实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置的制作方法

2021-01-20 17:01:41|

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本发明属于钢瓶监测技术领域，具体涉及一种实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置。

背景技术：

公开号为cn110732109a，主题名称为船用消防灭火钢瓶压力自动化监测装置，其技术方案公开了“包括：数据采集模块、报警器、控制系统、上位机；所述数据采集模块包括灭火钢瓶id、用以检测灭火钢瓶内部实时压力的压力传感器、用于确定灭火钢瓶位置的定位装置、和用以传送所述数据采集模块所采集数据和接收所述控制系统控制指令的第一通讯模块，均与所述控制系统连接；所述报警器采用声光报警器和/或语音报警器，在灭火钢瓶内部压力出现异常时发出警报，所述报警器与所述控制系统连接；所述控制系统包括第二通信模块、数据分析模块、数据存储与显示模块、用户管理模块、设备管理模块、控制模块、电源模块；所述数据分析模块对所述数据采集模块采集的钢瓶id、压力、位置实时数据信息进行分析处理，管理所述实时数据信息负载时的安全性；所述数据存储与显示模块对所述获取灭火钢瓶的实时数据进行存储、统计和显示；所述第二通信模块用以接收所述数据采集模块所采集数据、传送控制指令和与所述上位机通信，采用zigbee模块、enocean模块、z-wave模块、4g通信模块或wifi模块中的一种或多种；所述控制模块控制所述第二通信模块、数据分析模块、数据存储与显示模块、用户管理模块、设备管理模块进行相应的操作，所述电源模块为所述控制系统供电；所述用户管理模块，用于控制登陆权限和查看所述实时数据信息权限；所述设备管理模块，用于管理所述数据采集模块；所述上位机与所述控制系统连接，用于显示所述灭火钢瓶的实时数据信息，工作人员通过所述上位机登录控制系统查看所述实时数据信息”。

以上述发明专利为例，在钢瓶监测技术领域，侧重于对于特定垂直细分行业(船舶用途的消防灭火钢瓶)进行压力等监测。然而，以上发明专利公开的技术方案，并不能直接延及应用于加气站cng、气化站lng、液化石油气lpg站等能源站，以及家用充气型钢瓶的状态监测。

此外，注意到加气站、气化站或者lpg站，将厂站储存能源通过钢瓶充装后运输到用户(工业及家用)。钢瓶作为储存能源的设备供用户直接使用。而钢瓶到用户运输的过程，及用户使用过程，存在一定的管理和安全隐患。其一，能源是易燃物质；其二，钢瓶内部有较大的压力。所以充气钢瓶被视作易燃易爆对象。一般地，钢瓶作为一个封闭非透明的金属罐，里面还剩余多少气体能源不能直观统计，钢瓶内部压力也不能直接判断。另外，钢瓶不容易管理，容易丢失，造成经济损失和安全隐患。

换而言之：

1.目前钢瓶只是一个单一的高压金属密闭容器，只有在充装时能粗略读出钢瓶内部的压力，其他时候不能判断压力和位置，更无法掌握钢瓶的状态。

2.钢瓶在场站充装时压力达到高限时(这个高限是通过充装设备设定)停止充装后。从钢瓶运输到用户的途中，再到用户使用的过程，及再次回转到场站进行二次充装的这个过程中。作为场站钢瓶的管理和安全监控是一片盲区，既不能掌握钢瓶的物理性能、使用状态、运输状态、定位、统计。给管理和安全监带来了巨大隐患。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的状况，克服以上缺陷，提供一种实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置。

本发明专利申请公开的实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，其主要目的在于，可以读取或者间接获知钢瓶的内部压力、运输状态、使用状态、定位等工况。

本发明专利申请公开的实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，其另一目的在于，可以将采集到的压力工况、震动工况等发送到云平台，用户可以通过电脑pc或者手机app远程实时掌握钢瓶的使用状况。

