CN206133908U - 一种适用于地下仪表无线信号传输的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，涉及无线数据采集技术领域。包括数据处理服务器、若干个数据采集器、若干个中继器和若干个计量仪表，每个数据采集器采集用于采集相对应的计量仪表数据，并将采集的数据通过信号最强的中继器与所述数据处理服务器无线通信交互连接；所述数据采集器包括MBUS采集模块、数据采集单元、LORA无线电模块、电源模块和微处理器。该装置具有读数准确、功耗低、穿透及抗干扰能力强、发射距离远、自动组网等优点。

Description

一种适用于地下仪表无线信号传输的装置

技术领域

本实用新型涉及无线数据采集技术领域，尤其涉及一种适用于地下仪表无线信号传输的装置。

背景技术

目前国内地下管廊监测仪表(包括水表、燃气表、热能表、压力表等)由于不易于供电、工作环境恶劣，多采用机械表、人工巡检的模式，存在不能联网监控、反应速度慢、人工巡查成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，该装置具有读数准确、功耗低、穿透及抗干扰能力强、发射距离远、自动组网等优点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，包括数据处理服务器、若干个数据采集器、若干个中继器和若干个计量仪表，每个数据采集器采集用于采集相对应的计量仪表数据，并将采集的数据通过信号最强的中继器与所述数据处理服务器无线通信交互连接；所述数据采集器包括MBUS采集模块、数据采集单元、LORA无线电模块、电源模块和微处理器，所述微处理器分别与MBUS采集模块、数据采集单元、LORA无线电模块相连，所述MBUS采集模块为MBUS信号调制解调电路，包括光耦隔离电路，光耦隔离电路输出端依次与电平转换电路、推挽功率放大电路、滤波输出电路相连，升压电路的输出端与电平转换电路相连，光耦隔离电路输入端依次与信号解调电路、电流采样电路、输入保护电路相连，所述滤波输出电路及输入保护电路均通过MBUS总线与数据采集单元通信；所述LORA无线电模块包括LORA无线电芯片和射频开关芯片，该LORA无线电芯片通过外围电路与射频开关芯片相连接，该射频开关芯片与射频天线相连接，可实现微处理器对实现对LORA无线电模块工作模式的控制和无线电数据的接收与发射功能。

进一步优化的技术方案为当数据处理服务器向数据采集器发出数据采集信号指令时，数据采集器的微处理器向数据采集单元发送指令信号，信号经过光耦隔离电路进入电平转化电路，电平转化电路在独立升压电路作用下实现总线36V电平的转换，电平转化电路的输出信号经过推挽功率放大电路进行放大，放大后的信号再经过滤波输出电路进行滤波，经过放大滤波后信号进入MBUS总线发送给数据采集单元。

进一步优化的技术方案为所述数据采集器还包括时钟控制模块，所述时钟控制模块与微处理器连接，用于周期性控制电源模块的供电。

进一步优化的技术方案为所述计量仪表为电表、水表、气燃表、压力表或热能表。

进一步优化的技术方案为所述微处理器采用型号为PIC16F690的单片机，所述LORA无线电芯片采用SX1278无线电芯片，所述射频开关芯片采用PE2459射频开关芯片。

进一步优化的技术方案为所述电源模块采用锂电池。

进一步优化的技术方案为所述LORA无线电模块采用自组网方式构建无线Mesh网络，通过CSMA/CA协议和AODV路由算法与其他LORA无线电模块进行可靠的数据通信。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型的数据处理服务器发出数据采集指令后，经中继器被数据采集器的天线接收或直接被数据采集器的天线接收；数据采集器的微处理器通过串口与LORA终端设备连接，实现对LORA无线电模块工作模式的控制和无线电数据的接收与发射功能，通过对超低功耗微处理器软件编程实现网络自动组网，即采用自组网方式构建无线Mesh网络，通过CSMA/CA协议和AODV路由算法与其他LORA无线电模块进行可靠的数据通信；传输数据时通过比较每个路径经过的中继器数量,筛选出中继器数量最少的那条路径作为最佳路径并保存在微处理器内部FLASH,下次再传输数据时直接先用之前的最佳路径.当原有传输路径传输失败时重新选择其它路径,并筛选出中继数量最少的那条最佳路径；信号最强中继器的选择是通过每个中继器的RSSI值来判断无线信号的强度，并将其进行从强到弱进行排序，在数据传输时选择信号最强的中继进行数据传输，也就是选择最优路径进行传输；同时本实用新型通过始终控制模块的设置，将电源的供电模式设置成周期性唤醒模式，实现低功耗工作模式，采用1.5S休眠,2.1mS工作,1.5S休眠,2.1mS如此周期性唤醒,使得平均工作电流为21uA，延长锂电池的使用时间；MBUS采集模块的设置可使数据采集器在3.3V的工作电压下与MBUS仪表可靠的通讯，通过MBUS转换电路将3.3V的低压转换为MBUS电路需要的36V高压，保证总线能够驱动足够多的仪表。

