CN106371349A - 基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统和方法 - Google Patents

基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统和方法，涉及数据采集技术领域。该系统包括：包括：依次通信连接的液体流量传感器、LoRa节点设备、LoRa网关以及互联网服务器，其中：液体流量传感器，用于将采集被测流体的流量数据，并将流量数据发送至LoRa节点设备；LoRa节点设备，用于将流量数据转换为LoRa数据后，将LoRa数据发送至LoRa网关；LoRa网关，用于接收LoRa数据，并将LoRa数据转换为流量数据后发送至所述互联网服务器；所述互联网服务器，用于接收并保存所述流量数据。本发明采用的LoRa节点设备的数据传输距离较远且功耗较低，使得传感数据采集网络的组网方式更加分散，并且降低了成本。

Description

基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统和方法
技术领域
本发明属于数据采集技术领域，尤其涉及一种基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统和方法。
背景技术
物联网所需的各类无线网络通信技术似乎处于互补状态，在不同场景下，距离、功耗、容量、成本等指标各有千秋。不过，在远距离、低功耗场景下LoRa(LongRange，远程)技术正迅速发展起来。LoRa是由升特公司(Semtech)发布的一种专用于无线电调制解调的技术，它与其他如FSK(频移键控)、GFSK(高斯最小频移键控)、BFSK(二进制相移键控)及其派生的调制方案形成竞争关系。LoRa融合了扩频调制解调、自适应数据传输率调整、前向纠错编码等技术，具有低功耗、传输距离远等特点，拥有前所未有的性能。此前，只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术，而随着LoRa的引入无线通信领域的局面发生了彻底的改变。使用LoRa技术能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离，这种低功耗广域技术正是发展物联网所需要的。
现有液体流量传感器通过两种通信方式连接智能终端：一、有线连接，受到距离、建设成本、使用场景的限制。二、现有的物联网技术(如NB-IOT、LTE-M、433ISM)对传统网络(如WIFI、3G、4G、GPRS等)的依赖性较高，即现有的物联网网关与服务器和多个节点设备之间均是通过传统网络进行通信的，而由于传统网络的传输距离较短，能耗较高，导致组网较密集，建设运行成本高，稳定性弱。
上述问题亟待解决。
发明内容
针对通过传统通信技术将液体流量传感器设备与智能终端进行数据交互，存在组网密度高、建设和运行成本高，稳定性弱的问题的缺陷，本发明提供一种基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统和方法。
本发明提供一种基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统，包括：依次通信连接的液体流量传感器、LoRa节点设备、LoRa网关以及互联网服务器，其中：
所述液体流量传感器，用于将采集被测流体的流量数据，并将所述流量数据发送至所述LoRa节点设备；
所述LoRa节点设备，用于将所述流量数据转换为LoRa数据后，将所述LoRa数据发送至所述LoRa网关；
所述LoRa网关，用于接收所述LoRa数据，并将所述LoRa数据转换为流量数据后发送至所述互联网服务器；
所述互联网服务器，用于接收并保存所述流量数据。
优选的，所述液体流量传感器包括依次固定连接的声波发射器、接收转换器、以及信号处理器，其中：
所述声波发射器，用于将电能转换为超声波能量发射到被测流体中；
所述接受转换器，用于接收所述超声波经所述被测流体反射后的反射波，并根据所述反射波计算得出被测流体的流量数据，并将所述流量数据转换为模拟信号；
所述信号处理器，用于将所述模拟信号进行信号放大、积分运算后转换为数字信号，并将所述数字信号传送至所述LoRa节点设备。
优选的，所述LoRa节点设备包括：第一微处理器、LoRa射频芯片、LoRa收发天线以及串行接口，第一微处理器同时与LoRa射频芯片和串行接口连接，LoRa收发天线与LoRa射频芯片连接，其中：
所述第一微处理器，用于将所述串行接口接收到的数字信号转化为LoRa数据；
所述LoRa射频芯片，用于将所述LoRa数据转换为LoRa射频信号，并通过所述LoRa收发天线将所述LoRa数据以LoRa射频信号的形式发送至所述LoRa网关。
优选的，所述LoRa网关包括依次固定连接的LoRa信号模块、第二微处理器以及互联网信号模块，其中：
