CN209746776U - 新型LoRa无线通信模块及其计量仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型LoRa无线通信模块，包括电源电路、LoRa无线通信电路、第一控制器电路、第一存储电路、第二控制器电路、第二存储电路和仪表接口；电源电路供电；LoRa无线通信电路根据第一控制器电路的控制将数据对外发送，或者接收外部下发的数据指令并传递给第一控制器电路；第一控制器电路与第二控制器电路交互数据；第二控制器电路通过仪表接口连接外部仪表，获取数据并上传，或者接收下发数据并传递给外部仪表；第一存储电路和第二存储电路均存储数据。本实用新型还公开了包括所述新型LoRa无线通信模块的计量仪表。本实用新型可靠性更高，速率更快，而且不需要占用网络号码资源，成本相对较低，而且能耗也较低。

Description

新型LoRa无线通信模块及其计量仪表

技术领域

本实用新型具体涉及一种新型LoRa无线通信模块及其计量仪表。

背景技术

随着经济技术的发展，计量仪表已经广泛应用于人们的生产和生活中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。计量仪表一般都用于电、水、气和热量的计量，因此计量数据的上传就成为了计量仪表的重要任务之一。

对于以往的计量仪表，一般采用的都是手抄式的方式获取计量仪表的数据：工作人员到达现场后，人工抄读计量仪表的读数并带回。这种方式费时费力，而且效率极低。而随着无线网络技术的发展，同时也为了方便计量系统的使用以及提高自动化水平，计量仪表现在广泛都要求采用无线数据上传的方式，即计量仪表适时将数据通过无线通信网络上传给计量系统主站，从而实现无人抄表的数据自动上传。

但是，老旧水表如果进行现在常用的蜂窝网络升级，或者直接采用现有的蜂窝网络进行组网和传输数据，则存在如下问题：

信号覆盖不足：很多计量仪表等设备布局在人口稀少或环境复杂的区域，运营商网络覆盖盲区或信号强度不足，难以保障数据的稳定传输；

功耗较大：现有的蜂窝网络通信，需要耗费大量能量；因此使得设备需要频繁更换电池，这在很多恶劣环境下很难实现；

费效比低：设备单次传输数据极小，传输频次很低，而目前蜂窝网络为宽带设计，采用蜂窝网络要占用网络号码资源，还会产生包月流量费用。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种可靠性高、能耗较低且成本低廉的新型LoRa无线通信模块。

本实用新型的目的之二在于提供一种计量仪表，该计量仪表包括了所述的新型LoRa无线通信模块。

本实用新型提供的这种新型LoRa无线通信模块，包括电源电路、LoRa无线通信电路、第一控制器电路、第一存储电路、第二控制器电路、第二存储电路和仪表接口；LoRa无线通信电路、第一控制器电路、第二控制器电路和仪表接口依次串接；第一存储电路与第一控制器电路连接；第二存储电路与第二控制器电路连接；电源电路给所述新型LoRa无线通信模块供电；LoRa无线通信电路用于根据第一控制器电路的控制将数据对外发送，或者接收外部下发的数据指令并传递给第一控制器电路；第一控制器电路用于控制LoRa无线通信电路工作，同时与第二控制器电路进行数据交互；第二控制器电路通过仪表接口连接外部仪表，从而获取外部仪表的数据并上传给第一控制器电路，或者接收第一控制器下发的数据并传递给外部仪表；第一存储电路用于存储第一控制器电路的数据；第二存储电路用于存储第二控制器电路的数据。

所述的LoRa无线通信电路包括LoRa无线通信芯片子电路、发送匹配子电路、接收匹配子电路、收发开关子电路和天线；发送匹配子电路和接收匹配子电路均与LoRa无线通信芯片子电路连接；发送匹配子电路和接收匹配子电路同时也与收发开关子电路连接；天线与收发开关子电路连接；LoRa无线通信芯片子电路将需要发送的数据通过发送匹配子电路进行阻抗匹配后，通过收发开关子电路和天线对外发送；天线接收外部下发的数据后，通过收发开关子电路，再通过接收匹配子电路进行匹配后下发至LoRa无线通信芯片子电路。

