CN208998835U - 一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器 - Google Patents

Abstract

一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，包括环境参数传感器模块，STM32单片机模块，LoRaWAN模块，电源模块和天线；环境参数传感器模块用于采集野外现场的温度、湿度和CO2浓度；STM32单片机模块用于整个电路的控制；LoRaWAN模块用于在规定的时刻自组网向特定的网关发送和接收数据；天线，用于发射和接收电磁波信号；电源模块用于为整个装置提供电源，本实用新型能够在野外比较恶劣的环境下采集温度、湿度、空气质量和气压，并通过自组网的方式将采集的数据发送至连接到互联网的网关。

Description

一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器

技术领域

本实用新型涉及仪器仪表技术领域，特别涉及一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器。

背景技术

环境中温度、湿度、空气质量和气压与人们的生活息息相关，在工农业生产，气象、环保、国防和科研等部门，经常需要对这些环境参数进行测量，用来研究分析气候的变化规律和环境参数对于动植物的影响。因此，准确测量温度、湿度、空气质量和气压在科学研究中至关重要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，以解决野外无运营商网络时，温度、湿度、空气质量和气压自动采集并传输的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，包括环境参数传感器模块U5，STM32单片机模块U3，LoRaWAN模块U4，电源模块U1和天线U2；

环境参数传感器模块U5用于采集野外现场的温度、湿度和CO2浓度；

STM32单片机U3模块用于整个电路的控制；

LoRaWAN模块U4用于在规定的时刻自组网向特定的网关发送和接收数据；

天线U2，用于发射和接收电磁波信号；

电源模块U1用于为整个装置提供电源。

所述的STM32单片机模块U3采用的单片机是STM32L151C8T6。

所述的环境参数传感器模块U5采用CJMCU8128，与STM32单片机模块U3通信采用GPIO和IIC总线接口。

还包括电容C6和C7作为负载电容，一端接在晶振Y1上，另一端接地，晶振Y1为STM32单片机模块U3提供实时时钟的基准频率，分别接在STM32单片机模块U3的3和4脚上，电容C10和C11作为负载电容一端接在晶振Y2上，另一端接地，晶振Y2为STM32单片机模块U3提供工作时钟频率，分别接在STM32单片机模块U3的5和6脚上，电阻R3一端接在STM32单片机模块U3的20脚上，另一端接地；电阻R4一端接在STM32单片机模块U3的44脚上，另一端接地；电阻R3和电阻R4均下拉到地，配置STM32单片机模块U3从用户闪存存储器启动，电容C8、电阻R1和按键S1一端接在一起，连接在STM32单片机模块U3的7脚上，电容C8和按键S1的另一端接地，电阻R1另一端接3.3V电源，电容C8、电阻R1和按键S1共同组成了一个复位电路，3.3V电源接在STM32单片机模块U3的9脚上，为STM32单片机模块U3的模拟部分供电；电容C12作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的9脚上，另一端接地，3.3V电源接在STM32单片机模块U3的24、36和48脚上，为STM32单片机模块U3的数字部分供电；电容C13作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的48脚上，另一端接地；电容C14作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的36脚上，另一端接地；电容C15作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的24脚上，另一端接地。STM32单片机模块U3的23、35和47脚均接地。

所述的环境参数传感器模块U5通过GPIO和IIC接口与STM32单片机模块U3进行通信,环境参数传感器模块U5的1脚接3.3V电源，2脚接地，3、4、5、6和7脚分别接在STM32单片机模块U3的43、42、40、19和41脚上。

所述LoRaWAN模块U4通过GPIO和RS-232串行接口与STM32单片机模块U3进行通信,3.3V电源接在LoRaWAN模块U4的17脚上，为LoRaWAN模块U4供电；电容C9作为滤波电容一端接在LoRaWAN模块U4的17脚上，另一端接地，LoRaWAN模块U4的13脚接上拉电阻R2，并连接在STM32单片机模块U3的45脚上；LoRaWAN模块U4的14、15和16脚分别和STM32单片机模块U3的21、22和46脚连接；LoRaWAN模块U4的34脚接天线U2。

