[发明专利]基于毫米波雷达和NB-IoT的智能卷纸监测系统

说明书

本发明公开了一种基于毫米波雷达和NB‑IoT的智能卷纸监测系统，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；然后由服务器端传输分析结果到卷纸器端，然后在卷纸器上显示；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。本发明使得卷纸器内的卷纸量以数字化的形式记录，更直观的表现在我们眼前；同时还会检测设备的损坏情况，保证即使维修；提升我国的文明发展程度与人民的生活水平。

技术领域

本发明涉及一种基于毫米波雷达和NB-IoT的智能卷纸监测系统。

背景技术

超宽带毫米波雷达传感器是一种通过自身生成并发射接收毫米波的新型传感器，通过分析不同距离不同物体的信号强度实现精确测距和材质识别。毫米波雷达优点有抗干扰能力强，检测精度高、设备体积不大、重量轻等，而且FPGA等高速数字信号处理技术不断进步，毫米波的应用领域越来越广，在近程探测、碰撞预警、自动导航和环境监测等领域具有积极作用。

采用低功耗广域网的NB-IoT协议，将处理后的毫米波雷达数据通过udp、coap协议传输数据到云端服务器的数据库。NB-IoT采用超窄带载波技术、信息重复传输、基于LTE网络协议精简设计等方式，以牺牲一定速率、时延、移动性等特性，获取面向LPWA物联网的承载能力。NB-IoT作为一种新的窄带蜂窝通信解决方案具备四大特点：一是覆盖广且深，在同样的频段下，NB-IoT比现有GPRS覆盖增强20dB+，从而实现覆盖面积更广、穿透能力更强；二是具备“海量”连接的能力，50k+用户容量200khz小区；三是终端功耗低，基于AA电池，从待机时间上看，理论上NB-IoT模组可使用长达10年；四是模组成本低，从运营成本上看供电、通讯都比GPRS低。由上述NB-IoT具备的诸多优点，可分别根据场景采取带内、保护带或独立载波3种工作模式；同时基于现有网络进行升级改造，实现与现有网络共存，NB-IoT在很大程度上是卷纸智能检测系统最理想的技术方案之一。

卡尔曼滤波（Kalman filtering）的使用理论上是为了获取真值，使得实验中获取的信号值居于比较稳定的状态。它是一种利用线性系统状态方程，通过系统的观测数据进行最优估计的算法。因为观测数据过程中会有噪声和干扰的影响，所以最优估计也可看作是滤波过程。

云数据管理及其相关技术的方法在集中式的传感器数据处理方面是最直接的。卷纸器端的数据存入云端数据库并进行数据分析，管理员通过分析的数据实时了解设备的使用情况以及卷纸使用情况，即时进行卷纸的增补以及卷纸器的维修、异物的处理。

发明内容

本发明目的在于提供了一种基于毫米波雷达和NB-IoT的智能卷纸监测系统，本发明使得卷纸器内的卷纸量以数字化的形式记录，更直观的表现在我们眼前；同时还会检测设备的损坏情况，保证及时维修；解决卷纸的合理管理是我们推进“厕所革命”的关键步骤。目前国际上尚未具备完善的厕纸管理系统，本系统逐步完善后能够比较完美得解决这个问题，提升我国的文明发展程度与人民的生活水平。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于毫米波雷达和NB-IoT的智能卷纸监测系统，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；然后由服务器端传输分析结果到卷纸器端，然后在卷纸器上显示；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：