本发明采用以下技术方案，所述实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，包括一云平台和至少一物联网控制器，每个物联网控制器相互独立地内置于一钢瓶并且与该钢瓶虚拟绑定，每个物联网控制器具有可供识别的唯一识别标识以供表征与该物联网控制器虚拟绑定的上述钢瓶，各个物联网控制器相互独立地通过远程无线通讯方式接入所述云平台，使得各个物联网控制器与所述云平台之间建立双向通讯连接，其中：

各个物联网控制器包括一核心处理器、一电池、一机械式震动监测开关、一压力传感器和一远程无线通讯模块；

各个物联网控制器的所述机械式震动监测开关用于实时监测与该物联网控制器虚拟绑定的上述钢瓶，以输出上述钢瓶的一震动工况；

各个物联网控制器的所述压力传感器用于实施检测与该物联网控制器虚拟绑定的上述钢瓶，以输出上述钢瓶的一压力工况；

各个物联网控制器的所述机械式震动监测开关和/或所述压力传感器通过与该物联网控制器的所述核心处理器相互交互，以执行自主联动动作或者受控联动动作。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述远程无线通讯模块包括4g模组和nb-iot模组。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述核心处理器具有一待机休眠状态，当所述物联网控制器的所述核心处理器处于所述待机休眠状态时，被定时自主唤醒，以调用所述压力传感器获知与该物联网控制器虚拟绑定的上述钢瓶的所述压力工况，当压力工况超过预警范围时，则所述物联网控制器触发所述远程无线通讯模块，以将上述压力工况上报至所述云平台。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，各个物联网控制器还包括一定位模块，当所述机械式震动监测开关被触发时，所述机械式震动监测开关唤醒所述核心处理模块，以开始计时，当计时超过预警时长再无震动工况，则所述核心处理器唤醒所述定位模块，以读取所述钢瓶的一位置工况，所述核心处理器将上述位置工况通过远程无线通讯模块上报至所述物联网平台。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，各个物联网控制器还包括一壳体，所述壳体设有一防爆结构。

本发明公开的实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，其有益效果在于，在所有钢瓶(工业用和家用)内部安装此装置。通过此装置上的压力传感器、机械震动传感器(即机械式震动传感器/震动检测开关/机械式震动监测开关，下同)、定位模块。可以读取钢瓶的内部压力、运输状态、使用状态、定位等工况。并且将采集到的内部压力、运输状态、使用状态、定位数据发送到云平台，用户可以通过电脑pc或者手机app远程实时掌握钢瓶的使用状况。

附图说明

图1是本发明的物联网控制器装置的工作原理示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

参见附图的图1，图1示出了所述实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置的系统结构。

值得一提的是，本发明各个实施例公开的技术方案，其中涉及的“机械震动传感器”，即机械式震动传感器/震动检测开关/机械式震动监测开关/震动传感器，为同一概念不再区分。

值得一提的是，本发明各个实施例公开的技术方案，其中可能涉及的“振动”与“震动”为同一概念不再区分。

值得一提的是，本发明各个实施例公开的技术方案，其中涉及的“物联网云平台”，即物联网平台/云平台/平台，为同一概念不再区分。

值得一提的是，本发明各个实施例公开的技术方案，其中涉及的“nb-iot”，即nbiot/nb-iot/nb-iot，为同一概念不再区分。

值得一提的是，本发明各个实施例公开的技术方案，其中涉及的“电脑pc”，即远程pc，为同一概念不再区分。

优选实施例。

优选地，所述实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置包括一云平台和至少一(作为终端的)物联网控制器，每个物联网控制器相互独立地内置于一钢瓶并且与该钢瓶虚拟绑定(需要说明的是，我们定义，此处虚拟绑定是指在一般情况下，当钢瓶完成出厂等工序后，物联网控制器即与钢瓶实现绑定，从而实现当识别到某一个物联网控制器，即可唯一对应地溯源得到与该物联网控制器绑定的钢瓶；需要说明的是，此处虚拟绑定是指在一般情况下，并非一旦虚拟绑定即永远不可变更，当钢瓶处于返厂维修等阶段时，可通过直接更换内置于钢瓶的物联网控制器/覆写物联网控制器的唯一识别标识等，实现钢瓶与物联网控制器的解绑和二次虚拟绑定)，每个物联网控制器具有可供识别的唯一识别标识(例如，id号)以供表征与该物联网控制器虚拟绑定的上述钢瓶，各个物联网控制器相互独立地通过4g/nb-iot等远程无线通讯方式接入所述云平台，使得各个物联网控制器与所述云平台之间建立双向通讯连接，其中：

