括傳感器模塊、STC89C52單片機(jī)、nRF24L01無線射頻模塊，所述傳感器模塊感知信息，所述STC89C52單片機(jī)對(duì)信息進(jìn)行采集并處理，所述nRF24L01無線射頻模塊用于把處理后的信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)；
[0031]傳感器模塊包括重力傳感器1、風(fēng)力傳感器2、高度傳感器3、高精度回轉(zhuǎn)傳感器4、幅度傳感器5 ;重力傳感器I安裝在駕駛室6上方，用于采集吊物重量信息；風(fēng)力傳感器2安裝在塔機(jī)頂端，用于采集風(fēng)速信息；高度傳感器3安裝在平衡重7上，用于采集吊鉤到地面的高度信息；高精度回轉(zhuǎn)傳感器4安裝在駕駛室6下方，用于測(cè)量回轉(zhuǎn)角度；幅度傳感器5安裝在吊臂8上，用于測(cè)量吊臂8偏轉(zhuǎn)的幅度。測(cè)量當(dāng)前的載重、力臂值為防超載做好預(yù)警；測(cè)量大臂、小車所在位置可以對(duì)區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；測(cè)量當(dāng)前的塔身垂直度以防止傾覆；測(cè)量吊鉤所處的位置能防沖頂。
[0032]所述網(wǎng)關(guān)包括nRF24L01無線射頻模塊、STM32處理器、GPRS，所述nRF24L01無線射頻模塊收集感知節(jié)點(diǎn)傳來的信息，所述STM32處理器對(duì)信息的進(jìn)行整合處理，所述GPRS將信息發(fā)送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)；所述云端管理平臺(tái)用于云存儲(chǔ)和控制塔機(jī)命令的處理，所述云端管理平臺(tái)通過無線發(fā)射塔把信息傳送至基于塔機(jī)監(jiān)控的手機(jī)App客戶端；所述手機(jī)App客戶端采用Socket類，它是java中進(jìn)行客戶端網(wǎng)絡(luò)編程的核心類，可以使客戶端通過TCP協(xié)議連接到云端管理平臺(tái)上，并且和服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，手機(jī)App客戶端用于塔機(jī)的安全監(jiān)控，通過無線發(fā)射塔把控制命令傳送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，所述云端管理平臺(tái)對(duì)控制命令進(jìn)行相應(yīng)的處理通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送至感知節(jié)點(diǎn)或塔機(jī)控制端。
[0033]如圖5-圖6所示，基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的使用方法，其步驟為:
[0034]步驟1:感知節(jié)點(diǎn)中的傳感器模塊開始工作，重力傳感器采集吊物重量信息，風(fēng)力傳感器采集風(fēng)速信息，高度傳感器采集吊鉤到地面的高度信息，高精度回轉(zhuǎn)傳感器測(cè)量回轉(zhuǎn)角度，幅度傳感器測(cè)量吊臂偏轉(zhuǎn)的幅度，STC89C52單片機(jī)對(duì)信息進(jìn)行采集并處理，nRF24L01無線射頻模塊把處理后的信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)；
[0035]步驟2:網(wǎng)關(guān)內(nèi)的nRF24L01無線射頻模塊收集感知節(jié)點(diǎn)采集信息，STM32處理器對(duì)信息的進(jìn)行整合處理，通過GPRS發(fā)送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)起來；
[0036]步驟3:云端管理平臺(tái)通過無線發(fā)射塔把信息傳送至手機(jī)App客戶端，手機(jī)App客戶端以數(shù)字和曲線的形式給用戶提供塔機(jī)的狀態(tài)信息，輸入賬號(hào)密碼登錄，對(duì)塔機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；
[0037]步驟4:當(dāng)需要改變傳感器模塊的工作狀態(tài)時(shí)，手機(jī)App客戶端通過無線發(fā)射塔將傳感器控制命令發(fā)送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，云端管理平臺(tái)將命令發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)內(nèi)的GPRS接收命令并通過nRF24L01無線射頻模塊將命令發(fā)送至感知節(jié)點(diǎn)，感知節(jié)點(diǎn)內(nèi)的nRF24L01無線射頻模塊接受命令，感知節(jié)點(diǎn)內(nèi)的傳感器模塊根據(jù)命令開啟或關(guān)閉進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0038]步驟5，當(dāng)感知節(jié)點(diǎn)采集的信息在手機(jī)App客戶端顯示塔機(jī)將碰上障礙物、風(fēng)力超出安全范圍、力矩超出安全工作范圍時(shí)，手機(jī)App客戶端通過無線發(fā)射塔將塔機(jī)控制命令發(fā)送至云端管理平臺(tái)，云端管理平臺(tái)對(duì)塔機(jī)控制命令進(jìn)行處理并發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)內(nèi)的GPRS接收命令并通過nRF24L01無線射頻模塊將命令發(fā)送至塔機(jī)控制端，塔機(jī)控制端根據(jù)命令控制塔機(jī)停止工作。
[0039]上述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說明和例證。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
【權(quán)利要求】