所述的LoRa无线通信芯片子电路为由型号为SX1262的LoRa通信芯片构成的电路。

所述的发送匹配子电路为PI型阻抗匹配电路。

所述的接收匹配子电路为差分阻抗匹配电路。

所述的收发开关子电路为由型号为UPG2179TB-E4-A的S波段SPDT开关构成的电路。

所述的第一控制器电路为由型号为R5F100PJ的控制器芯片构成的电路。

所述的第二控制器电路为由型号为MK20DN512VLL10的控制器芯片构成的电路。

所述的第一存储电路和第二存储电路均为由型号为S25FL064K的FLASH芯片构成的电路。

本实用新型还提供了一种计量仪表，该计量仪表包括了所述的新型LoRa无线通信模块。

本实用新型提供的这种新型LoRa无线通信模块及其计量仪表，通过可靠的电路设计，实现了新型的LoRa无线通信，而且通过接口与现有的计量仪表相连，可以将现有的计量仪表的数据通过LoRa无线模块远程发送，而且采用LoRa无线通信的方式进行数据收发，可靠性更高，速率更快，而且不需要占用网络号码资源，成本相对较低，而且能耗也较低。

附图说明

图1为本实用新型的功能模块图。

图2为本实用新型的LoRa无线通信电路的电路原理示意图。

图3为本实用新型的第一控制器电路的电路原理示意图。

图4为本实用新型的第一存储电路的电路原理示意图。

图5为本实用新型的第二控制器电路的电路原理示意图。

图6为本实用新型的第二存储电路的电路原理示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的这种新型LoRa无线通信模块，包括电源电路、LoRa无线通信电路、第一控制器电路、第一存储电路、第二控制器电路、第二存储电路和仪表接口；LoRa无线通信电路、第一控制器电路、第二控制器电路和仪表接口依次串接；第一存储电路与第一控制器电路连接；第二存储电路与第二控制器电路连接；电源电路给所述新型LoRa无线通信模块供电；LoRa无线通信电路用于根据第一控制器电路的控制将数据对外发送，或者接收外部下发的数据指令并传递给第一控制器电路；第一控制器电路用于控制LoRa无线通信电路工作，同时与第二控制器电路进行数据交互；第二控制器电路通过仪表接口连接外部仪表，从而获取外部仪表的数据并上传给第一控制器电路，或者接收第一控制器下发的数据并传递给外部仪表；第一存储电路用于存储第一控制器电路的数据；第二存储电路用于存储第二控制器电路的数据。

如图2所示为本实用新型的LoRa无线通信电路的电路原理示意图：LoRa无线通信电路包括LoRa无线通信芯片子电路、发送匹配子电路、接收匹配子电路、收发开关子电路和天线(图中标示ANT)；发送匹配子电路和接收匹配子电路均与LoRa无线通信芯片子电路连接；发送匹配子电路和接收匹配子电路同时也与收发开关子电路连接；天线与收发开关子电路连接；LoRa无线通信芯片子电路将需要发送的数据通过发送匹配子电路进行阻抗匹配后，通过收发开关子电路和天线对外发送；天线接收外部下发的数据后，通过收发开关子电路，再通过接收匹配子电路进行匹配后下发至LoRa无线通信芯片子电路。

在图2中，LoRa无线通信芯片子电路为由型号为SX1262的LoRa通信芯片(图中标示U1)构成的电路；发送匹配子电路为PI型阻抗匹配电路(包括电容C7、C9和C10，以及电感L3)；接收匹配子电路为差分阻抗匹配电路(包括电容C18、C20和C21，以及电感L6)；收发开关子电路为由型号为UPG2179TB-E4-A的S波段SPDT开关(图中标示U2)构成的电路。

具体的，LoRa通信芯片的1比较直接连接电源信号V3P3，同时也通过滤波电容C6接地滤波；芯片的2脚直接接地；芯片的3脚和6脚之间连接晶振电路(图中标示晶振X1，以及滤波电容C3、C4和滤波电感B1)并获取晶振信号；芯片的4脚悬空；芯片的5脚直接接地；芯片的7脚与8脚之间直接连接电感L5，同时7脚也直接通过滤波电容C15接地；芯片的8脚直接接地；芯片的10脚和11脚均直接连接电源信号V3P3，同时也通过滤波电容C16和C19接地滤波；芯片的12脚作为数字信号输入/输出引脚并连接到第一控制器电路；芯片的14～18脚连接第一控制器电路的SPI通信引脚，并作为SPI通信引脚进行通信和数据交互；芯片的20脚直接接地；芯片的21和22脚为输入引脚，其直接连接接收匹配子电路：其中，21脚通过电容C21接地，22脚通过电容C18连接开关芯片U2的3脚，21脚和22脚之间并联电感L6；芯片的23脚和24脚则连接发送匹配子电路：其中，24脚通过电容C11和C14接地滤波后，再通过电感L2滤波后连接23脚，23脚则直接通过LC滤波电路(电容C5和电感L2)后，连接PI型阻抗匹配电路(包括电容C7、C9和C10，以及电感L3)，并最终连接到开关芯片U2的1脚；芯片的25脚直接接地。

