CN209979098U - 一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表 - Google Patents
一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及通讯技术领域，尤其为一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，包括智能热量表、主控芯片以及汇聚节点芯片，所述智能热量表与主控芯片的RS‑485接口相连，该第一射频芯片连接有第一高精滤波器，该第二射频芯片连接有第二高精滤波器，所述第一射频芯片通过第一高精滤波器与第二射频芯片通过第二高精滤波器之间建立通讯连接，所述汇聚节点芯片通过GPRS模块将获取智能热量表采集的数据上传到集抄管理中心。本实用新型，通过使用第一、第二高精滤波器来进一步提主控芯片、汇聚节点芯片的滤波特性，达到系统间共存所需的隔离度，从而改善并提高滤波精度，从而实现有效解决无线频谱(率)干扰的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及通讯技术领域，具体为一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表。
背景技术
热量计量是城市集中供热系统中，对供热介质从热源得到的热量或用户消耗的热量所进行的计量。目前传统的热量采集系统通过有线连接方式获取热量表采集的数据，然而，这样会存在布线困难，且数据采集易受管线干扰等问题。现有技术中，虽然有采用LoRa无线通信方式的获取热量表采集的数据的技术，诸如：授权公告号CN208314986U的基于LoRa无线通讯技术的智能热量表采用LoRa无线通讯技术，通过无线连接方式获取热量表采集的数据，不会存在布线困难的问题，且数据采集不会受到管线干扰。但是还存在以下的问题：由于在一个地区的热量表数量较多，导致LoRa设备和网络部署的增多，相互之间会出现一定的频谱干扰。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，包括智能热量表、主控芯片以及汇聚节点芯片，所述智能热量表与主控芯片的RS-485接口相连，所述主控芯片连接有第一射频芯片，该第一射频芯片连接有第一高精滤波器，所述汇聚节点芯片连接有第二射频芯片，该第二射频芯片连接有第二高精滤波器，所述第一射频芯片通过第一高精滤波器与第二射频芯片通过第二高精滤波器之间建立通讯连接，所述汇聚节点芯片通过GPRS模块将获取智能热量表采集的数据上传到集抄管理中心。
优选的，还包括两组电源管理芯片，每组电源管理芯片分别与主控芯片、汇聚节点芯片对应连接。
优选的，所述电源管理芯片连接有DC-DC模块，每个DC-DC模块分别对应连接到主控芯片、汇聚节点芯片的电源接口。
优选的，所述第一高精滤波器与第二高精滤波器结构相同，均采用声表面滤波器。
优选的，所述电源管理芯片采用U6215芯片，所述DC-DC模块基于ADM3251E 芯片。
优选的，所述主控芯片与汇聚节点芯片结构相同，均具有RS-232接口、JTAG 接口，其中：所述汇聚节点芯片还连接有USB接口，所述第一射频芯片、第二射频芯片结构相同。
优选的，所述主控芯片与汇聚节点芯片均采用STM32F103ZET芯片，所述第一射频芯片、第二射频芯片均采用SX1278芯片。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型，包括智能热量表的集抄管理中心、主控芯片盒汇聚节点芯片、第一射频芯片和第二射频芯片、第一高精滤波器和第二高精滤波器、GPRS公网和网络节点，其中网络节点包括汇聚节点、终端的采集节点。该热量表的终端的采集节点和汇聚节点之间采用LoRa无线一对多的通信方式分布在楼宇智能热量表内，采集智能热量表用热量息及状态信息；汇聚节点负责收发采集节点的数据，并通过GPRS公网将数据上传到智能热量表的集抄管理中心。采集节点向下与智能热量表的集抄管理中心根据Modbus通信规约通过RS48方式连接，向上借助LoRa网络的超长距离无线通信能力与汇聚节点通信，将采集的热量数据通过汇聚节点传回智能热量表的集抄管理中心，
