CN207317974U - 压力变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压力变送器。其中，该压力变送器包括：主控制器，用于采用间歇式的工作方式，对所述压力变送器所包括的器件进行控制；压力传感器，用于对压力信号进行采集；数据传送器，用于基于LoRa扩频通信技术将采集的所述压力信号进行传输。本实用新型解决了压力变送器远距离和低功耗兼具的技术问题。

Description

压力变送器

技术领域

本实用新型涉及物联网领域，具体而言，涉及一种压力变送器。

背景技术

目前，物联网应用中的前端压力采集设备大多采用无线多点压力采集系统，可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有2.4GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。这些无线技术，优缺点非常明显。例如，在相关技术的无线物联网中的智能变送器(例如压力变送器)，远距离和低功耗两者之间只能二选一。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种压力变送器，以至少解决压力变送器远距离和低功耗兼具的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种压力变送器，包括：主控制器，用于采用间歇式的工作方式，对所述压力变送器所包括的器件进行控制；压力传感器，用于对压力信号进行采集；数据传送器，用于基于LoRa扩频通信技术将采集的所述压力信号进行传输。

可选地，所述压力变送器还包括：模数A/D转换器，用于所述压力传感器采集的所述压力信号进行模数转换，得到转换后的压力信号，其中，所述模数A/D转换器还包括：低通滤波器，用于对经所述A/D转换器转换后的压力信号进行滤波，将转换后的压力信号中的高频噪声信号滤除。

可选地，所述压力变送器还包括：液晶显示器LCD，用于在所述压力变送器正常工作的情况下，关闭显示。

可选地，所述压力变送器还包括：数据存储器，用于对所述压力变送器的工作参数进行存储，在所述压力变送器重新上电时，依据存储的所述工作参数启动工作。

可选地，所述主控制器的间歇式的工作方式为：所述主控制器的工作电流小于或等于10mA，所述主控制器的休眠电流小于或等于200nA。

可选地，所述数据传送器的收发天线带有保护罩。

可选地，所述压力变送器包括：电源，其中，所述电源为锂电池。

可选地，所述压力传感器，还用于采用硅压阻式压力探头对所述压力信号进行采集。

可选地，所述数据传送器的传输距离达到10公里。

可选地，所述压力变送器还包括以下至少之一：按键，用于重启所述数据传送器和/或校准数据；机械开关，用于重启所述压力传感器；Micro-USB接口，用于对所述压力变送器对应的软件进行下载和/或更新。

在本实用新型实施例中，采用间歇式的工作方式的主控制器，以及基于LoRa扩频通信技术进行数据传送的数据传送器，达到了不仅能够实现远距离的传输，而且功耗极低的目的，从而实现了压力变送器远距离和低功耗兼具的技术效果，进而解决了压力变送器远距离和低功耗兼具的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的压力变送器的结构示意图；

图2是根据本实用新型优选实施方式的压力变送器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

针对相关技术中，采用局域网的无线技术，压力变送器远距离和低功耗兼具的技术问题。当采用低功耗广域网(Low Power Wide Area Network，简称为LPWAN)技术之后，技术人员发现在一定程度上可以实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。基于此，在本实用新型实施例中，基于上述LPWAN技术，使用LoRa扩频通信的压力变送器(相对于LPWAN技术下的压力变压器而言可以称之为一种微功耗压力变送器)，可以为用户提供一种能实现远距离、低成本、长电池寿命、大容量的系统，进而有效地扩展了传感网络。

图1是根据本实用新型实施例的压力变送器的结构示意图，如图1所示，该压力变送器包括：

主控制器11，用于采用间歇式的工作方式，对压力变送器所包括的器件进行控制；压力传感器12，连接至上述主控制器11，用于对压力信号进行采集；数据传送器13，连接至上述主控制器11，用于基于LoRa扩频通信技术将采集的压力信号进行传输。