1.基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征為:該系統(tǒng)包括感知節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、云端管理平臺(tái)、無線發(fā)射塔、手機(jī)App客戶端；所述感知節(jié)點(diǎn)包括傳感器模塊、STC89C52單片機(jī)、nRF24L01無線射頻模塊，所述傳感器模塊用于感知信息，所述STC89C52單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)信息進(jìn)行采集并處理，所述HRF24L01無線射頻模塊用于把處理后的信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)；所述網(wǎng)關(guān)包括nRF24L01無線射頻模塊、STM32處理器、GPRS，所述nRF24L01無線射頻模塊收集感知節(jié)點(diǎn)采集的信息，所述STM32處理器負(fù)責(zé)對(duì)信息進(jìn)行整合處理，所述GPRS將信息發(fā)送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)；所述云端管理平臺(tái)用于云存儲(chǔ)和控制塔機(jī)命令的處理，所述云端管理平臺(tái)通過無線發(fā)射塔把信息傳送至基于塔機(jī)監(jiān)控的手機(jī)App客戶端；所述手機(jī)App客戶端用于塔機(jī)的安全監(jiān)控，通過無線發(fā)射塔把控制命令傳送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，所述云端管理平臺(tái)對(duì)控制命令進(jìn)行相應(yīng)的處理之后再通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送至感知節(jié)點(diǎn)或塔機(jī)控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器模塊包括重力傳感器、風(fēng)力傳感器、高度傳感器、高精度回轉(zhuǎn)傳感器、幅度傳感器；重力傳感器用于采集吊物重量信息，風(fēng)力傳感器用于采集風(fēng)速信息，高度傳感器用于采集吊鉤到地面的高度信息，高精度回轉(zhuǎn)傳感器用于測(cè)量回轉(zhuǎn)角度，幅度傳感器用于測(cè)量小車距塔機(jī)中心距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述手機(jī)App客戶端采用Socket類。
4.基于nRF24L01與GPRS的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的使用方法，其步驟為: 步驟1:感知節(jié)點(diǎn)中的傳感器模塊開始工作，感知相應(yīng)的信息，STC89C52單片機(jī)對(duì)信息進(jìn)行采集并處理，nRF24L01無線射頻模塊把處理后的信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)； 步驟2:網(wǎng)關(guān)內(nèi)的nRF24L01無線射頻模塊收集感知節(jié)點(diǎn)采集信息，STM32處理器對(duì)信息的進(jìn)行整合處理，通過GPRS發(fā)送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)并存儲(chǔ)； 步驟3:云端管理平臺(tái)通過無線發(fā)射塔把信息傳送至手機(jī)App客戶端，手機(jī)App客戶端以數(shù)字和曲線的形式給用戶提供塔機(jī)的狀態(tài)信息，輸入賬號(hào)密碼登錄，對(duì)塔機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作； 步驟4:當(dāng)需要改變傳感器模塊的工作狀態(tài)時(shí)，手機(jī)App客戶端通過無線發(fā)射塔將傳感器控制命令發(fā)送至云端管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，云端管理平臺(tái)將命令發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)內(nèi)的GPRS接收命令并通過nRF24L01無線射頻模塊將命令發(fā)送至感知節(jié)點(diǎn)，感知節(jié)點(diǎn)內(nèi)的nRF24L01無線射頻模塊接受命令，感知節(jié)點(diǎn)內(nèi)的傳感器模塊根據(jù)命令開啟或關(guān)閉； 步驟5，當(dāng)感知節(jié)點(diǎn)采集的信息顯示塔機(jī)的工作參數(shù)將要超出安全工作范圍時(shí)，手機(jī)App客戶端通過無線發(fā)射塔將塔機(jī)控制命令發(fā)送至云端管理平臺(tái)，云端管理平臺(tái)對(duì)塔機(jī)控制命令進(jìn)行處理并發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)內(nèi)的GPRS接收命令并通過nRF24L01無線射頻模塊將命令發(fā)送至塔機(jī)控制端，塔機(jī)控制端根據(jù)命令控制塔機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述傳感器模塊包括重力傳感器、風(fēng)力傳感器、高度傳感器、高精度回轉(zhuǎn)傳感器、幅度傳感器；重力傳感器用于采集吊物重量信息，風(fēng)力傳感器用于采集風(fēng)速信息，高度傳感器用于采集吊鉤到地面的高度信息，高精度回轉(zhuǎn)傳感器用于測(cè)量回轉(zhuǎn)角度，幅度傳感器用于測(cè)量小車距塔機(jī)中心距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述手機(jī)App客戶端的操作命令包括:存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、安全工作范圍設(shè)置、改變傳感器工作狀態(tài)、塔機(jī)運(yùn)作控制。
【文檔編號(hào)】B66C23/62GK104386594SQ201410587997
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】黃德昌, 李波, 張躍進(jìn), 沈文波, 高新誠(chéng), 王一帆, 梁煜 申請(qǐng)人:江西聯(lián)博科技有限公司