本实用新型，通过使用第一高精滤波器、第二高精滤波器对应来进一步提主控芯片(和第一射频芯片)、汇聚节点芯片(和第二射频芯片)的滤波特性，达到系统间共存所需的隔离度，从而改善并提高滤波精度，从而实现有效解决无线频谱(率)干扰的目的。
本实用新型，具有通信距离远、抗干扰能力更强、功耗较低以及较高的系统稳定性，为供热部门远程智能管理热量表，提高了工作效率、管理水平和服务质量，同时组网便捷，并且成本低，能很好的满足无线智能抄表系统需求，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型网络拓扑图；
图2为本实用新型结构原理框图；
图3为本实用新型采集节点流程图；
图4为本实用新型汇聚节点流程图。
具体实施方式
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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1～4，本实用新型提供一种技术方案：
一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，包括智能热量表、主控芯片以及汇聚节点芯片，所述智能热量表与主控芯片的RS-485接口相连，所述主控芯片连接有第一射频芯片，该第一射频芯片连接有第一高精滤波器，所述汇聚节点芯片连接有第二射频芯片，该第二射频芯片连接有第二高精滤波器，所述第一射频芯片通过第一高精滤波器与第二射频芯片通过第二高精滤波器之间建立通讯连接，所述汇聚节点芯片通过GPRS模块将获取智能热量表采集的数据上传到集抄管理中心。
还包括两组电源管理芯片，每组电源管理芯片分别与主控芯片、汇聚节点芯片对应连接，在本方案中，设计了电源管理芯片，用于对主控芯片、汇聚节点芯片进行供电，由于LoRa通信为低功耗，电源模块(电池)使用寿命较长，可达数年以上，而由于在一个区域内如数个小区数栋内存在较多用户采集节点，所以预留有电源管理芯片，当在电源管理芯片的电源线接入到供电线中，即可实现为主控芯片、汇聚节点芯片进行供电，此功能为选用，当电源模块接近使用寿命极限时可以将电源线接入到供电线，以便对两个芯片进行供电，以便对所有(或局部)电源模块进行更换，更换后在将电源线从供电线上断开，以便完成电池维护。
所述主控芯片与汇聚节点芯片结构相同，均具有RS-232接口、JTAG接口，其中：所述汇聚节点芯片还连接有USB接口，所述第一射频芯片、第二射频芯片结构相同。所述主控芯片与汇聚节点芯片均采用STM32F103ZET芯片，所述第一射频芯片、第二射频芯片均采用SX1278芯片。
所述电源管理芯片连接有DC-DC模块，每个DC-DC模块分别对应连接到主控芯片、汇聚节点芯片的电源接口，所述电源管理芯片采用U6215芯片，所述DC-DC模块基于ADM3251E芯片，本方案中，U6215芯片支持AC220V到DC5V、支持功率2.5W至6W，然后再经过ADM3251E芯片将直流5V电压转成3.3V，以便为两个STM32F103ZET进行供电，本方案中，DC5V转DC3.5V为现有技术，参照：实现ADM3251E与3.3V系统的RS-232接口隔离-作者：晶圆技术部或5V到3.3V 转换电路AMS1117典型电路等，在此不赘述。
所述第一高精滤波器与第二高精滤波器结构相同，均采用声表面滤波器，用来限制干扰信号，减规定频带以外的信号，可以有效缓解干扰问题，通过使用第一高精滤波器、第二高精滤波器对应来进一步提主控芯片(和第一射频芯片)、汇聚节点芯片(和第二射频芯片)的滤波特性，达到系统间共存所需的隔离度，从而改善并提高滤波精度，从而实现有效解决无线频谱(率)干扰的目的。