通过上述实施例中，采用间歇式的工作方式的主控制器，以及基于LoRa扩频通信技术进行数据传送的数据传送器，达到了不仅能够实现远距离的传输，而且功耗极低的目的，从而实现了压力变送器远距离和低功耗兼具的技术效果，进而解决了压力变送器远距离和低功耗兼具的技术问题。

可选地，主控制器的间歇式的工作方式为：主控制器的工作电流小于或等于10mA，主控制器的休眠电流小于或等于200nA。其中，主控制器完成采集、运算、通讯、按键处理等全部功能。处理器工作采用间歇方式，大部分时间处于休眠状态，极少的工作时间全速运行，减少了功耗。

可选地，压力传感器，还用于采用硅压阻式压力探头对压力信号进行采集。压力传感器采用硅压阻式压力探头进行压力信号采集，测量精度高，测量范围宽。之后，压力传感器将采集到现场的压力信号的压力参数进行补偿调整后输送至A/D转换器的输入端，通过该A/D转换器的转换变成无线数字信号传送给接收中心。

其中，数据传送器为基于LoRa扩频通信技术的无线数据传送器，使用LoRaWAN协议标准(版本号：V1.0.2)，能够与云平台进行无线通讯，通讯协议满足《基于LoRaWAN通信规约的油田物联网系统通信协议》要求。可选地，数据传送器的传输距离达到10公里。

可选地，数据传送器的收发天线可以带有保护罩。例如，数据传送器的收发天线的外部带保护罩，塑料，黑色，连接处做密封处理，防尘防水。

数据传送器采用基于LoRa扩频通信技术的无线数据传送器，优选低成本、高度集成的收发器，专为低功耗无线应用而设计，并在天线的外部设置防腐蚀绝缘套。

图2是根据本实用新型优选实施方式的压力变送器的结构示意图，如图2所示，该实用新型基于LoRa扩频通信技术的微功耗压力变送器，主要包括主控制器11以及与主控制器连接的压力传感器12、数据存储器14、数据传送器13、电源15、LCD模块16、A/D转换器17、按键18、机械开关19和Micro-USB接口20，其中，数据传送器13采用基于LoRa扩频通信技术的无线数据传送器。

可选地，压力变送器还包括的模数A/D转换器17，用于压力传感器采集的压力信号进行模数转换，得到转换后的压力信号；其中，该模数A/D转换器17包括：低通滤波器21，用于对经A/D转换器转换后的压力信号进行滤波，将转换后的压力信号中的高频噪声信号滤除。

即压力传感器通过A/D转换器17与主控制器11连接，该A/D转换器17包括电阻桥路、A/D误差值的可擦写存储器以及外围由电阻和电容组成的低通滤波器21。A/D转换器将电压信号进行模数转换，再加上外围由电阻和电容组成的低通滤波器，滤除没有用的高频噪声信号，有效地提高了采集压力信号的精度。

可选地，压力变送器还包括的液晶显示器LCD，用于在压力变送器正常工作的情况下，关闭显示。

LCD模块采用自定义段式LCD，内部带有驱动电路，可以显示压力值(显示至小数点后2位)、电池余量、信号强度、通讯效率、压力单位指示，压力测量数据更新时间15秒。LCD模块功耗非常低，在此过程中，LCD模块在正常使用过程中关闭显示，以进一步节省功耗，具有低工作电流和极小的休眠状态电流，这种低电流特性应用于长寿命电池供电的系统是很理想的。

可选地，压力变送器还包括的数据存储器，用于对压力变送器的工作参数进行存储，在压力变送器重新上电时，依据存储的工作参数启动工作。数据存储器能够保存当前配置参数，重新上电后，依照上电前的参数进行配置；同时能够存储默认出厂参数配置，包括无线模块参数(EUI、KEY等)，系统参数(油井号、压力定时上报周期等)，参数统一参照《基于LoRaWAN通信规约的油田物联网系统通信协议》。

