CN205642397U - 基于Lora技术的分离式结构无线变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于Lora技术的分离式结构无线变送器，包括Lora无线适配器，变送器本体，以及连接构件。为了解决一体式无线变送器的开发成本和维护成本高的问题，本实用新型的分离式结构无线变送器采用了变送器本体和Lora无线适配器可灵活组合和拆卸的分离式结构。本实用新型的变送器本体的电路板和Lora无线适配器的电路板完全分开，并且变送器本体的电路板安装在变送器本体的容腔里，Lora无线适配器的电路板安装在天线形状的Lora适配器的容腔里，其两个容腔通过拧螺丝的结构灵活组合和拆卸。Lora无线适配器设计成直角天线形状，容腔顶部的天线部分设计为可拆卸的结构，实现了根据通信距离的不同更换天线的特点。同时为了解决目前的无线变送器传输距离短，穿透能力和抗干扰能力差的问题，本实用新型采用了Lora无线的扩频技术，大大提高了无线变送器的传输距离和穿透能力，以及抗干扰能力。

Description

基于Lora技术的分离式结构无线变送器

技术领域

本实用新型主要涉及工控仪表以及变送器领域，特别涉及变送器本体和无线适配器可组合，可拆卸的分离式结构无线变送器。

背景技术

变送器是工业自动化控制领域采集信号源的重要设备之一。近年来随着智能制造的需求变送器在石油，化工，水利，农业，污染排放和环境监测等领域广泛应用，特别是在工业自动化领域起到了举足轻重的作用。

变送器是把传感器的模拟输出信号转换为可被控制器识别的信号的一种转换器。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。用在工控仪表上面的变送器的种类很多，主要有温度变送器、压力变送器、流量变送器、电流变送器、电压变送器等等。

当前，大部分变送器的信号传输方式是有线传输方式。其有线传输方式分为CAN总线，485总线，以及两线制的4-20mA模拟量传输方式。

传统的有线变送器连接至控制室需要很长距离，因此有线变送器要求铺设管道线路，施工成本高，且维护费用多，施工和维护的时间周期长，并且一旦发生故障对管道线路的故障难以判断甄别。

目前的有线变送器存在着以下几点问题或缺陷：

(1)施工成本较高，周期较长。在工业现场一般监测点分散，被铁路、河流、建筑物分割。如果铺设有线网络，需要铺设大量的有线管道，施工成本占据整体监测系统成本的很大部分。

(2)缺乏安装灵活性和设备移动性。在工业现场有线变送器的位置以及建筑物的格局发生变化时，有线变送器缺乏设备移动性和安装灵活性。另外在工业危险区域内有线变送器的传输线路短路时产生火花，对工业生产带来安全隐患。

(3)有线变送器的维护成本高。有线变送器的传输线破裂或被断时，很难判断故障位置，甚至需要重新铺设管线。

因此近年来无线变送器在石油管道的远程监测等大型范围的广域监测领域备受注目。

本实用新型的主要目的之一是，解决上述的有线变送器存在的问题和缺陷，并且提供后面将说明的长距离，低功耗的无线变送器的创新点。

目前比较熟悉的通信技术包括WIFI，ZigBee，433Mhz，WirelessHART等短距离无线通信技术和3G，GPRS等移动通信技术也开始在无线变送器的设计当中采用。目前无线变送器采用的方法是上述无线技术的通信模块和变送器本体都安装在变送器容腔内的一体式无线变送器。

然而，目前的采用上述传统无线技术的一体式无线变送器仍然没有解决 以下的几个主要问题或缺陷：

(1)传输距离短，功耗较高。目前的WIFI，ZigBee的传输距离短，远不能满足工业用变送器数据传输的需求，大部分传输距离小于1000m以内。此外WIFI，ZigBee必须时刻都处于监听状态，所以无线模块的功耗较高，对于电池供电的变送器不利于长期可靠运行。

(2)抗干扰能力和穿透能力差。目前采用上述无线技术的无线变送器的穿透能力和抗干扰能力差，无法连接大量的无线变送器。包括Wireless HART协议在内的传统无线变送器都构筑在IEEE802.15.4的2.4GHz宽带无线频段上，其特点是速率高，但非常明显的弱点是穿透能力差，很难适应信号干扰强烈的工业现场和长距离的广域网监测环境。

(3)一体式无线变送器的开发成本高，不便于普及和推广。一体式无线变送器需要根据不同变送器的变量及连接方式需要二次开发不同的变送器电路板，对于变送器企业来说开发成本较高。另外，大部分一体式变送器需要把中央控制室的接收侧也全部换成数字信号的系统，其对传统行业的改造成本高，不便于推广。

(4)一体式无线变送器发生故障时，维护成本高。一体式无线变送器发生故障时很难判断故障的原因在变送器本体还是无线模块上。即使变送器本体没有问题，但如果无线模块出现故障，仍然需要更换整个无线变送器，因此一体式无线变送器的维护成本高，重复利用率非常低。

实用新型内容

本实用新型的目的之一是解决上述有线变送器存在的问题以及缺陷。

本实用新型的目的之一是解决上述一体式无线变送器存在的问题和缺陷。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型的分离式结构无线变送器采用了变送器本体和Lora无线适配器可灵活组合和拆卸的分离式结构。

