CN206097430U - 一种基于Sigfox的燃气计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃气计量装置及监控技术领域，尤其一种基于Sigfox的燃气计量装置及监控系统本实用新型采用Sigfox模块代替传统的普通WIFI模块进行无线数据传输，与传统的WIFI技术相比，Sigfox模块几乎不产生能耗，Sigfox模块的超窄带通信方式仅靠少量网络传送器即可支持数百万设备，而Sigfox通信方式一个基站的覆盖范围即可相当于普通蜂窝网络的50‑100个站点的覆盖，同时，Sigfox接入网络不需要购买网关、不用进行配置、也不需要设备进行配对。设置有Sigfox模块的燃气计量表具会自动接入到专用的数据广播网络上，这无疑大大减少了用户的操作，更是大大降低了燃气公司的组网成本。

Description

一种基于Sigfox的燃气计量装置

技术领域

本实用新型属于燃气计量装置及监控技术领域，尤其涉及一种基于Sigfox燃气计量装置。

背景技术

目前的燃气表计量装置大多采用人工计量方式进行抄表，这种抄表方式需要投入大量的人力物力，从而造成抄表成本居高不下；而随着蜂窝网络技术的发展，基于蜂窝网络的无线抄表技术逐渐发展起来，设置有无线传输模块的燃气表可通过用户家中的路由接入蜂窝网或互联网，进而将燃气计量数据直接传送至燃气公司远程服务器，这大大降低了抄表成本；但是大多数的无线传输模块都具有较短的传输距离（如WIFI 模块、蓝牙模块等），同时一个中继传输节点可同时连接的终端数量有限（如一般的路由最多可连接255个终端），这就造成面对数以万计的家庭用户需要设置非常多的中继传输节点，从而造成组网成本上升的问题。

实用新型内容

为解决目前的燃气计量表具中无线传输模块传输距离过短，需要设置过多中继传输节点的问题，提供一种既可以与传输距离长，耗能低的基于Sigfox网络的燃气计量装置。

为实现以上发明目的，本实用新型提供一种基于Sigfox的燃气计量装置，所述燃气计量装置包括电子计数装置、Sigfox模块Sigfox电源模块和控制器，所述电子计数装置、Sigfox模块同时与所述控制器连接；所述电子计数装置用于将燃气表的计量数据转换为电子数据并传输至所述控制器；所述Sigfox模块用于将所述电子数据通过无线方式传输至远程服务器；Sigfox电源模块用于为Sigfox模块供电，实际应用中，该Sigfox电源模块可以给整个计量装置供电，或者只给Sigfox模块供电，因为Sigfox模块的耗电量极少，当该Sigfox供电模块只给Sigfox模块供电时，可以十年甚至20年不用更换。Sigfox模块是基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术UNB的无线传输网络。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与传统的sub-GHz芯片相比，SIGFOX无线传输方式的最高接收灵敏度改善了20db以上，这确保了网络连接可靠性；它使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK（频移键控）调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关（Concentrator/Gateway）能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量；Sigfox模块高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里（与环境有关）。其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命，一般认为，单独为Sigfox模块供电采用普通AA电池，理论可使用20年以上。

