CN206698254U - 一种基于LoRa技术的智能沼气监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的基于LoRa技术的智能沼气监测系统，包括智能终端、中继器、汇聚网关、应用管理服务器以及PC客户端和/或手机APP终端，智能终端采集沼气表的各项数据；中继器完成智能终端数据转发至汇聚网关，汇聚网关负责收发智能终端的数据，并通过GPRS网络将数据上传到沼气管理部门。本实用新型的沼气监测系统，用于通过内置的LoRa通信模块进行通信，使得通信具有距离更长、功耗更低的优点，解决了沼气使用环境恶劣、移动网络信号差、有线铺设复杂、用户管理分散的情况下，沼气用户的使用数据不易采集和使用状态不易控制的问题，具有通信距离长、功耗低、数据采集准确及时、有益效果显著和适于应用推广的优点。

Description

一种基于LoRa技术的智能沼气监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能沼气监测系统，更具体的说，尤其涉及一种基于LoRa技术解决了通信距离长和功耗低不兼容问题的智能沼气监测系统。

背景技术

人们对生活品质追求的提高，对居住环境也有了更高的要求。在很多城镇，建立以新农村沼气利用、沼液沼渣综合利用为核心的区域生态循环农业示范基地，解决区域内有机废弃物污染问题。随着人们对农业废弃物资源化利用的关注度增高，新农村沼气利用技术及装置迅速发展，在“以工哺农”时代具有广阔的应用前景，它改变人们传统的生活方式，为大众带来了清洁、高效的新原料。但沼气仪表的增多，也出现了人工抄表、数据的实时性差、通信电缆铺设复杂、沼气管理不系统等问题。面向物与物相联的WiFi、蓝牙、ZigBee网络在解决这类问题中发挥了很大的作用，但从无线应用开发和工程运维人员角度来看，这些通信存在更长的距离和更低的功耗两者之间不兼容的问题。LoRa作为一种新型长距离无线通信技术，解决了传统无线传感网络传输距离远与低功耗不能兼得的问题，其接收灵敏度达到了惊人的-148dbm，其功耗极低且不需要使用昂贵的温补晶振，它利用先进的扩频调制技术和编解码方案，增加链路预算和抗干扰性能。以LoRa为代表的低功耗、远距离网络技术的出现，满足沼气使用和管理中的各项要求，能够为使人们生活方式更环保、安全、方便、高效、舒适。

实用新型内容

本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于LoRa技术的智能沼气监测系统。

本实用新型的基于LoRa技术的智能沼气监测系统，包括智能终端、中继器、汇聚网关、应用管理服务器以及PC客户端和/或手机APP终端，智能终端为安装于村镇或城市用户中的沼气监测仪表，中继器用于实现智能终端与汇聚网关之间传输数据的转发；其特征在于：所述汇聚网关经GPRS网络与应用管理服务器相通信，以实现数据的无线传输；所述PC客户端和手机APP终端与应用服务器相通信，以获取和查询用户的沼气使用信息以及对用户使用沼气进行管理；

所述智能终端由第一微控制器及与其相连接的UART通信模块、阀门、LoRa通信模块和流量传感器组成，第一微控制器通过流量传感器对用户的用气量进行采集，通过阀门对用户沼气管路的通断状态进行控制，通过LoRa通信模块与中继器或汇聚网关进行数据传输；LoRa通信模块连接有接收电路和发送电路，接收电路和发送电路经模拟开关与天线相连接，通过模拟开关的转换实现数据的接收和发送。

本实用新型的基于LoRa技术的智能沼气监测系统，所述汇聚网关由第二微控制器及与其相连接的JTAG接口模块、RS232接口模块、电源模块、USB接口模块、GPRS通信模块和LoRa通信模块组成，第二微控制器经LoRa通信模块与中继器或智能终端相通信，以实现沼气使用数据和控制指令信息的传输，第二微控制器经GPRS通信模块与应用管理服务器相通信。