可选地，压力变送器还包括以下至少之一：按键，用于重启数据传送器和/或校准数据；机械开关，用于重启压力传感器；Micro-USB接口，用于对压力变送器对应的软件进行下载和/或更新。例如，压力变送器包括：电源，其中，电源为锂电池。电源优选采用大容量高性能锂电池供电，寿命3年(按每1分钟采集、发送一次数据计算)，无需外接电源。其中，LCD模块正面屏幕下方可以有两个按键，具有重启LoRa模块、校准数据的功能。按键右侧有一个机械开关，可重启压力无线测量仪。Micro-USB接口位于屏幕上方，通过该接口可下载程序进行升级操作。

使用时，压力传感器的输出信号进行补偿调整后输送至A/D转换器的输入端,经A/D转换器转换成数字信号输送至主控制器,由主控制器将A/D转换器输出的数字信号打包输送至数据传送器，并通过与无线收发电路相连的射频天线以LoRa扩频通信无线方式发送至该区域的LoRa网关，同时通过LCD模块显示数据和结果。

如上，本实用新型是以电池为供电电源的基于LoRa扩频通信技术的微功耗压力变送器，在本技术方案中，采用LoRa无线通信技术，利用免许可频段，实现免费、无线通信，LoRa无线组网技术能够组成星形网络结构，具有安装工序简单、无需提前布线、组网灵活、通讯距离远(最大可达10km以上)、抗干扰能力强等优点，可实现多设备间的数据透明双向传输，特别适用于现场无法供电且又需要数据进行实时传输的油田、油井、供暖等输出管道和水井压力等场合的巡回检测。

采用以上设计后，本实用新型与相关技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型采用微功耗电路设计技术，主控制器在正常情况下具有极低的工作电流和微小的休眠状态电流，其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，传感器电路在不采集数据时关闭，LoRa扩频通信技术的无线数据传送器在不通讯时处于休眠模式，上述措施都是为了节省用电量，延长电池的使用寿命；

(2)采用基于LoRa扩频通信技术的无线数据传送器，使用扩频调制技术，可解调低于20dB的噪声。这确保了高灵敏度、可靠的网络连接，同时提高了网络效率并消除了干扰，大大改善了模块接收数据的灵敏度，较高的链路预算使其通信距离在建筑密集的城市环境可以达2公里左右，而在密度较低的郊区，通信距离可达10公里。

(3)LoRa扩频通信技术实现的通信距离比其他无线协议都要远得多，使得在较大范围内只使用一个网关即可连接区域内所有终端，从而大大降低了组网成本。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种压力变送器，其特征在于，包括：

主控制器，用于采用间歇式的工作方式，对所述压力变送器所包括的器件进行控制；

压力传感器，用于对压力信号进行采集；

数据传送器，用于基于LoRa扩频通信技术将采集的所述压力信号进行传输。

2.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述压力变送器还包括：

模数A/D转换器，用于所述压力传感器采集的所述压力信号进行模数转换，得到转换后的压力信号，其中，所述模数A/D转换器还包括：低通滤波器，用于对经所述A/D转换器转换后的压力信号进行滤波，将转换后的压力信号中的高频噪声信号滤除。

3.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述压力变送器还包括：

液晶显示器LCD，用于在所述压力变送器正常工作的情况下，关闭显示。

4.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述压力变送器还包括：

数据存储器，用于对所述压力变送器的工作参数进行存储，在所述压力变送器重新上电时，依据存储的所述工作参数启动工作。

5.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述主控制器的间歇式的工作方式为：所述主控制器的工作电流小于或等于10mA，所述主控制器的休眠电流小于或等于200nA。

6.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述数据传送器的收发天线带有保护罩。

7.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述压力变送器包括：电源，其中，所述电源为锂电池。

8.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述压力传感器，还用于采用硅压阻式压力探头对所述压力信号进行采集。

9.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述数据传送器的传输距离达到10公里。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的压力变送器，其特征在于，所述压力变送器还包括以下至少之一：

按键，用于重启所述数据传送器和/或校准数据；

机械开关，用于重启所述压力传感器；

Micro-USB接口，用于对所述压力变送器对应的软件进行下载和/或更新。