进一步的，所述燃气计量装置还包括：连接至所述控制器的压力传感器、温度传感器、震动传感器、预付费阀控模块、人机交互模块及声光报警模块；

所述压力传感器用于感测燃气压力信息，并将其传输至控制器；

所述温度传感器用于感测温度信息，并将其传输至控制器；

所述震动传感器用于感测燃气表的震动信息，并将其传输至控制器；

所述Sigfox模块还用于将所述燃气压力信息、温度信息、震动信息传输至远程服务器；

所述预付费模块用于接收用户的预付费信息，并根据该预付费信息打开或关闭燃气表阀门；

所述声光报警模块用于在燃气表出现异常时发出声光报警信息；

所述人机交互模块与控制器连接，用于显示用户燃气的使用量。

进一步的，所述Sigfox电源模块为电池；所述电池为普通电池或充电电池。

一些实施例中，所述燃气计量装置中包含无尾充电模块，其用于为充电电池进行无尾充电。

进一步的，所述电子计数装置为光电直读装置或脉冲计数装置。

进一步的，所述脉冲计数装置包括，

转轮，所述转轮由绝缘材料制成齿轮状，且所述转轮包含至少一个轮齿，所述轮齿表面设置有金属钣金件；

电感线圈，所述电感线圈与所述转轮侧面平行设置且与所述轮齿对应，或，所述电感线圈设置在所述转轮圆周面的外侧；

电感至数字转换器，与所述电感线圈连接。

即，实际上所述金属钣金件与电感线圈构成一非接触型电感传感器，每当表面设置有金属钣金件的轮齿转到靠近所述电感线圈时，所述电感线圈电感发生变化，此时，电感至数字转换器会检测到电感的变化并产生电流脉冲，而轮齿远离所述电感线圈后，所述电感线圈中电感稳定没有变化，则所述电感至数字转换器也不会产生电流脉冲。

优选的，所述电感至数字转换器为LDC1000。

一些实施例中，所述转轮圆周上的轮齿为一个，所述轮齿占转轮圆周的弧度为15度～90度；此时，当转轮圆周的轮齿靠近所述电感线圈时，电感至数字转换器感测到电感的持续变化而持续产生电流脉冲，但是由于轮齿仅为一个，因此转轮每旋转一周，所述电感至数字转换器仅产生一次电流脉冲。

另外一些实施例中，所述转轮圆周上的轮齿为十个，所述十个轮齿为均匀分布，且每个所述轮齿占转轮圆周的弧度为大于0度，小于或等于10度。此时，每当有轮齿靠近所述电感线圈，则所述电感至数字转换器产生一次电流脉冲，因此转轮每旋转一周，所述电感至数字转换器可产生10次脉冲，由此对应10位读数。当转轮上的轮齿数量为10个时，每个轮齿如果占转轮圆周弧度过大，容易造成不同轮齿之间产生的电感电流脉冲互相干扰，因此，在优选方案中，当轮齿数量为10时，每个轮齿的弧度设置为10度以下，以避免相邻轮齿之间的干扰。

进一步的，所述Sigfox模块包括芯片RC1682。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用Sigfox模块代替传统的普通WIFI模块进行无线数据传输，与传统的WIFI技术相比，Sigfox模块几乎不产生能耗，Sigfox模块的超窄带通信方式仅靠少量网络传送器即可支持数百万设备，而Sigfox通信方式一个基站的覆盖范围即可相当于普通蜂窝网络的50-100个站点的覆盖，同时，Sigfox接入网络不需要购买网关、不用进行配置、也不需要设备进行配对。设置有Sigfox模块的燃气计量表具会自动接入到专用的数据广播网络上，这无疑大大减少了用户的操作，更是大大降低了燃气公司的组网成本。另外，现有的Sigfox模块发送功率仅为蜂窝网络的1/50之一，耗能极小。

同时，在一些实施例中，本实用新型提供的计量表具采用基于压电的脉冲电子计数装置；通过设置压电模块及在转轮圆周上设置轮齿，让轮齿与压电模块挤压产生电流脉冲实现计数，整个计量装置中不涉及任何磁体，同时，转轮及压电模块本身不需供电，在节能的同时极大的提高了装置的抗干扰能力。

另外，鉴于目前物联网发展趋势，在燃气计量领域，不管采用何种通信方式将燃气计量表具的计量信息发送至远程服务端均有实际应用意义，而不管是NB-lOT无线通信方式、LoRa通信方式、Sub 1G通信方式还是蓝牙4.2通信方式，都具有其独特应用优点，在实际产品应用中，采用不同通信方式的燃气表计量产品会随着相应通信技术技术本身的发展以及与各通信技术对应的芯片产品的发展(如成本，技术成熟度)而拥有不同的市场前景，因此不应简单的将NB-lOT无线通信方式、LoRa通信方式、Sub 1G通信方式还是蓝牙4.2通信方式上位为无线通信技术而认为其是无线通信领域惯用手段的直接置换，而应充分认识到各种无线通信技术由于各自原理的不同、特点不同（如入网节点数量、耗能情况、传输距离、技术成熟度）给燃气计量表具带来的收益并不相同。Sigfox双向网络基于实现器件互连的超窄频带 (UNB) 无线电技术，这项技术是以极低能耗和无与伦比的频谱效率提供可扩展、高容量网络的关键，也是每天需要处理数十亿信息网络的基本保障。