本实用新型的基于LoRa技术的智能沼气监测系统，所述第一微控制器、第二微控制器分别采用型号为STM81151G、STM32F103的芯片，LoRa通信模块采用型号为SX1278的芯片。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的沼气监测系统，村镇或城市的沼气用户中设置有智能终端，实现了对用户沼气使用的信息测量和控制；智能终端经中继器与汇聚网关相通信，汇聚网关经GPRS网络与应用管理服务器相通信，授权用户可经PC客户端和手机APP终端查看相应信息。由于智能终端与中继器、中继器与汇聚网关经LoRa通信模块相通信，使得通信具有距离更长、功耗更低的优点，解决了沼气使用环境恶劣、移动网络信号差、有线铺设复杂、用户管理分散的情况下，沼气用户的使用数据不易采集和使用状态不易控制的问题，本实用新型的沼气监测系统具有通信距离长、功耗低、数据采集准确及时、有益效果显著和适于应用推广的优点。

附图说明

图1为本实用新型的基于LoRa技术的智能沼气监测系统的原理图；

图2为本实用新型中智能终端的电路原理图；

图3为本实用新型中汇聚网关的电路原理图。

图中：1智能终端，2中继器，3汇聚网关，4 GPRS网络，5应用管理服务器，6 PC客户端，7手机APP终端，8第一微控制器，9 UART通信模块，10阀门，11 LoRa通信模块，12接收电路，13模拟开关，14天线，15发送电路，16流量传感器，17第二微控制器，18 JTAG接口模块，19 RS232接口模块，20电源模块，21 USB接口模块，22 GPRS通信模块，23 LoRa通信模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，给出了本实用新型的基于LoRa技术的智能沼气监测系统的原理图，其由智能终端1、中继器2、汇聚网关3、GPRS网络4、应用管理服务器5、PC客户端6、手机APP终端7，智能终端1设置于村镇或城市的沼气用户中，智能终端1为采集用户的沼气使用量和对用气状态进行控制的沼气监测仪表。中继器2实现智能终端1与汇聚网关3之间数据的转发，以延长汇聚网关3与智能终端1之间的通信距离，以解决沼气使用环境恶劣、移动网络信号差、有线铺设复杂、用户管理分散的问题。

汇聚网关3经GPRS网络4与应用管理服务器5相通信，应用管理服务器5实现用户沼气使用数据的管理，PC客户端6、手机APP终端7均与应用管理服务器5相通信，以实现数据的查询等。经过中继器2、汇聚网关3和GPRS网络实现对沼气数据信号的中继、接收指令、实时上传。

智能终端1、中继器2和汇聚网关3采用LoRa技术进行一对多通信，采集沼气表用气信息及状态信息；智能终端1安装在用户中，负责采集沼气表的各项数据；中继器2完成智能终端数据转发至汇聚网关，以解决在障碍物严重遮挡下，智能终端1和汇聚网关3不能正常通信的问题；汇聚网关3负责收发智能终端1的数据，并通过GPRS网络将数据上传到沼气管理部门（应用管理服务器5）；沼气管理部门通过对采集数据处理，智能分析每个接入沼气表的状态，并转换成有价值的信息，供授权用户访问使用。

智能终端1表作为采集节点借助LoRa网络的超长距离无线通信能力与汇聚网关通信，将采集的电表数据传回沼气管理部门，并能够实现用户PC客户端6和手机APP终端7的数据交换。由此可见，该系统可实现上电即用、网络简单、数据上传、数据下发、抗干扰等功能，实现沼气数据的智能采集与管理。

如图2所示，给出了本实用新型中智能终端的电路原理图，其由第一微控制器8及与其相连接的UART通信模块9、阀门10、LoRa通信模块11和流量传感器16组成，第一微控制器8通过流量传感器16对用户的用气量进行采集，通过阀门10对用户沼气管路的通断状态进行控制，通过LoRa通信模块11与中继器2或汇聚网关3进行数据传输。LoRa通信模块11连接有接收电路12和发送电路15，接收电路12和发送电路15经模拟开关13与天线14相连接，通过模拟开关13的转换实现数据的接收和发送。