各个物联网控制器包括一核心处理器、一(高能)电池、一机械式震动监测开关、一压力传感器和一远程无线通讯模块(4g/nb-iot等)；

各个物联网控制器的所述机械式震动监测开关用于实时监测与该物联网控制器虚拟绑定的上述钢瓶，以输出上述钢瓶的一震动工况(震动工况可用于进一步表征运输状态、使用状态等)；

各个物联网控制器的所述压力传感器用于实施检测与该物联网控制器虚拟绑定的上述钢瓶，以输出上述钢瓶的一压力工况；

各个物联网控制器的所述机械式震动监测开关和/或所述压力传感器通过与该物联网控制器的所述核心处理器相互交互，以执行自主联动动作(需要说明的是，我们定义，此处自主联动动作，是指由机械式震动监测开关发起的终端侧监测行为，并且在必要的情况下将监测结果通过远程无线通讯模块发送至云平台，并且进一步由云平台执行通知客户等后续动作)或者受控联动动作(需要说明的是，我们定义，此处受控联动动作，是指由操控云平台的客户发起的云端侧监测行为，通过远程无线通讯模块将定位指令等下发至物联网控制器的核心控制器，并且进一步由核心控制器执行调用压力传感器等后续动作)。

进一步地，所述远程无线通讯模块包括但不限于4g模组和nb-iot模组。

进一步地，所述核心处理器具有一待机休眠状态(平时处于待机休眠状态)，当所述物联网控制器的所述核心处理器处于所述待机休眠状态时，被定时自主唤醒(即定时触发，休眠时间可通过物联网云平台设置)，以调用所述压力传感器获知与该物联网控制器虚拟绑定的上述钢瓶的所述压力工况，当压力工况超过预警范围时，则所述物联网控制器触发所述远程无线通讯模块，以将上述压力工况上报至所述云平台。如果压力无异常，则继续休眠，最大程度降低功耗。

进一步地，各个物联网控制器还包括一定位模块，当所述机械式震动监测开关被触发时(例如，钢瓶在运输过程中受到压力而摆动，即机械式震动监测开关监测到震动工况)，所述机械式震动监测开关唤醒所述核心处理模块，以开始计时，当计时超过预警时长(例如，10分钟，可通过物联网云平台设置)再无震动工况，则所述核心处理器唤醒所述定位模块，以读取所述钢瓶的一位置工况(钢瓶当前的地理位置)，所述核心处理器将上述位置工况通过远程无线通讯模块上报至所述物联网平台，这样就在确保最大程度省电的同时，又能监测钢瓶位置流向。

进一步地，各个物联网控制器还包括一壳体，所述壳体设有一防爆结构，确保设备安全。

进一步地，所述机械式震动监测开关，无需耗电。设备有震动时，会接通开关，触发核心处理器进入计时状态。

进一步地，每天(时间可调)定时上传钢瓶位置和压力。

进一步地，物联网平台在收到钢瓶的压力和位置信息后，可以通过平台给客户发送消息预警提醒。如果客户未及时处理，则进一步发送预警信息给管理人员。

根据上述各个实施例，本发明专利申请公开的实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，除了可通过压力传感器直接获取压力工况、通过机械式震动监测开关获取震动工况、通过定位模块获取位置工况等这些可以直接获知的一次感知信息外，还可借助持续记录等手段，对于上述一次感知信息进行二次加工，进一步分析得到钢瓶内部气体剩余量、判断钢瓶是处于运输还是外力打击等二次加工信息。