附图说明

图1是本实用新型结构框图；

图2是本实用新型数据采集器的结构框图；

图3是本实用新型MBUS信号调制解调电路示意图；

图4是本实用新型的LORA无线电模块的电路图；

图5是本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2和图3所示，本实用新型公开了一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，包括数据处理服务器、若干个数据采集器、若干个中继器和若干个计量仪表，每个数据采集器采集用于采集相对应的计量仪表数据，并将采集的数据通过信号最强的中继器与所述数据处理服务器无线通信交互连接；所述数据采集器包括MBUS采集模块、数据采集单元、LORA无线电模块、电源模块和微处理器，所述微处理器分别与MBUS采集模块、数据采集单元、LORA无线电模块相连，所述MBUS采集模块为MBUS信号调制解调电路，包括光耦隔离电路，光耦隔离电路输出端依次与电平转换电路、推挽功率放大电路、滤波输出电路相连，升压电路的输出端与电平转换电路相连，光耦隔离电路输入端依次与信号解调电路、电流采样电路、输入保护电路相连，所述滤波输出电路及输入保护电路均通过MBUS总线与数据采集单元通信；所述LORA无线电模块包括LORA无线电芯片和射频开关芯片，该LORA无线电芯片通过外围电路与射频开关芯片相连接，该射频开关芯片与射频天线相连接，可实现微处理器对实现对LORA无线电模块工作模式的控制和无线电数据的接收与发射功能。当数据处理服务器向数据采集器发出数据采集信号指令时，数据采集器的微处理器向数据采集单元发送指令信号，信号经过光耦隔离电路进入电平转化电路，电平转化电路在独立升压电路作用下实现总线36V电平的转换，电平转化电路的输出信号经过推挽功率放大电路进行放大，放大后的信号再经过滤波输出电路进行滤波，经过放大滤波后信号进入MBUS总线发送给数据采集单元。所述数据采集器还包括时钟控制模块，所述时钟控制模块与微处理器连接，用于周期性控制电源模块的供电，采用1.5S休眠,2.1mS工作,1.5S休眠,2.1mS工作的周期性唤醒模式,使得平均工作电流为21uA，延长锂电池的使用时间。

进一步优化的实施例为所述计量仪表为电表、水表、气燃表、压力表或热能表。

如图4所示，进一步优化的实施例为所述微处理器采用型号为PIC16F690的单片机，所述LORA无线电芯片采用SX1278无线电芯片，所述射频开关芯片采用PE2459射频开关芯片；SX1278的第1，27，28脚与PE2459射频开关芯片相连接，以此接收无线信号；SX1278的第16，17，18，19脚与PIC16F690连接，彼此之间通过SPI通讯协议进行数据的传输。

天线将无线电信号经过SX1278无线电模块处理后，转化为超低功耗处理器PIC16F690可以识别的TTL信号，PIC16F690对信号进行解析，与自身地址进行比对，如果与自身地址不一致，则不作处理。当判断到与自身地址一致时，将抄表命令发送到超低压MBUS采集模块，超低压MBUS采集模块将信号进行转换为待监测仪表可以识别的MBUS信号后发送给待监测仪表(电表、水表、气燃表、压力表或热能表的一种仪表)，完成发送指令的过程。当待监测仪表收到抄表指令后，作出回应，将自己监测到的数据回应给超低压MBUS采集模块，超低压MBUS采集模块将信号转换成PIC16F690可以识别的TTL信号传送给PIC16F690，PIC16F690识别后再经过SX1278无线电模块和天线最终传送到数据处理服务器，从而完成接收过程；发送过程和接收过程组成一个完整的数据采集过程。