智能终端1一方面负责沼气数据的采集和控制，另一方面响应汇聚网关3下发的指令，将采集的数据上传汇聚网关3，实现对沼气表的数据采集以及远程控费等功能。中继器2主要用于转发汇聚网关3和智能终端1之间的指令及数据信息，扩展无线抄表传输范围。

如图3所示，给出了本实用新型中汇聚网关3的电路原理图，所示的汇聚网关3由第二微控制器17及与其相连接的JTAG接口模块18、RS232接口模块1）、电源模块20、USB接口模块21、GPRS通信模块22和LoRa通信模块23组成，第二微控制器17经LoRa通信模块23与中继器2或智能终端1相通信，以实现沼气使用数据和控制指令信息的传输，第二微控制器17经GPRS通信模块22与应用管理服务器5相通信。

汇聚网关3负责无线网络指令的下达、数据的接收与上传、系统的检测以及管理等功能，汇聚网关3通过LoRa无线网络接收区域内采集节点（即智能终端1）上传的沼气表数据，汇聚网关3在接收工作站指令和上传数据时，采用的是GPRS网络通信。管理部门需要抄表时，通过GPRS网络发送抄表指令，汇聚网关3收到指令后通过LoRa通信发送抄表指令到智能终端1，智能终端1收到指令后返回数据到汇聚网关3，汇聚网关3将收到的数据返回到管理部门，从而实现无线抄表的流程。

另外，本实用新型中对同一区域内节点进行分区，设置成不同频道，降低信号间相互干扰。本实用新型无线抄表方式可分为定时抄表，以及单播、广播抄表，其同区域汇聚网关3和智能终端1处于同一通信频道，抄表网络环境搭建后，汇聚网关3与采集节点（即智能终端1）之间能立即建立一对多的映射关系，以实现采集节点（即智能终端1）上电就能采集电表数据，为网络的远程管理提供了便利。

本实用新型的沼气监测系统，融合LoRa通信、自组网、休眠唤醒等技术，具有铺设简易、抗干扰能力强、传输距离远、应用灵活、功耗低、信息交互流畅等优势，实现对沼气数据的采集和远程管理。

Claims (3)

1.一种基于LoRa技术的智能沼气监测系统，包括智能终端（1）、中继器（2）、汇聚网关（3）、应用管理服务器（5）以及PC客户端和/或手机APP终端（7），智能终端为安装于村镇或城市用户中的沼气监测仪表，中继器用于实现智能终端与汇聚网关之间传输数据的转发；其特征在于：所述汇聚网关经GPRS网络（4）与应用管理服务器相通信，以实现数据的无线传输；所述PC客户端和手机APP终端与应用服务器相通信，以获取和查询用户的沼气使用信息以及对用户使用沼气进行管理；

所述智能终端由第一微控制器（8）及与其相连接的UART通信模块（9）、阀门（10）、第一LoRa通信模块（11）和流量传感器（16）组成，第一微控制器通过流量传感器对用户的用气量进行采集，通过阀门对用户沼气管路的通断状态进行控制，通过第一LoRa通信模块与中继器或汇聚网关进行数据传输；第一LoRa通信模块连接有接收电路（12）和发送电路（15），接收电路和发送电路经模拟开关（13）与天线（14）相连接，通过模拟开关的转换实现数据的接收和发送。

2.根据权利要求1所述的基于LoRa技术的智能沼气监测系统，其特征在于：所述汇聚网关（3）由第二微控制器（17）及与其相连接的JTAG接口模块（18）、RS232接口模块（19）、电源模块（20）、USB接口模块（21）、GPRS通信模块（22）和第二LoRa通信模块（23）组成，第二微控制器经第二LoRa通信模块与中继器或智能终端相通信，以实现沼气使用数据和控制指令信息的传输，第二微控制器经GPRS通信模块与应用管理服务器（5）相通信。

3.根据权利要求2所述的基于LoRa技术的智能沼气监测系统，其特征在于：所述第一微控制器（8）、第二微控制器（17）分别采用型号为STM81151G、STM32F103的芯片，第一LoRa通信模块（11）和第二LoRa通信模块（23）均采用型号为SX1278的芯片。