CN209070119U - 一种基于nbiot的低功耗电力光纤沿线气象采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NBIOT的低功耗电力光纤沿线气象采集装置，包括主控制模块及与主控制模块电性连接的NBIOT通信模块、温湿度传感器模块、气压传感器模块、紫外线传感器模块、光照传感器模块、墨水屏显示模块及电源模块。采用了NBIOT通信模块，光照、气压、紫外线、温湿度传感器模块与主控芯片有机结合来实现本实用新型的目的。本实用新型覆盖面广、轻薄易装、成本低廉、易于投放、节能高效，适用于电力光纤沿线环境的气象监测，为维护电力光纤提供便利。

Description

一种基于NBIOT的低功耗电力光纤沿线气象采集装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统领域，具体涉及一种基于NBIOT的低功耗电力光纤沿线气象采集装置。

背景技术

随着人们的生活逐渐进步，电力网络的大面积覆盖，电力光纤的实时动态监测已经成为电力光纤日常运营维护不可或缺的部分。气象采集装置就应运而生，通过气象采集装置，电力光纤的管理者可以轻易的了解电力光纤所在环境的气象参数，以便于及时对电力光纤进行参数评估，如果遇到故障，气象参数异常，能够及时的发现维修。原有气象信息系统地面网络建设较早，设备性能低，线路速度低，时延长，很难满足进行数据综合传输的需求。卫星网覆盖面小、速度低，且小站之间无法直接通信，限制了网络功能。消耗成本大，目前一般都采用单次传输数据，所需要提供大量的电力。

综上所述，现有的气象采集装置，大都性能较低，时延较长，速度低，成本高，不利于用户对电力光纤的实时监测，遇到问题不能及时发现，能耗过高也给用户带来了困扰。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于克服上述不足，提供一种基于NBIOT的低功耗电力光纤沿线气象采集装置,通过温湿度、气压、光照、紫外线传感器对电力光纤沿线的气象信息进行采集，通过墨水屏进行显示，并通过NBIOT向后台传输，是一种新型低功耗气象采集装置。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种基于NBIOT的低功耗电力光纤沿线气象采集装置，包括主控制模块及与主控制模块电性连接的NBIOT通信模块、温湿度传感器模块、气压传感器模块、紫外线传感器模块、光照传感器模块、墨水屏显示模块及电源模块；

所述NBIOT通信模块包括分别与主控制模块相连的NBIOT用户识别模块、 NBIOT的BC95通信模块；

主控制模块为STM32L476MCU，主控制模块的VBAT、VSSA、VSS1、VSS2、VSS、 VSS4接3.3V的电源供电，VDDA、VDD1、VDD2、VDD3、VDD4接地；PC14、PC15 接32.768kHz晶振；PD0、PD1接8M晶振；NEST接复位按键电路；PB6接I2C1-SCL、 PB7接I2C1-SDA，连通温湿度传感器模块；PB6接I2C1-SCL、PB7接I2C1-SDA，连通气压传感器模块；PB6接I2C1-SCL、PB7接I2C1-SDA、PB15接ACK-6070、 PB14接RESET-6070，连通紫外线传感器模块；PB11接I2C2_SDA、PB13接I2C2_SCL、 PC6接INT_MAX44009,连通光照传感器模块；PC13接TFT-RS、PA15接TFT-CS、PB1接TFT-RESET、PB3接SPI3-CLK、PB4接SPI3-MISO、PB5接SPI3-MOSI，连通墨水屏显示模块；PC0接LPUART1-RX、PC1接LPUART-TX、PC8接NB-INT、 PC9接RESET-NB，连通NBIOT的BC95通信模块，NBIOT的用户识别模块通过 USIM-VDD、USIM-DATA、USIM-RST、USIM-CLK连接到BC95芯片上；

所述电源模块包括降压转换模块，降压稳压模块，USB充电模块、锂电池及 Led指示灯，降压转换模块包括提供电源降压功能的TPS54331降压转换器，降压稳压模块包括提供稳压功能的RT9013-3降压稳压器，USB充电模块包括对单节锂离子电池进行恒压/恒流线性充电的micro_USB接口和TPA4056芯片。

优选的，所述STM32L476MCU主控制模块、电源模块、温湿度传感器模块、气压传感器模块、紫外线传感器模块、光照传感器模块及NBIOT通信模块集成在同一块PCB板上。