进一步优化的实施例为所述电源模块采用锂电池，其该锂电池为节19AH的锂电池可保证5年以上寿命。

进一步优化的实施例为所述LORA无线电模块采用自组网方式构建无线Mesh网络，通过CSMA/CA协议和AODV路由算法与其他LORA无线电模块进行可靠的数据通信；每个LORA无线电模块可与多个LORA无线电模块进行数据的交换；各模块之间采用自组网方式构建无线Mesh网络，通过CSMA/CA协议和AODV路由算法与其他系统LORA无线电通信模块进行可靠的数据通信。

图5展示了PIC16F690的工作流程，整个采集过程都基于该工作流程来完成最终的数据采集及网络的自组网。

本实用新型主要技术特点如下：

1、具备极强无线穿透能力，无惧竖井深埋、井盖屏蔽等各种极端环境挑战；

2、周期唤醒工作模式、极低功耗设计，内置19AH锂电池可保证五年以上寿命；

3、采用健壮的Mesh网络及自组网技术方案，无需人工干预，增减表计无线网络自动重新优化；

4、外壳防护等级IP66，无惧各种高温高湿等恶劣环境影响；

5、满足国家信息产业部免费无线频段要求。

Claims (7)

1.一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，其特征在于：包括数据处理服务器、若干个数据采集器、若干个中继器和若干个计量仪表，每个数据采集器采集用于采集相对应的计量仪表数据，并将采集的数据通过信号最强的中继器与所述数据处理服务器无线通信交互连接；所述数据采集器包括MBUS采集模块、数据采集单元、LORA无线电模块、电源模块和微处理器，所述微处理器分别与MBUS采集模块、数据采集单元、LORA无线电模块相连，所述MBUS采集模块为MBUS信号调制解调电路，包括光耦隔离电路，光耦隔离电路输出端依次与电平转换电路、推挽功率放大电路、滤波输出电路相连，升压电路的输出端与电平转换电路相连，光耦隔离电路输入端依次与信号解调电路、电流采样电路、输入保护电路相连，所述滤波输出电路及输入保护电路均通过MBUS总线与数据采集单元通信；所述LORA无线电模块包括LORA无线电芯片和射频开关芯片，该LORA无线电芯片通过外围电路与射频开关芯片相连接，该射频开关芯片与射频天线相连接，可实现微处理器对实现对LORA无线电模块工作模式的控制和无线电数据的接收与发射功能。

2.根据权利要求1所述的一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，其特征在于：当数据处理服务器向数据采集器发出数据采集信号指令时，数据采集器的微处理器向数据采集单元发送指令信号，信号经过光耦隔离电路进入电平转化电路，电平转化电路在独立升压电路作用下实现总线36V电平的转换，电平转化电路的输出信号经过推挽功率放大电路进行放大，放大后的信号再经过滤波输出电路进行滤波，经过放大滤波后信号进入MBUS总线发送给数据采集单元。

3.根据权利要求1所述的一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，其特征在于：所述数据采集器还包括时钟控制模块，所述时钟控制模块与微处理器连接，用于周期性控制电源模块的供电。

4.根据权利要求1所述的一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，其特征在于：所述计量仪表为电表、水表、气燃表、压力表或热能表。

5.根据权利要求1所述的一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，其特征在于：所述微处理器采用型号为PIC16F690的单片机，所述LORA无线电芯片采用SX1278无线电芯片，所述射频开关芯片采用PE2459射频开关芯片。

6.根据权利要求1所述的一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，其特征在于：所述电源模块采用锂电池。

7.根据权利要求1所述的一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，其特征在于：所述LORA无线电模块采用自组网方式构建无线Mesh网络，通过CSMA/CA协议和AODV路由算法与其他LORA无线电模块进行可靠的数据通信。