S波段SPDT开关(图中标示U2)的2脚直接接地；芯片的5脚通过隔离电容C12后，再通过保护二极管V1进行接地保护，并最终连接天线ANT；芯片的4脚和6脚为开关芯片控制引脚，并均连接第一控制器电路的输出引脚；当RXE为高电平且TXE为低电平时，开关为接收状态；当RXE为低电平且TXE为高电平时，开关为发送状态。

如图3所示为本实用新型的第一控制器电路的电路原理示意图：第一控制器电路为由型号为R5F100PJ的控制器芯片构成的电路；芯片的12脚和13脚为芯片的输出引脚并连接外部串口(包括信号TOOL0和SWD_RST)；芯片的13脚则通过电阻R8连接第二控制器电路并输出复位信号；芯片的19脚直接通过电容C25接地滤波；芯片的20脚和21脚均直接接地；芯片的22脚和23脚均直接连接电源信号V3P3，并通过滤波电容C22和C23接地滤波；芯片的27脚和60脚为控制信号引脚并连接S波段SPDT开关，用于控制S波段SPDT开关的数据传输方向(接收或发送)；芯片的28脚和35脚均直接连接LoRa通信芯片；芯片的53脚直接连接电源信号V3P3并通过电容C26接地滤波；芯片的59脚直接通过上拉电阻R63连接电源信号，并通过电容C17接地滤波，同时也直接连接LoRa无线通信芯片子电路并输出复位信号；芯片的65脚和66脚为通信引脚，连接第二控制器电路的UART接口(作为UART0接口)并输出对应的信息给第二控制器电路；芯片的67～70脚作为通信引脚连接LoRa通信芯片并进行数据交互；芯片的93～97脚连接第一存储电路；芯片的99脚和100脚作为UART3引脚连接第二控制器电路，并进行数据交互。

如图4所示为本实用新型的第一存储电路的电路原理示意图：第一存储电路为由型号为S25FL064K的FLASH芯片构成的电路；芯片的1脚连接第一控制器电路的96脚，用于获取控制信号；芯片的2脚作为数据输出引脚，连接第一控制器电路的94脚，用于将存储芯片的数据输出到第一控制器电路；芯片的3脚连接第一控制器电路的97脚，用于获取存储芯片的控制信号(存储状态还是数据输出状态)；芯片的4脚直接接地；芯片的5脚连接第一控制器电路的95脚，用于获取第一控制器电路输出的数据并进行存储；芯片的6脚连接第一控制器电路的93脚，用于获取时钟信号；芯片的7脚通过上拉电阻R47连接电源信号V3P3；芯片的8脚直接连接电源信号V3P3，并通过滤波电容C39接地滤波。

如图5所示为本实用新型的第二控制器电路的电路原理示意图：第二控制器电路为由型号为MK20DN512VLL10的控制器芯片构成的电路；芯片的1脚～4脚、7脚均直接连接第二存储电路；芯片的8脚、22脚、23脚、30脚、40脚、48脚、75脚和89脚均直接连接电源信号V3P3；芯片的9脚、24脚、25脚、41脚、49脚、74脚和88脚均直接接地；芯片的28脚和29脚连接晶振电路(包括晶振Y1，以及电容C14和C16)；芯片的33脚连接第一控制器电路的13脚，并获取复位信号；芯片的34脚、37脚和52脚作为芯片的程序下载引脚，用于芯片的程序下载和调试；芯片的58脚和59脚为UART3接口，用于连接第一控制器电路65脚和66脚并进行数据交互；芯片的62和63脚作为UART0通信接口，用于连接第一控制器电路99脚和100脚并进行数据交互；芯片的86脚和87脚作为UART4接口，用于连接外部的计量仪表并进行对应的数据交互和通信；芯片的96脚和95脚作为UART2通信接口，用于连接外部的其他设备(比如打印机)并进行对应的操作。

