[发明专利]基于毫米波雷达和NB-IoT的智能卷纸监测系统

权利要求书

1.一种基于毫米波雷达和NB-IoT的智能卷纸监测系统，其特征在于，包括卷纸器设备端和云服务端，所述的卷纸器设备端主要由超宽带毫米波雷达传感器负责获取铁芯与卷纸组成的包络数据，再由NB-IoT传输数据到服务器端；云服务端主要负责接收数据，然后对数据进行处理；通过数据处理，可以得出卷纸的总消耗量、是否存在浪费、单个设备使用是否异常的结论；然后回传设备，或者在网页上显示；其处理过程包括如下步骤：

1)系统初始化，获取信号强度；系统初始化是为获取当前卷纸器内满卷纸和无卷纸两种情况的传感器反射信号强度，用以计算卷纸剩余百分比；发送毫米波信号，测量以金属为内芯的一卷卷纸，获得传感器正前方扇形区域关于横坐标为距离纵坐标为信号强度的图表，通过计算稳定后的波形获得满卷纸时的信号强度A与空卷纸时的信号强度B；

2)采集反射信号并进行滤波处理；正常装入卷纸，用毫米波雷达面向卷纸进行数据采集；通过计算获得信号强度R，对信号强度R进行卡尔曼滤波后得到当前信号强度C；

3)获得卷纸剩余量；通过前两步所得的满卷纸时的信号强度A、空卷纸时的信号强度B、当前信号强度C带入下面的公式：(C-A)/(B-A)，即可获得卷纸剩余量，从而达到卷纸检测的目的。

2.如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达和NB-IoT的智能卷纸监测系统，其特征在于，所述的步骤1)中通过计算稳定后的波形获得满卷纸时的信号强度A与空卷纸时的信号强度B的计算方法为：

首先输入：振幅阵列P＝{P0,P1,P2,…,PN}，阵列中每个点的间距为0.48mm；输入的P0—PN值是传感器接收的信号强度；

第S1步：设定一个阈值S，判断Px-1SPxS是否存在，若不存在则返回NULL；若存在则取最小的x为X，并判断是否存在Py-1SPyS，若存在则取最小的y为Y，若不存在则取N为Y；

第S2步：根据X与Y取Pxy＝{Px,…,Py}，求得Pxy中的最大值Pmax为信号强度，距离＝(max+1)*0.48；通过上述步骤可得当卷纸是满的时候，测得的Pmax是A；当卷纸是空的时候，测得的Pmax是B。

3.如权利要求2所述的一种基于毫米波雷达和NB-IoT的智能卷纸监测系统，其特征在于，所述的步骤2)中通过计算获得信号强度R，对信号强度R进行卡尔曼滤波后得到当前信号强度C的步骤为：

首先输入：通过步骤1)中计算获得的信号强度R；R就是上述的Pmax值，表示当前的信号强度；

第S1步：设测R为测量误差、Q为系统误差、C_last上一个卡尔曼滤波的结果、P_last为协方差；C_mid＝C_last；P_mid＝P_last+Q；

第S2步：设KG为卡尔曼增益，KG＝P_mid/(P_mid+R)；

第S3步：返回此次卡尔曼滤波结果C＝C_mid+KG*(R-C_mid)；

第S4步：算得协方差P_now＝(1-KG)*P_mid；

第S5步：更新协方差P_last＝P_now；

第S6步：更新卡尔曼滤波结果C_last＝C；

C为当前信号，会实时更新。