根据上述各个实施例，本发明专利申请公开的实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，其工作原理阐述如下。

本发明为一种实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，在所有钢瓶(工业用和家用)内部安装此装置。通过此装置上的压力传感器、机械震动传感器(即机械式震动传感器/震动检测开关/机械式震动监测开关，下同)、定位模块。可以读取钢瓶的内部压力、运输状态、使用状态、定位等工况。并且将采集到的内部压力、运输状态、使用状态、定位数据发送到云平台，用户可以通过电脑pc(即图1中的远程pc)或者手机app远程实时掌握钢瓶的使用状况。

其中，物联网控制器包括：核心处理器、(高能)电池、机械式震动监测开关、压力传感器、定位模块、4g/nbiot模块。

根据上述各个实施例，本发明专利申请公开的实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，其工作模式阐述如下。

1.设备具有唯一id号。

2.平时处于待机休眠，核心处理器会定时唤醒(休眠时间可通过物联网云平台设置)，通过压力传感器，检测钢瓶气体压力。如果压力超过预警范围，则触发4g/nbiot模块，上报到物联网平台。如果压力无异常，则继续休眠，最大程度降低功耗。

3.钢瓶如果有运输等动作，会触发震动检测开关，唤醒核心处理模块开始计时，接下来如果超过10分钟(时间通过物联网云平台设置)再没有震动信号，则核心处理器会唤醒定位模块，读取到当前钢瓶所处位置，然后通过4g/nbiot模块，将位置上报到物联网平台。这样就在确保最大程度省电的同时，又能监测钢瓶位置流向。

4.壳体采取防爆设计，确保设备安全。

5.机械式震动监测开关，无需耗电。设备有震动时，会接通开关，触发核心处理器进入计时状态。

6.每天(时间可调)定时上传钢瓶位置和压力。

7.物联网平台在收到钢瓶的压力和位置信息后，可以通过平台给客户发送消息预警提醒。如果客户未及时处理，则进一步发送预警信息给管理人员。

根据上述各个实施例，本发明专利申请公开的实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，其技术特点阐述如下。

1.省电，休眠模式下的低功耗提高了物联网控制器的续航能力。

2.能监测定位钢瓶位置。

3.能监测钢瓶压力，及时提前预警。

4.设备体积小，便于安装。

5.设备结构优良，可承受钢瓶内部气体的压力。

根据上述各个实施例，本发明专利申请公开的实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，其应用场景阐述如下。

此外，结合图1，由物联网控制器内置的压力传感器采集钢瓶内部的压力，由gps传感器定位，由震动传感器采集钢瓶震动的工况。物联网控制器将采集到数据，在设置的触发条件下，通过4g网络或者nb-iot发送到云平台，用户可以通过远程pc或者手机app实时掌握钢瓶的压力和定位，震动工况。其中，触发条件包括：定时触发，预警触发，震动触发。

根据上述各个实施例，本发明专利申请公开的实时监测钢瓶安全状况的物联网控制器装置，其技术改进阐述如下。

1.实时掌握每个钢瓶的压力，确保压力是在允许的安全范围内。

2.实时掌握每个钢瓶的压力，由压力可分析钢瓶内部气体剩余量，以便保供。

3.实时掌握每个钢瓶去向，由gps定位可记录钢瓶运输轨迹，确保钢瓶运输到需求客户处，不会丢失造成的经济损失。

4.实时掌握每个钢瓶的位置，不因不可抗力因素导致的不可逆安全事故。

5.实时掌握钢瓶的工况，由机械震动传感器判读钢瓶是处于运输还是外力打击。

6.钢瓶的相关数据通过nb-iot传送到去平台。

7.管理人员及用户可以随时掌握钢瓶的动向和运行状态。

8.物联网控制器采用休眠工作模式和触发工作模式的相互结合，使物联网控制器的功耗降到最低。提高了物联网控制器的续航能力。

9.设备体积小，便于安装。

值得一提的是，本发明专利申请涉及的nb-iot的具体通讯协议等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。