附图说明

图1是一种基于SIGFOX的燃气计量装置结构框图。

图2是本实用新型中电子计数装置的一个具体实施例的结构示意图。

图3是本实用新型中电子计数装置的另一个具体实施例的结构示意图。

图4是本实用新型中电子计数装置的又一个具体实施例的结构示意图。

图5是本实用新型中电子计数装置的再一个具体实施例的结构示意图。

附图标记：1-电子计数装置，11-转轮，111-轮齿，12-电感线圈，13-电感至数字转换器；2-控制器，3-声光报警模块，4-预付费模块，5-SIGFOX模块，51-天线，52-SIGFOX射频芯片，6-人机交互模块，7-温度传感器，8-压力传感器，9-震动传感器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为实现以上发明目的，如图1所示，为实现以上发明目的，本实用新型提供一种基于Sigfox的燃气计量装置，所述燃气计量装置包括电子计数装置1、Sigfox模块5、Sigfox电源模块和控制器2，所述电子计数装置1、Sigfox模块5同时与所述控制器2连接；所述电子计数装置1用于将燃气表的计量数据转换为电子数据并传输至所述控制器2；所述Sigfox模块5用于将所述电子数据通过无线方式传输至远程服务器；Sigfox电源模块用于为Sigfox模块5供电。Sigfox模块5是基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（Long Range，简称Sigfox）的芯片。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与传统的sub-GHz芯片相比，Sigfox无线传输方式的最高接收灵敏度改善了20db以上，这确保了网络连接可靠性；它使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK（频移键控）调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关（Concentrator/Gateway）能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量；SIGFOX模块5高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里（与环境有关）。其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命，一般认为，单独为Sigfox模块5供电采用普通AA电池，理论可使用20年以上。

所述燃气计量装置还包括：连接至所述控制器2的压力传感器8、温度传感器7、震动传感器9、预付费阀控模块、人机交互模块6及声光报警模块3；

所述压力传感器8用于感测燃气压力信息，并将其传输至控制器2；

所述温度传感器7用于感测温度信息，并将其传输至控制器2；

所述震动传感器9用于感测燃气表的震动信息，并将其传输至控制器2；

所述Sigfox模块5还用于将所述燃气压力信息、温度信息、震动信息传输至远程服务器；

所述预付费模块4用于接收用户的预付费信息，并根据该预付费信息打开或关闭燃气表阀门；

所述声光报警模块3用于在燃气表出现异常时发出声光报警信息；

所述人机交互模块6与控制器2连接，用于显示用户燃气的使用量。

所述SIGFOX电源模块为电池；所述电池为普通电池或充电电池。

具体的， Sigfox模块可以采用RC1682，也可以采用TI的CC1120 Sub-1 GHz RF收发器。

一些实施例中，所述燃气计量装置中包含无尾充电模块，其用于为充电电池进行无尾充电。

如图2、图3、图4、图5所示，所述脉冲计数装置包括，

转轮11，所述转轮11由绝缘材料制成齿轮状，且所述转轮11包含至少一个轮齿111，所述轮齿111表面设置有金属钣金件；

电感线圈12，所述电感线圈12与所述转轮11侧面平行设置且与所述轮齿111对应，或，所述电感线圈12设置在所述转轮11圆周面的外侧；

电感至数字转换器13，与所述电感线圈12连接。

即，实际上轮齿表面的金属钣金件与电感线圈12构成一非接触型电感传感器，每当表面设置有金属钣金件的轮齿111转到靠近所述电感线圈12时，所述电感线圈12电感发生变化，此时，电感至数字转换器13会检测到电感的变化并产生电流脉冲，而轮齿111远离所述电感线圈12后，所述电感线圈12中电感稳定没有变化，则所述电感至数字转换器13也不会产生电流脉冲。

本实施例中，所述电感至数字转换器13为LDC1000。

一些实施例中，所述转轮11圆周上的轮齿111为一个，所述轮齿111占转轮11圆周的弧度为10度-90度，此时，当转轮11圆周上的轮齿111靠近所述电感线圈时，电感至数字转换器13感测到电感的持续变化而持续产生电流脉冲，但是由于轮齿111仅为一个，因此转轮11每旋转一周，所述电感至数字转换器13仅产生一次电流脉冲。