如图6所示为本实用新型的第二存储电路的电路原理示意图：第二存储电路为由型号为S25FL064K的FLASH芯片构成的电路；芯片的1脚连接第二控制器电路的1脚，用于获取控制信号；芯片的2脚作为数据输出引脚，连接第二控制器电路的4脚，用于将存储芯片的数据输出到第二控制器电路；芯片的3脚连接第二控制器电路的7脚，用于获取存储芯片的控制信号(存储状态还是数据输出状态)；芯片的4脚直接接地；芯片的5脚连接第二控制器电路的2脚，用于获取第二控制器电路输出的数据并进行存储；芯片的6脚连接第二控制器电路的3脚，用于获取时钟信号；芯片的7脚通过上拉电阻R6连接电源信号V3P3；芯片的8脚直接连接电源信号V3P3，并通过滤波电容C8接地滤波。

本申请提供的这种新型LoRa无线通信模块，可用于其他任何需要进行无线通信的电子设备，包括各类型的计量仪表(比如电能表、水表、燃气表、热量表等)、电能管理终端、配电终端、电能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表、手抄器、故障指示器等。

Claims (10)

1.一种新型LoRa无线通信模块，其特征在于包括电源电路、LoRa无线通信电路、第一控制器电路、第一存储电路、第二控制器电路、第二存储电路和仪表接口；LoRa无线通信电路、第一控制器电路、第二控制器电路和仪表接口依次串接；第一存储电路与第一控制器电路连接；第二存储电路与第二控制器电路连接；电源电路给所述新型LoRa无线通信模块供电；LoRa无线通信电路用于根据第一控制器电路的控制将数据对外发送，或者接收外部下发的数据指令并传递给第一控制器电路；第一控制器电路用于控制LoRa无线通信电路工作，同时与第二控制器电路进行数据交互；第二控制器电路通过仪表接口连接外部仪表，从而获取外部仪表的数据并上传给第一控制器电路，或者接收第一控制器下发的数据并传递给外部仪表；第一存储电路用于存储第一控制器电路的数据；第二存储电路用于存储第二控制器电路的数据。

2.根据权利要求1所述的新型LoRa无线通信模块，其特征在于所述的LoRa无线通信电路包括LoRa无线通信芯片子电路、发送匹配子电路、接收匹配子电路、收发开关子电路和天线；发送匹配子电路和接收匹配子电路均与LoRa无线通信芯片子电路连接；发送匹配子电路和接收匹配子电路同时也与收发开关子电路连接；天线与收发开关子电路连接；LoRa无线通信芯片子电路将需要发送的数据通过发送匹配子电路进行阻抗匹配后，通过收发开关子电路和天线对外发送；天线接收外部下发的数据后，通过收发开关子电路，再通过接收匹配子电路进行匹配后下发至LoRa无线通信芯片子电路。

3.根据权利要求2所述的新型LoRa无线通信模块，其特征在于所述的LoRa无线通信芯片子电路为由型号为SX1262的LoRa通信芯片构成的电路。

4.根据权利要求2所述的新型LoRa无线通信模块，其特征在于所述的发送匹配子电路为PI型阻抗匹配电路。

5.根据权利要求2所述的新型LoRa无线通信模块，其特征在于所述的接收匹配子电路为差分阻抗匹配电路。

6.根据权利要求2所述的新型LoRa无线通信模块，其特征在于所述的收发开关子电路为由型号为UPG2179TB-E4-A的S波段SPDT开关构成的电路。

7.根据权利要求1～6之一所述的新型LoRa无线通信模块，其特征在于所述的第一控制器电路为由型号为R5F100PJ的控制器芯片构成的电路。

8.根据权利要求1～6之一所述的新型LoRa无线通信模块，其特征在于所述的第二控制器电路为由型号为MK20DN512VLL10的控制器芯片构成的电路。

9.根据权利要求1～6之一所述的新型LoRa无线通信模块，其特征在于所述的第一存储电路和第二存储电路均为由型号为S25FL064K的FLASH芯片构成的电路。

10.一种计量仪表，其特征在于包括了权利要求1～9之一所述的新型LoRa无线通信模块。