所述LoRa信号模块，用于接收所述LoRa节点设备发送的射频信号，并解析出所述LoRa射频信号中的LoRa数据，将所述LoRa数据发送给第二微处理器；
所述第二微处理器，用于将所述LoRa数据转换为互联网数据；
所述互联网信号模块，用于通过无线通信网络将互联网数据发送至所述互联网服务器。
优选的，系统还包括：与所述互联网服务器通信连接的智能终端，所述智能终端用于通过所述互联网服务器查看液体流量传感器采集的相关数据信息。
本发明还提供一种基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集方法，包括：
采集被测流体的流量数据，并将所述流量数据发送至LoRa节点设备；
所述LoRa节点设备将所述流量数据转换为LoRa数据后，将所述LoRa数据发送至所述LoRa网关；
所述LoRa网关接收所述LoRa数据，并将所述LoRa数据转换为流量数据后发送至互联网服务器；
所述互联网服务器接收并保存所述流量数据。
优选的，所述采集被测流体的流量数据，并将所述流量数据发送至LoRa节点设备，具体包括：
将电能转换为超声波能量发射到被测流体中；
接收所述超声波经所述被测流体反射后的反射波，并根据所述反射波计算得出被测流体的流量数据，并将所述流量数据转换为模拟信号；
将所述模拟信号进行信号放大、积分运算后转换为数字信号，并将所述数字信号传送至所述LoRa节点设备。
优选的，所述LoRa节点设备将所述流量数据转换为LoRa数据后，将所述LoRa数据发送至所述LoRa网关，具体包括：
将串行接口接收到的数字信号转化为LoRa数据；
将所述LoRa数据转换为LoRa射频信号，并通过LoRa收发天线将所述LoRa数据以LoRa射频信号的形式发送至LoRa网关。
优选的，所述LoRa网关接收所述LoRa数据，并将所述LoRa数据转换为流量数据后发送至互联网服务器，具体包括：
接收所述LoRa节点设备发送的射频信号，并解析出所述LoRa射频信号中的LoRa数据，将所述LoRa数据发送给第二微处理器；
所述第二微处理器将所述LoRa数据转换为互联网数据；
通过无线通信网络将互联网数据发送至所述互联网服务器。
优选的，还包括：智能终端与所述互联网服务器通信连接，所述智能终端通过所述互联网服务器查看液体流量传感器采集的相关数据信息。
有益效果：本发明采用包括LoRa节点设备、液体流量传感器、及LoRa网关路由器组成的LoRa无线远程数据采集系统和方法，由LoRa节点设备通过LoRa射频信号将流量传感器采集的数据传输至LoRa网关，并由LoRa网关搭建通讯桥梁通过无线通讯方式与互联网服务器进行互联网数据交互。由于LoRa节点设备的数据传输距离较远且功耗较低，使得传感数据采集网络的组网方式更加分散，覆盖率更广，提高了传感数据传输的稳定性，并且降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统模块构成示意图；
图2是本发明另一实施例提供的液体流量传感器的结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的LoRa节点设备的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的LoRa网关的结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的液体流量传感器数据远程传输系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的基于LoRa技术的液体流量传感器数据采方法步骤示意图；
图7为将液体流量传感器将采集的模拟信号经过模数转换得到第一数字信号发送给LoRa节点设备的具体步骤图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统，如图1所示，包括：依次通信连接的液体流量传感器100、LoRa节点设备200、LoRa网关300以及互联网服务器400其中：
所述液体流量传感器100，用于将采集被测流体的流量数据，并将所述流量数据发送至所述LoRa节点设备；
所述LoRa节点设备200，用于将所述流量数据转换为LoRa数据后，将所述LoRa数据发送至所述LoRa网关；
所述LoRa网关300，用于将所述LoRa射频信号转换为第二数字信号，通过无线通讯方式发送给互联网服务器。
具体的，LoRa网关是液体流量传感器与互联网服务器之间的通信桥梁，其无线通讯方式包括3G、4G、5G或Wi-Fi通信方式等。
所述互联网服务器400，用于接收并保存所述流量数据
优选的，如图2所示，所述液体流量传感器包括依次固定连接的声波发射器101、接收转换器102、以及信号处理器103，其中：
所述声波发射器101，用于将电能转换为超声波能量发射到被测流体中；