本实施例中，图2、图4中所述轮齿111占转轮11圆周的弧度为25度；图2给出电感线圈12位于转轮11圆周面外侧的情况，图4给出为所述电感线圈12位于转轮11侧面与轮齿对应位置时的情况。

另外一些实施例1中，所述电感线圈有两个，两个电感线圈12相对于转轮11的转轴非对称的设置，本实施例可通过判断两个电感线圈12电感变化的先后顺序判断转轮11的选择方向。

如图3、图5给出了所述转轮11圆周上的轮齿111为十个的实施例，所述十个轮齿111大小相同且为均匀分布在转轮圆周上，每个所述轮齿111占转轮11圆周的弧度为大于0度，小于或等于10度，此时，每当有轮齿111靠近所述电感线圈12时，所述电感线圈12中电感发生变化，则所述电感至数字转换器13产生一次电流脉冲，因此转轮11每旋转一周，所述电感至数字转换器13可产生10次脉冲，由此对应10位读数，如图3、图5中每个轮齿111占转轮圆周的弧度为10度，图3为电感线圈12位于转轮11圆周面外侧的情况，图5为所述电感线圈12位于转轮11侧面与轮齿111对应位置时的情况。

应注意的是，本实用新型虽然没有公开各个模块之间的实际连接方式，但是本领域技术人员在见到各个模块实现的功能（如声光报警模块3、各个传感器模块），可有多种方式实现各个模块，并结合实际可采用的器件、芯片型号、芯片类型，可以明确知晓并实现各个模块之间如何连接。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于Sigfox的燃气计量装置，其特征在于，所述燃气计量装置包括电子计数装置、Sigfox模块、Sigfox电源模块和控制器，所述电子计数装置、Sigfox模块同时与所述控制器连接；所述电子计数装置用于将燃气表的计量数据转换为电子数据并传输至所述控制器；所述Sigfox模块用于将所述电子数据通过无线方式传输至远程服务器；Sigfox电源模块用于为Sigfox模块供电；

所述Sigfox电源模块为充电电池；所述燃气计量装置中包含无尾充电模块，其用于为充电电池进行无尾充电。

2.如权利要求1所述的燃气计量装置，其特征在于，所述燃气计量装置还包括：连接至所述控制器的压力传感器、温度传感器、震动传感器、预付费阀控模块、人机交互模块及声光报警模块；

所述压力传感器用于感测燃气压力信息，并将其传输至控制器；

所述温度传感器用于感测温度信息，并将其传输至控制器；

所述震动传感器用于感测燃气表的震动信息，并将其传输至控制器；

所述Sigfox模块还用于将所述燃气压力信息、温度信息、震动信息传输至远程服务器；

所述预付费模块用于接收用户的预付费信息，并根据该预付费信息打开或关闭燃气表阀门；

所述声光报警模块用于在燃气表出现异常时发出声光报警信息；

所述人机交互模块与控制器连接，用于显示用户燃气的使用量。

3.如权利要求1所述的燃气计量装置，其特征在于，所述电子计数装置为光电直读装置或脉冲计数装置。

4.如权利要求3所述的燃气计量装置，其特征在于，所述脉冲计数装置包括，

转轮，所述转轮由绝缘材料制成齿轮状，且所述转轮包含至少一个轮齿，所述轮齿表面设置有金属钣金件；

电感线圈，所述电感线圈与所述转轮侧面平行设置且与所述轮齿对应，或，所述电感线圈设置在所述转轮圆周面的外侧；

电感至数字转换器，与所述电感线圈连接。

5.根据权利要求4所述的燃气计量装置，其特征在于，所述电感至数字转换器为LDC1000。

6.根据权利要求4所述的燃气计量装置，其特征在于，所述转轮圆周上的轮齿为一个，所述轮齿占转轮圆周的弧度为15度～90度；或，

所述转轮圆周上的轮齿为十个，所述十个轮齿为均匀分布，且每个所述轮齿占转轮圆周的弧度为大于0度，小于或等于10度。

7.如权利要求1所述的燃气计量装置，其特征在于，所述Sigfox模块包括芯片RC1682。