优选的，所述温湿度传感器模块为sht20，气压传感器模块为BMP280，紫外线传感器模块为veml6070，光照传感器模块为MAX44009。

各传感器信号处理单元采用模块化设计，前后滤波、多级放大，各路传感器信号都集成在电路板内，且独立采集、处理，有效抑制了噪声信号和零点漂移，保证监测数据的真实性、准确性和有效性；

墨水屏显示模块，采用了电子纸显示，相比于现有的设备其抗干扰能力强，轻薄、工艺简单且功耗低，受外界光线影响较小，增强了显示性能，能适应更复杂的光纤沿线环境。

采用NBIOT通信模块，支持待机时间长、覆盖广，链接数量多，在同样的频段下，NBIOT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍。多连接，其具备支撑海量连接的能力，NBIOT一个扇区能够支持10万个连接，低功耗，NBIOT 终端模块的待机时间可长达10年。以降低部署成本、实现平滑升级。

本实用新型的有益效果：提供了一种结构简单、轻薄易装、易于投放、成本低廉、使用便捷、节能高效的一种NBIOT低功耗电力光纤沿线气象采集装置。它的主要特点是通过传感器将电力光纤所在环境的温湿度、气压、光照、紫外线等气象参数，通过墨水屏显示的同时，通过NBIOT与后台实时通信。有效降低了设备功耗，可广泛用于光纤等线路的环境数据采集；结构简单、轻薄易装、成本低廉、使用便捷、节能高效，实现了信息的低功耗、远距离传输。适用于电力光纤沿线环境的数据监测，为维护电力光纤提供便利；外观大方，操作方便，易于投放，可搭载在无人机上进行远程的投放安装，可适应复杂环境，便于大范围内使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型降压转换模块的结构示意图；

图3为本实用新型降压稳压模块的结构示意图；

图4为本实用新型USB充电模块的结构示意图；

图5(a)为本实用新型STM32L476MCU主控制模块的部分结构示意图；

图5(b)为本实用新型STM32L476MCU主控制模块的另一部分结构示意图；

图6为本实用新型温湿度传感器模块的结构示意图；

图7为本实用新型气压传感器模块的结构示意图；

图8为本实用新型光照传感器模块的结构示意图；

图9为本实用新型紫外线传感器模块的结构示意图；

图10为本实用新型墨水屏显示模块的结构示意图；

图11为本实用新型NBIOT用户识别模块的结构示意图；

图12为本实用新型NBIOT的BC95通信模块的结构示意图。

附图说明：1、主控制模块；2、电源模块；2-1、降压转换模块；2-2、降压稳压模块；2-3、USB充电模块；3、温湿度传感器模块；4、气压传感器模块； 5、紫外线传感器模块；6、光照传感器模块；7、墨水屏显示模块；8、NBIOT用户识别模块；9、BC95通信模块。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1-12所示的一种基于NBIOT的低功耗电力光纤沿线气象采集装置，包括主控制模块1及与主控制模块1电性连接的NBIOT通信模块、温湿度传感器模块3、气压传感器模块4、紫外线传感器模块5、光照传感器模块6、墨水屏显示模块7及电源模块2；

所述NBIOT通信模块包括分别与主控制模块1相连的NBIOT用户识别模块 8、NBIOT的BC95通信模块9；

主控制模块1为STM32L476MCU，主控制模块1的VBAT、VSSA、VSS1、VSS2、VSS、VSS4接3.3V的电源供电，VDDA、VDD1、VDD2、VDD3、VDD4接地；PC14、 PC15接32.768kHz晶振；PD0、PD1接8M晶振；NEST接复位按键电路；PB6接 I2C1-SCL、PB7接I2C1-SDA，连通温湿度传感器模块3；PB6接I2C1-SCL、PB7 接I2C1-SDA，连通气压传感器模块4；PB6接I2C1-SCL、PB7接I2C1-SDA、PB15 接ACK-6070、PB14接RESET-6070，连通紫外线传感器模块5；PB11接I2C2_SDA、PB13接I2C2_SCL、PC6接INT_MAX44009,连通光照传感器模块6；PC13接TFT-RS、 PA15接TFT-CS、PB1接TFT-RESET、PB3接SPI3-CLK、PB4接SPI3-MISO、PB5 接SPI3-MOSI，连通墨水屏显示模块7；PC0接LPUART1-RX、PC1接LPUART-TX、 PC8接NB-INT、PC9接RESET-NB，连通NBIOT的BC95通信模块9，NBIOT的用户识别模块8通过USIM-VDD、USIM-DATA、USIM-RST、USIM-CLK连接到BC95芯片上；