所述接受转换器102，用于接收所述超声波经所述被测流体反射后的反射波，并根据所述反射波计算得出被测流体的流量数据，并将所述流量数据转换为模拟信号；
所述信号处理器103，用于将所述模拟信号进行信号放大、积分运算后转换为数字信号，并将所述数字信号传送至所述LoRa节点设备。
优选的，如图3所示，所述LoRa节点设备包括：第一微处理器201、LoRa射频芯片202、LoRa收发天线203以及串行接口204，第一微处理器201同时与LoRa射频芯片202和串行接口204连接，LoRa收发天线203与LoRa射频芯片202连接，其中：
所述第一微处理器201，用于将所述串行接口接收到的数字信号转化为LoRa数据；
所述LoRa射频芯片202，用于将所述LoRa数据转换为LoRa射频信号，并通过所述LoRa收发天线将所述LoRa数据以LoRa射频信号的形式发送至所述LoRa网关。
优选的，如图4所示，所述LoRa网关包括依次固定连接的LoRa信号模块301、第二微处理器302以及互联网信号模块303，其中：
所述LoRa信号模块301，用于接收所述LoRa节点设备发送的射频信号，并解析出所述LoRa射频信号中的LoRa数据，将所述LoRa数据发送给第二微处理器；
所述第二微处理器302，用于将所述LoRa数据转换为互联网数据；
所述互联网信号模块303，用于通过无线通信网络将互联网数据发送至所述互联网服务器。
优选的，如图5所示，系统还包括：与所述互联网服务器通信连接的智能终端，所述智能终端用于通过所述互联网服务器查看液体流量传感器采集的相关数据信息。
本发明系统实施例采用包括LoRa节点设备、液体流量传感器、及LoRa网关路由器组成的LoRa无线远程数据采集系统，由LoRa节点设备通过LoRa射频信号将流量传感器采集的数据传输至LoRa网关，并由LoRa网关搭建通讯桥梁通过无线通讯方式与互联网服务器进行互联网数据交互。由于LoRa节点设备的数据传输距离较远且功耗较低，使得传感数据采集网络的组网方式更加分散，覆盖率更广，提高了传感数据传输的稳定性，并且降低了成本。
本发明还提供一种基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集方法，如图6所示，包括：
S100、采集被测流体的流量数据，并将所述流量数据发送至LoRa节点设备；
S200、所述LoRa节点设备将所述流量数据转换为LoRa数据后，将所述LoRa数据发送至所述LoRa网关；
S300、所述LoRa网关接收所述LoRa数据，并将所述LoRa数据转换为流量数据后发送至互联网服务器。
S400、所述互联网服务器接收并保存所述流量数据。
优选的，如图7所示，所述将液体流量传感器将采集的模拟信号经过模数转换得到第一数字信号，发送给LoRa节点设备，具体包括：
S101、将电能转换为超声波能量发射到被测流体中；
S102、接收所述超声波经所述被测流体反射后的反射波，并根据所述反射波计算得出被测流体的流量数据，并将所述流量数据转换为模拟信号；
S103、将所述模拟信号进行信号放大、积分运算后转换为数字信号，并将所述数字信号传送至所述LoRa节点设备。
优选的，所述第一数字信号通过所述LoRa节点设备的转换得到LoRa射频信号，发送给LoRa网关，具体包括：
将串行接口接收到的数字信号转化为LoRa数据；
将所述LoRa数据转换为LoRa射频信号，并通过LoRa收发天线将所述LoRa数据以LoRa射频信号的形式发送至LoRa网关。
优选的，所述LoRa射频信号通过所述LoRa网关的转换得到第二数字信号，通过无线通讯方式发送给互联网服务器，具体包括：
接收所述LoRa节点设备发送的射频信号，并解析出所述LoRa射频信号中的LoRa数据，将所述LoRa数据发送给第二微处理器；
所述第二微处理器将所述LoRa数据转换为互联网数据；
通过无线通信网络将互联网数据发送至所述互联网服务器。
优选的，智能终端与所述互联网服务器通信连接，所述智能终端通过所述互联网服务器查看液体流量传感器采集的相关数据信息。
需要说明的是，本发明实施例提供的上述方法，由于与本发明系统实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明系统实施例相同，具体内容可参见本发明系统实施例中的叙述，此处不再赘述。
本发明方法实施例采用包括LoRa节点设备、液体流量传感器、及LoRa网关路由器组成的LoRa无线远程数据采集方法，由LoRa节点设备通过LoRa射频信号将流量传感器采集的数据传输至LoRa网关，并由LoRa网关搭建通讯桥梁通过无线通讯方式与互联网服务器进行互联网数据交互。由于LoRa节点设备的数据传输距离较远且功耗较低，使得传感数据采集网络的组网方式更加分散，覆盖率更广，提高了传感数据传输的稳定性，并且降低了成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集系统，其特征在于，包括：依次通信连接的液体流量传感器、LoRa节点设备、LoRa网关以及互联网服务器，其中：
