CN208477712U - 一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于LoRa通讯的微功耗无线温度变送器，包括有太阳能电池板、充电控制器、锂离子电池组、数据处理中心，LoRa无线通信电路，温度信号调理电路，温度传感器；本专利采用太阳能板为内部电池进行充电，数据传输采用LoRa无线传输方式，由于具有无线传输功能，安装方便，通信方便，方便移位，而且解决了目前应用与数据超远距离传输的需求，省去大量的布线成本和后期线路维护成本，采用数字校准技术，采用了MSP430的低功耗技术，使电池工作更持久。和现在市面上的相比，可以实现无线传输的高密度的数据采集，而且不需要频繁更换电池，设备整体工作时长更长，目前市面上一次性电池供电的是没有办法实现高密度数据采集的，电池寿命太短。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油、化工等各种温度生产参数的远程数据采集及应用技术领域。
背景技术
目前在石油化工领域，多采用的多为有线温度变送器，即使采用无线方式，如zigbee或者433MHz，但是由于工作环境的影响，遮挡严重，无线信号遮挡丢包严重。无线发送功耗大，电池使用寿命短。特别是协议各个厂家不兼容，维护困难，互换性差。 特别是有线温度变送器布线工作量大，时间长老化严重。
LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。LoRa技术在高性能、远距离、低功耗等方面具有突出的特点。LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种，是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控（FSK）调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa是基于线性调频扩频调制，它保持了像FSK调制相同的低功耗特性，并增加了通信距离。LoRa技术本身拥有超高的接收灵敏度（RSSI）和超强信噪比（SNR）。此外使用跳频技术，通过伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，防止定频干扰。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，不仅提高生产管理水平，而且降低运行成本和安全风险。
一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，包括：表头、压力传感器、天线、外壳、温度传感器，其中，还包括温度连接航空插头、温度对接延长线；所述的表头包括：太阳能电池板、充电控制器、锂离子电池组、电源管理单元，数据处理中心、按键、LoRa通信模块、压力和温度信号调理电路、压力、温度传感器；太阳能电池板组装在变送器外壳的顶部，便于太阳能的收集，太阳能电池板把太阳能转化为电能后，传递给电路板的充电控制器，为锂离子电池组充电，锂离子电池组为全部的电器件提供电源，电路板的电源管理单元负责对各功能模块的电源的开关控制，电源管理单元受电路板MCU的控制，MCU主要负责温度信号的ADC采集及处理和LoRa通讯的控制，按键、显示；电路板中的LoRa通讯模块把温度的采集值和设备信息通过无线方式传送到LoRa控制器，温度传感器的模拟值经电路板的信号调理电路放大、整理后通过MUC转化为温度值；表头连接压力传感器和温度传感器，表头安装无线通信天线。
进一步的，太阳能电池板：采用多晶硅，在太阳光充足日照好的东西部地区使用，也可以在阴雨天比较多阳光相对不是很充足的南方地区使用，适合全国绝大部分地区使用；该产品严格按野外应用进行设计和生产，输出5.5V电压，充电电流为≥120mA。
进一步的，充电控制器：充电控制器采用恒流和恒压两种方式对锂电池进行充电，并且会把充电电流限制在600mA以内，防止损坏电池。
进一步的，锂离子电池组采用1串4并组合形式，电池组内包含三洋18650电池芯和安全保护电路；电池组内包括过压、低压、过温、过载等保护电路；锂离子电池具有漏电流小，体积小容量大、无记忆效应的特点，配合系统的低功耗工作模式，能够工作更长的时间。
进一步的，电源管理单元：电源管理单元负责管理整个变送器的各个部分的电源供给，受数据处理中心控制，进行整机的功耗控制。
进一步的，数据处理中心：采用国际领先低功耗处理器器，方便对信号数据就行大数据量的运算，同时具有极低的功耗，在相同的电池容量下，设备使用时间更长。
进一步的，温度传感器采用热电阻型，温度传感器实际上就是了电桥输出电路，由于也属于弱信号的处理，需要增加滤波，同时采用可变放大增益的差分输入AD。信号采集后会有噪声等干扰需要滤波及信号放大调理。
进一步的，Rola模块采用Ti公司的无线通信芯片U1，内部集成了CLAA协议帧，通过TLL接口与MCU通信，可通过SLEEP管脚进行休眠和唤醒。
本发明提供了一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，采用LoRa无线数据传输方式，不仅去掉连接电缆，解决了因电缆造成的作业困难，电缆容易折断、设备可靠性差，接口容易进水等问题，采用CLAA联盟的标准协议通用性强，集成了石油行业的GRM协议可实现产品的互联互通。具有数字校准功能，采用了精密基准源和高精度计算方法，提高了设备的精度。采用可充电锂电池和太阳能充电的组合方式，可以为电路长期供电，易于长期使用。并且采用了低功耗MCU，同时微功耗编程技术。为进一步延长电池使用寿命，尽量使设备处于低功耗状态。采用精确电源管理技术。关闭不用的模块以节能。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型温度传感器结构图；
图3为本实用新型整体构成框图；