所述电源模块2包括降压转换模块2-1，降压稳压模块2-2，USB充电模块 2-3、锂电池及Led指示灯，led灯提供电源工作状态指示功能；降压转换模块 2-1包括提供电源降压功能的TPS54331降压转换器，降压稳压模块2-2包括提供稳压功能的RT9013-3降压稳压器，USB充电模块2-3包括对单节锂离子电池进行恒压/恒流线性充电的micro_USB接口和TPA4056芯片。

所述STM32L476MCU主控制模块1、电源模块2、温湿度传感器模块3、气压传感器模块4、紫外线传感器模块5、光照传感器模块6及NBIOT通信模块集成在同一块PCB板上。

所述温湿度传感器模块3为sht20，气压传感器模块4为BMP280，紫外线传感器模块5为veml6070，光照传感器模块6为MAX44009。

各传感器信号处理单元采用模块化设计，前后滤波、多级放大，各路传感器信号都集成在电路板内，且独立采集、处理，有效抑制了噪声信号和零点漂移，保证监测数据的真实性、准确性和有效性；

墨水屏显示模块7，采用了电子纸显示，相比于现有的设备其抗干扰能力强，轻薄、工艺简单且功耗低，受外界光线影响较小，增强了显示性能，能适应更复杂的光纤沿线环境。

采用NBIOT通信模块，支持待机时间长、覆盖广，链接数量多，在同样的频段下，NBIOT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍。多连接，其具备支撑海量连接的能力，NBIOT一个扇区能够支持10万个连接，低功耗，NBIOT 终端模块的待机时间可长达10年。以降低部署成本、实现平滑升级。

工作原理：

工作过程为STM32L476MCU主控制模块1上电后启动各传感器工作，传感器将所在环境参数发送给STM32L476MCU主控制模块1，STM32L476MCU主控制模块 1将环境参数经过处理后显示在墨水屏上，并通过NBIOT通信模块向后台传输。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于NBIOT的低功耗电力光纤沿线气象采集装置，其特征在于：包括主控制模块及与主控制模块电性连接的NBIOT通信模块、温湿度传感器模块、气压传感器模块、紫外线传感器模块、光照传感器模块、墨水屏显示模块及电源模块；

所述NBIOT通信模块包括分别与主控制模块相连的NBIOT用户识别模块、NBIOT的BC95通信模块；

主控制模块为STM32L476MCU，主控制模块的VBAT、VSSA、VSS1、VSS2、VSS、VSS4接3.3V的电源供电，VDDA、VDD1、VDD2、VDD3、VDD4接地；PC14、PC15接32.768kHz晶振；PD0、PD1接8M晶振；NEST接复位按键电路；PB6接I2C1-SCL、PB7接I2C1-SDA，连通温湿度传感器模块；PB6接I2C1-SCL、PB7接I2C1-SDA，连通气压传感器模块；PB6接I2C1-SCL、PB7接I2C1-SDA、PB15接ACK-6070、PB14接RESET-6070，连通紫外线传感器模块；PB11接I2C2_SDA、PB13接I2C2_SCL、PC6接INT_MAX44009,连通光照传感器模块；PC13接TFT-RS、PA15接TFT-CS、PB1接TFT-RESET、PB3接SPI3-CLK、PB4接SPI3-MISO、PB5接SPI3-MOSI，连通墨水屏显示模块； PC0接LPUART1-RX、PC1接LPUART-TX、PC8接NB-INT、PC9接RESET-NB，连通NBIOT的BC95通信模块，NBIOT的用户识别模块通过USIM-VDD、USIM-DATA、USIM-RST、USIM-CLK连接到BC95芯片上；

所述电源模块包括降压转换模块，降压稳压模块，USB充电模块、锂电池及Led指示灯，降压转换模块包括提供电源降压功能的TPS54331降压转换器，降压稳压模块包括提供稳压功能的RT9013-3降压稳压器，USB充电模块包括对单节锂离子电池进行恒压/恒流线性充电的micro_USB接口和TPA4056芯片。

2.根据权利要求1所述的一种基于NBIOT的低功耗电力光纤沿线气象采集装置，其特征在于：所述STM32L476MCU主控制模块、电源模块、温湿度传感器模块、气压传感器模块、紫外线传感器模块、光照传感器模块及NBIOT通信模块集成在同一块PCB板上。

3.根据权利要求1所述的一种基于NBIOT的低功耗电力光纤沿线气象采集装置，其特征在于：所述温湿度传感器模块为sht20，气压传感器模块为BMP280，紫外线传感器模块为veml6070，光照传感器模块为MAX44009 。