所述电源模块U1采用LDO方案的SP6203芯片，为STM32单片机模块U3、环境参数传感器模块U5和LoRaWAN模块U4提供3.3V的电源，电容C1和C2作为输入电源的滤波电容，一端连接在电源模块U1的1和3脚上，另一端接地，电容C3和C4作为输出电源的滤波电容，一端连接在电源模块U1的5脚上，另一端接地，电容C5作为旁路电容，一端连接在电源模块U1的4脚上，另一端接地，电源模块U1的2脚接地。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，能够在野外比较恶劣的环境下采集温度、湿度、空气质量和气压，并通过自组网的方式将采集的数据发送至连接到互联网的网关。本采集器芯片绝大部分时间在休眠状态，只是在固定的时刻发送和接收数据，有效延长了电池的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器的功能模块示意图；

图2是本实用新型一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型提供的一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，如图1所示，包括环境参数传感器模块U5，STM32单片机模块U3，LoRaWAN模块U4，电源模块U1；

其中，环境参数传感器模块U5用于采集野外现场的温度、湿度和CO2浓度；STM32单片机模块U3用于整个电路的控制；LoRaWAN模块U4用于在规定的时刻自组网向特定的网关发送和接收数据。

STM32单片机模块(电路图2中的U3)采用的单片机是STM32L151C8T6。这是一款超低功耗基于ARM Cortex-M3的单片机，可以在-40℃至+85℃温度范围内正常工作，提高电池使用时间并适应苛刻的野外环境。

环境参数传感器模块(电路图2中的U5)采用CJMCU8128，与STM32单片机通信采用GPIO和IIC总线接口。CJMCU8128是一款集成了空气质量传感器CCS811、气压传感器BMP280和温湿度传感器Si7021-A10的模块，可以有效地降低物料的成本，并降低功耗。

LoRaWAN模块(电路图2中的U4)是一种专用于远距离低功耗的无线通信技术,其调制方式相对于其他通信方式大大增加了通信距离，可广泛应用于各种场合的远距离低速率物联网无线通信领域，具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点，可根据实际应用情况对天线增益进行调节。

电路图2中的U1是一款低压差线性稳压器，用于将5V左右的电池电压转换成3.3V整个电路工作电压，并提供不低于500mA的电流。U1在电路休眠期间消耗的点电流非常小，大约几十个uA，从而有效延长电池的使用寿命。

电路图2中的U2是天线，用于发射和接收电磁波信号。

参照图2，电容C1和C2作为输入电源的滤波电容，一端连接在电源模块U1的1和3脚上，另一端接地。电容C3和C4作为输出电源的滤波电容，一端连接在电源模块U1的5脚上，另一端接地。电容C5作为旁路电容，端连接在电源模块U1的4脚上，另一端接地。电源模块U1的2脚接地。

电容C6和C7作为负载电容一端接在晶振Y1上，另一端接地。晶振Y1为STM32单片机模块U3提供实时时钟的基准频率，分别接在STM32单片机模块U3的3和4脚上。电容C10和C11作为负载电容一端接在晶振Y2上，另一端接地。晶振Y2为STM32单片机模块U3提供工作时钟频率，分别接在STM32单片机模块U3的5和6脚上。电阻R3一端接在STM32单片机模块U3的20脚上，另一端接地；电阻R4一端接在STM32单片机模块U3的44脚上，另一端接地；电阻R3和电阻R4均下拉到地，配置STM32单片机模块U3从用户闪存存储器启动。电容C8、电阻R1和按键S1一端接在一起，连接在STM32单片机模块U3的7脚上，电容C8和按键S1的另一端接地，电阻R1另一端接3.3V电源，电容C8、电阻R1和按键S1共同组成了一个复位电路。3.3V电源接在STM32单片机模块U3的9脚上，为STM32单片机模块U3的模拟部分供电；电容C12作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的9脚上，另一端接地。3.3V电源接在STM32单片机模块U3的24、36和48脚上，为STM32单片机模块U3的数字部分供电；电容C13作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的48脚上，另一端接地；电容C14作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的36脚上，另一端接地；电容C15作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的24脚上，另一端接地。STM32单片机模块U3的23、35和47脚均接地。

3.3V电源接在LoRaWAN模块U4的17脚上，为LoRaWAN模块U4供电；电容C9作为滤波电容一端接在LoRaWAN模块U4的17脚上，另一端接地。LoRaWAN模块U4的13脚接上拉电阻R2，并连接在STM32单片机模块U3的45脚上；LoRaWAN模块U4的14、15和16脚分别和STM32单片机模块U3的21、22和46脚连接；LoRaWAN模块U4的2脚接天线U2。