变送器本体的容腔里包括传感器模块和中央处理器模块，以及电源模块。Lora适配器容腔里包括Lora无线模块，中央处理器，ADC模块和RS485模块。

本实用新型的变送器本体的电路板和Lora适配器的电路板完全分开，并且变送器本体的电路板安装在变送器本体的容腔里，Lora适配器的电路板安装在天线形状的Lora适配器的容腔里，其两个容腔通过拧螺丝的结构可以灵活组合和拆卸。

Lora无线适配器设计成直角天线形状。安装Lora适配器电路板的天线状容腔采用了防暴设计，同时容腔顶部的天线部分设计为可拆卸的结构，实现了根据通信距离的不同更换天线的特点。

变送器本体的电路板和Lora无线适配器电路板之间通过4-20mA的两线制或RS485通信。

Lora无线适配器为了满足低功耗、远距离、大量连接无线变送器的需求，采用了Semtech的SX1278Lora芯片。

本实用新型采用了Lora无线的扩频技术，大大提高了无线变送器的传输距离以及穿透性和抗干扰能力。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的分离式结构无线变送器采用了分离式结构，大大提高了无线变送器的重复利用率和安装灵活性，以及设备移动性。

本实用新型提高了开发无线变送器的速度和设备组合的灵活性，并且减少了开发成本和推广成本。

本实用新型的分离式结构无线变送器采用了Lora的无线扩频技术，实现了在可视范围内8km的传输距离，并且在建筑物和设备管道林立的工业环境内实现了5km的传输距离，大大提高了无线变送器的传输距离。

本实用新型的分离式结构无线变送器通过Lora的无线扩频技术，在地下热力管道等障碍物密集的环境下，实现了强力的穿透性和抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图

图2为本实用新型的变送器本体和Lora无线适配器的分离式结构图

图3为本实用新型的Lora无线适配器容腔的结构图

图4为本实用新型的Lora无线适配器和变送器的接线图(4-20mA)

图5为本实用新型的Lora无线适配器和变送器的接线图(RS485)

图6为本实用新型的变送器本体部分的原理框图

图7为本实用新型的Lora无线适配器部分的原理框图

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术实施方式详细进行阐述。

如附图1所示，本实用新型的分离式结构无线变送器，包括Lora无线适配器101，变送器本体102，以及连接构件103。

附图1的变送器本体102里安装了如附图6所示的变送器本体电路板。

附图1的无线Lora适配器101里安装了如附图7所示的无线Lora适配器电路板。并且其两个电路板之间是通过两根4-20mA的模拟信号线或RS485线来进行连接，最终用连接构件103的螺纹进行固定。连接构件103里设有密封圈，因此保证了能满足工业需求的密封性。

如附图2所示，本实用新型的分离式结构无线变送器的变送器本体202和Lora无线适配器201是通过连接螺纹203灵活拆卸，达到了减少维护成本和维护周期的目的。变送器本体202和Lora无线适配器201结合时，Lora无线适配器201里的两根4-20mA的线或RS485的四根线穿过Lora适配器的直角容腔连接到变送器本体202的接线板，之后将用连接螺纹203拧紧，最终达到了连接线封闭在变送器容腔内的目的。

如附图3所示，Lora无线适配器包括直角连接构件301，安装Lora无线 适配器电路板的容腔302，以及更换天线的螺纹盖303。安装Lora无线适配器电路板的容腔302采用了不锈钢材料，天线的螺纹盖303采用了ABS材料。天线螺纹盖303设计成可拆卸的结构，达到了更换天线的目的。

如附图4所示，变送器本体和Lora无线适配器之间通过4-20mA的模拟信号线进行连接。变送器本体和Lora无线模块之间只需要连接两个线，其两个线是给变送器本体供电和传输4-20mA模拟信号并用。外部5-24V电源先连接到无线变送器的本体之后两根连接线穿过Lora适配器的直角容腔连接到Lora无线适配器，最终达到了连接线封闭在变送器容腔内的目的。

如附图5所示，变送器本体和Lora无线适配器之间需要连接四根线，即两根电源线和两根信号线。外部5-24V电源线先连接到无线变送器的本体之后四根连接线穿过Lora适配器的直角容腔连接到Lora适配器，最终达到了连接线封闭在变送器容腔内的目的。

如附图6所示，变送器本体包括传感器模块和中央处理器模块，以及电源模块，实时时钟模块。

如附图7所示，Lora无线适配器包括Lora无线模块，中央处理器，ADC模块和RS485模块。中央处理器采用了低功耗的EFM32LG230芯片，Lora无线模块采用了Semtech的SX1278Lora芯片。

Claims (3)

1.一种基于Lora技术的分离式结构无线变送器，其特征在于，包括Lora无线适配器，变送器本体，以及连接构件；变送器本体的容腔里包括传感器模块和中央处理器模块，以及电源模块；Lora无线适配器容腔里包括Lora无线模块，中央处理器，ADC模块和RS485模块。

2.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于，本实用新型的分离式结构无线变送器采用了变送器本体和Lora无线适配器可灵活组合和拆卸的分离式结构；本实用新型的变送器本体的电路板和Lora无线适配器的电路板完全分开，并且变送器本体的电路板安装在变送器本体的容腔里，Lora无线适配器的电路板安装在天线形状的Lora适配器的容腔里，其两个容腔通过拧螺丝的结构灵活组合和拆卸。

3.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于，Lora无线适配器设计成直角天线形状；安装Lora适配器电路板的天线状容腔采用了防暴设计，同时容腔顶部的天线部分设计为可拆卸的结构，实现了根据通信距离的不同更换天线的特点。