所述液体流量传感器，用于将采集被测流体的流量数据，并将所述流量数据发送至所述LoRa节点设备；
所述LoRa节点设备，用于将所述流量数据转换为LoRa数据后，将所述LoRa数据发送至所述LoRa网关；
所述LoRa网关，用于接收所述LoRa数据，并将所述LoRa数据转换为流量数据后发送至所述互联网服务器；
所述互联网服务器，用于接收并保存所述流量数据。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液体流量传感器包括依次固定连接的声波发射器、接收转换器、以及信号处理器，其中：
所述声波发射器，用于将电能转换为超声波能量发射到被测流体中；
所述接受转换器，用于接收所述超声波经所述被测流体反射后的反射波，并根据所述反射波计算得出被测流体的流量数据，并将所述流量数据转换为模拟信号；
所述信号处理器，用于将所述模拟信号进行信号放大、积分运算后转换为数字信号，并将所述数字信号传送至所述LoRa节点设备。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述LoRa节点设备包括：第一微处理器、LoRa射频芯片、LoRa收发天线以及串行接口，第一微处理器同时与LoRa射频芯片和串行接口连接，LoRa收发天线与LoRa射频芯片连接，其中：
所述第一微处理器，用于将所述串行接口接收到的数字信号转化为LoRa数据；
所述LoRa射频芯片，用于将所述LoRa数据转换为LoRa射频信号，并通过所述LoRa收发天线将所述LoRa数据以LoRa射频信号的形式发送至所述LoRa网关。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述LoRa网关包括依次固定连接的LoRa信号模块、第二微处理器以及互联网信号模块，其中：
所述LoRa信号模块，用于接收所述LoRa节点设备发送的射频信号，并解析出所述LoRa射频信号中的LoRa数据，将所述LoRa数据发送给第二微处理器；
所述第二微处理器，用于将所述LoRa数据转换为互联网数据；
所述互联网信号模块，用于通过无线通信网络将互联网数据发送至所述互联网服务器。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：与所述互联网服务器通信连接的智能终端，所述智能终端用于通过所述互联网服务器查看液体流量传感器采集的相关数据信息。
6.一种基于LoRa技术的液体流量传感器数据采集方法，其特征在于，包括：
采集被测流体的流量数据，并将所述流量数据发送至LoRa节点设备；
所述LoRa节点设备将所述流量数据转换为LoRa数据后，将所述LoRa数据发送至所述LoRa网关；
所述LoRa网关接收所述LoRa数据，并将所述LoRa数据转换为流量数据后发送至互联网服务器；
所述互联网服务器接收并保存所述流量数据。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采集被测流体的流量数据，并将所述流量数据发送至LoRa节点设备，具体包括：
将电能转换为超声波能量发射到被测流体中；
接收所述超声波经所述被测流体反射后的反射波，并根据所述反射波计算得出被测流体的流量数据，并将所述流量数据转换为模拟信号；
将所述模拟信号进行信号放大、积分运算后转换为数字信号，并将所述数字信号传送至所述LoRa节点设备。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述LoRa节点设备将所述流量数据转换为LoRa数据后，将所述LoRa数据发送至所述LoRa网关，具体包括：
将串行接口接收到的数字信号转化为LoRa数据；
将所述LoRa数据转换为LoRa射频信号，并通过LoRa收发天线将所述LoRa数据以LoRa射频信号的形式发送至LoRa网关。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述LoRa网关接收所述LoRa数据，并将所述LoRa数据转换为流量数据后发送至互联网服务器，具体包括：
接收所述LoRa节点设备发送的射频信号，并解析出所述LoRa射频信号中的LoRa数据，将所述LoRa数据发送给第二微处理器；
所述第二微处理器将所述LoRa数据转换为互联网数据；
通过无线通信网络将互联网数据发送至所述互联网服务器。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：智能终端与所述互联网服务器通信连接，所述智能终端通过所述互联网服务器查看液体流量传感器采集的相关数据信息。
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