环境参数传感器模块U5的1脚接3.3V电源，2脚接地，3、4、5、6和7脚分别接在STM32单片机模块U3的43、42、40、19和41脚上。

Claims (7)

1.一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，其特征在于，包括环境参数传感器模块U5，STM32单片机模块U3，LoRaWAN模块U4，电源模块U1和天线U2；

环境参数传感器模块U5用于采集野外现场的温度、湿度和CO2浓度；

STM32单片机U3模块用于整个电路的控制；

LoRaWAN模块U4用于在规定的时刻自组网向特定的网关发送和接收数据；

天线U2，用于发射和接收电磁波信号；

电源模块U1用于为整个装置提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，其特征在于，所述的STM32单片机模块U3采用的单片机是STM32L151C8T6。

3.根据权利要求1所述的一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，其特征在于，所述的环境参数传感器模块U5采用CJMCU8128，与STM32单片机模块U3通信采用GPIO和IIC总线接口。

4.根据权利要求1所述的一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，其特征在于，还包括电容C6和C7作为负载电容，一端接在晶振Y1上，另一端接地，晶振Y1为STM32单片机模块U3提供实时时钟的基准频率，分别接在STM32单片机模块U3的3和4脚上，电容C10和C11作为负载电容一端接在晶振Y2上，另一端接地，晶振Y2为STM32单片机模块U3提供工作时钟频率，分别接在STM32单片机模块U3的5和6脚上，电阻R3一端接在STM32单片机模块U3的20脚上，另一端接地；电阻R4一端接在STM32单片机模块U3的44脚上，另一端接地；电阻R3和电阻R4均下拉到地，配置STM32单片机模块U3从用户闪存存储器启动，电容C8、电阻R1和按键S1一端接在一起，连接在STM32单片机模块U3的7脚上，电容C8和按键S1的另一端接地，电阻R1另一端接3.3V电源，电容C8、电阻R1和按键S1共同组成了一个复位电路，3.3V电源接在STM32单片机模块U3的9脚上，为STM32单片机模块U3的模拟部分供电；电容C12作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的9脚上，另一端接地，3.3V电源接在STM32单片机模块U3的24、36和48脚上，为STM32单片机模块U3的数字部分供电；电容C13作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的48脚上，另一端接地；电容C14作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的36脚上，另一端接地；电容C15作为滤波电容一端接在STM32单片机模块U3的24脚上，另一端接地，STM32单片机模块U3的23、35和47脚均接地。

5.根据权利要求1所述的一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，其特征在于，所述的环境参数传感器模块U5通过GPIO和IIC接口与STM32单片机模块U3进行通信,环境参数传感器模块U5的1脚接3.3V电源，2脚接地，3、4、5、6和7脚分别接在STM32单片机模块U3的43、42、40、19和41脚上。

6.根据权利要求1所述的一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，其特征在于，所述LoRaWAN模块U4通过GPIO和RS-232串行接口与STM32单片机模块U3进行通信,3.3V电源接在LoRaWAN模块U4的17脚上，为LoRaWAN模块U4供电；电容C9作为滤波电容一端接在LoRaWAN模块U4的17脚上，另一端接地，LoRaWAN模块U4的13脚接上拉电阻R2，并连接在STM32单片机模块U3的45脚上；LoRaWAN模块U4的14、15和16脚分别和STM32单片机模块U3的21、22和46脚连接；LoRaWAN模块U4的34脚接天线U2。

7.根据权利要求1所述的一种基于LoRaWAN自组网传输数据的野外环境参数采集器，其特征在于，所述电源模块U1采用LDO方案的SP6203芯片，为STM32单片机模块U3、环境参数传感器模块U5和LoRaWAN模块U4提供3.3V的电源，电容C1和C2作为输入电源的滤波电容，一端连接在电源模块U1的1和3脚上，另一端接地，电容C3和C4作为输出电源的滤波电容，一端连接在电源模块U1的5脚上，另一端接地，电容C5作为旁路电容，一端连接在电源模块U1的4脚上，另一端接地，电源模块U1的2脚接地。