其中，1、表头；2、压力传感器；3、无线天线；4、外壳；5、温度传感器；6、航空插头；7、温度延长线。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，包括：表头1、压力传感器2、无线天线3、外壳4、温度传感器5，其中，还包括：航空插头6、温度对接延长7；所述的表头包括：太阳能电池板、充电控制器、锂离子电池组、电源管理单元，数据处理中心、按键、LoRa通信模块、压力和温度信号调理电路、压力、温度传感器；太阳能电池板组装在变送器外壳的顶部，便于太阳能的收集，太阳能电池板把太阳能转化为电能后，传递给电路板的充电控制器，为锂离子电池组充电，锂离子电池组为全部的电器件提供电源，电路板的电源管理单元负责对各功能模块的电源的开关控制，电源管理单元受电路板MCU的控制，MCU主要负责温度信号的ADC采集及处理和LoRa通讯的控制，按键、显示；电路板中的LoRa通讯模块把温度的采集值和设备信息通过无线方式传送到LoRa控制器，温度传感器的模拟值经电路板的信号调理电路放大、整理后通过MUC转化为温度值；表头连接压力传感器和温度传感器，表头安装无线通信天线。太阳能电池板：采用多晶硅，在太阳光充足日照好的东西部地区使用，也可以在阴雨天比较多阳光相对不是很充足的南方地区使用，适合全国绝大部分地区使用；该产品严格按野外应用进行设计和生产，输出5.5V电压，充电电流为≥120mA；充电控制器：充电控制器采用恒流和恒压两种方式对锂电池进行充电，并且会把充电电流限制在600mA以内，防止损坏电池；锂离子电池组采用1串4并组合形式，电池组内包含三洋18650电池芯和安全保护电路；电池组内包括过压、低压、过温、过载等保护电路；锂离子电池具有漏电流小，体积小容量大、无记忆效应的特点，配合系统的低功耗工作模式，能够工作更长的时间；电源管理单元：电源管理单元负责管理整个变送器的各个部分的电源供给，受数据处理中心控制，进行整机的功耗控制；数据处理中心：采用国际领先低功耗处理器器，方便对信号数据就行大数据量的运算，同时具有极低的功耗，在相同的电池容量下，设备使用时间更长；温度传感器采用热电阻型，温度传感器实际上就是了电桥输出电路，由于也属于弱信号的处理，需要增加滤波，同时采用可变放大增益的差分输入AD。信号采集后会有噪声等干扰需要滤波及信号放大调理；Rola模块采用Ti公司的无线通信芯片U1，内部集成了CLAA协议帧，通过TLL接口与MCU通信，可通过SLEEP管脚进行休眠和唤醒。
太阳能电池板和充电控制器为锂电池进行充电，保证变送器的锂电池电能充足，锂电池作为整个变送器的动力源泉，数据处理中心是控制各部分电路的工作，对采集到的数据进行处理，并通过控制电源管理单元来完成系统的低功耗控制，在采集时刻所有外设上电，数据采集完毕后，所有的外设电源关闭，降低功耗；温度信号通过信号调理电路的放大整理输入到数据处理中心，数据处理中心一方面通过LoRa通信技术进行远传，另一方面在显示界面上进行温度的显示。按键、显示模块主要完成温度等信息的展示，同时还有就是系统的校准和一些配置参数的设置。
本实用新型的无线温度变送器通过温度探安装到管道盲管上，通过按键设置无线通信参数。变送器会实时对设备温度进行采集，并通过LoRa无线通讯定时把温度和设备信息上传到数据采集终端设备上去；温度变送器的太阳能电池板在白天会把太阳能转换为电能，为内部锂电池充电，保持电池电能充足。
以上通过实施例对本实用新型的进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，包括：表头、压力传感器、天线、外壳、温度传感器，其中，还包括温度连接航空插头、温度对接延长线；所述的表头包括：太阳能电池板、充电控制器、锂离子电池组、电源管理单元，数据处理中心、按键、LoRa通信模块、压力和温度信号调理电路、压力、温度传感器；太阳能电池板组装在变送器外壳的顶部，便于太阳能的收集，太阳能电池板把太阳能转化为电能后，传递给电路板的充电控制器，为锂离子电池组充电，锂离子电池组为全部的电器件提供电源，电路板的电源管理单元负责对各功能模块的电源的开关控制，电源管理单元受电路板MCU的控制，MCU主要负责温度信号的ADC采集及处理和LoRa通讯的控制，按键、显示；电路板中的LoRa通讯模块把温度的采集值和设备信息通过无线方式传送到LoRa控制器，温度传感器的模拟值经电路板的信号调理电路放大、整理后通过MUC转化为温度值；表头连接压力传感器和温度传感器，表头安装无线通信天线。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，其特征在于：太阳能电池板：采用多晶硅，输出5.5V电压，充电电流为≥120mA。
3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，其特征在于：充电控制器：充电控制器采用恒流和恒压两种方式对锂电池进行充电，充电电流限制在600mA以内。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，其特征在于：锂离子电池组采用1串4并组合形式，包含三洋18650电池芯和安全保护电路；锂离子电池组内包括过压、低压、过温、过载等保护电路。
5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，其特征在于：数据处理中心：采用国际领先低功耗处理器器，对信号数据就行大数据量的运算，同时具有极低的功耗，在相同的电池容量下，设备使用时间更长。
6.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，其特征在于：温度传感器采用热电阻型。
7.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，其特征在于：Rola模块采用Ti公司的无线通信芯片U1，内部集成了CLAA协议帧，通过TLL接口与MCU通信，可通过SLEEP管脚进行休眠和唤醒。
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| CN201721787318.4U CN208477712U (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器 |
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| CN (1) | CN208477712U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110631642A (zh) * | 2019-11-01 | 2019-12-31 | 山西崇光科技有限公司 | 一种基于LoRa技术的无线温度压力采集装置 |
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