本实用新型，主控芯片与汇聚节点芯片均采用STM32F103ZET芯片，该芯片是基于ARM 32位的cortex-M3架构的微处理器，最高72MHz工作频率，内置 512K字节大容量存储器以及高速SRAM，轻易满足热量无线集抄系统所需的空间。同时STM32F10睡眠、停止以及待机3种低功耗工作模式，方便了系统低功耗设计，并且具有优越的计算性能和中断响应系统。硬件设计中，第一射频芯片、第二射频芯片均为SX1278射频芯片，是一种高度集成低功耗半双工小功率无线数据传输模块，具有传输距离远、信号的穿透性强、数据接收和发送稳定等特点。
本实用新型，采集节点符合国家规定的热量表如超声波式热量表，具有热量采集计算计、数据存储和RS-485与外界通信的接口等功能。如图1、2所示，主控芯片、第一射频芯片主要负责智能热量表数据的采集和控制，另一方面响应汇聚节点下发的指令，将采集的数据上传汇聚节点，实现对智能热量表的热量数据采集以及远程费控等功能，汇聚节点芯片、第二射频芯片主要用于转发汇聚节点和采集节点之间的指令及数据信息，扩展无线抄表传输范，并负责无线网络指令的下达、数据的接收与上传、系统的检测以及管理等功能，通过LoRa 无线网络接收区域内采集节点上传的热量数据，并通过GPRS网络，将数据上传至集抄管理中心；同时下发集抄管理中心的命令到LoRa网络任意采集节点。
本实用新型，可分为定时抄表，以及单播、广播抄表。抄表网络环境搭建后，汇聚节点与采集节点之间能即建立一对多的映射关系，以实现釆集节点上电就能采集电表数据，为网络的远程管理提供了便利。
本实用新型，采集节点(主要是智能热量表、主控芯片以及第一射频芯片) 既要完成采集电能表的数据，也需通过LoRa网络上传和接收数据及命令。采集节点接收汇聚节点(主要是汇聚节点芯片、第二射频芯片)下发的命令后，首先对数据进行CRC16校验确保数据准确无误，其次根据报文中帧命令执行相应的操作，执行完将相应数据信息上传给汇聚节点，采集节点软件工作流程如图3 所示。
本实用新型，汇聚节点需与LoRa无线网络通信，也需与GPRS公网进行通信，其软件设计流程图如图4所示。汇聚节点接收到集抄管理中心下发报文或采集节点上传报文数据时，也会对报文数据进行CRC校验确保数据准确无误。同时通过报文中命令，判断是集抄中心下发的报文还是采集节点上传的报文。如为下发报文，则通过设备号判断是自己还是对采集器操作；如为上传报文，且对接收的数据CRC校验正确，则通过GPRS上传集抄管理中心。
本实用新型，系统软件设计采用uCOS-Ⅲ实时操作系统，它以任务调度机制为核心，保证了多任务在uCOS-Ⅲ系统上并发执行。首先系统调用OS_Init() 函数初始化uC/OS-Ⅲ操作系统，创建空闲任务和统计任务；其次调用BSP_Init： ()函数对系统硬件初始化，调用OSTaskCrcatc()建立了一个TaskMain任务，且在其任务内创建2个子任务，分别是a_task、b_task；最后执行OSStart ()，由uCOS-Ⅲ内核执行多任务。同时，设计了应用层自定义数据协议，保证了数据准确无镊。采集节点采用休眠一唤醒一休眠的循环工作模式，有效降低了系统功耗。
本实用新型，包括智能热量表的集抄管理中心、主控芯片盒汇聚节点芯片、第一射频芯片和第二射频芯片、第一高精滤波器和第二高精滤波器、GPRS公网和网络节点，其中网络节点包括汇聚节点、终端的采集节点。该热量表的终端的采集节点和汇聚节点之间采用LoRa无线一对多的通信方式分布在楼宇智能热量表内，采集智能热量表用热量息及状态信息；汇聚节点负责收发采集节点的数据，并通过GPRS公网将数据上传到智能热量表的集抄管理中心。采集节点向下与智能热量表的集抄管理中心根据Modbus通信规约通过RS48方式连接，向上借助LoRa网络的超长距离无线通信能力与汇聚节点通信，将采集的热量数据通过汇聚节点传回智能热量表的集抄管理中心，通过使用第一高精滤波器、第二高精滤波器对应来进一步提主控芯片(和第一射频芯片)、汇聚节点芯片(和第二射频芯片)的滤波特性，达到系统间共存所需的隔离度，从而改善并提高滤波精度，从而实现有效解决无线频谱(率)干扰的目的。具有通信距离远、抗干扰能力更强、功耗较低以及较高的系统稳定性，为供热部门远程智能管理热量表，提高了工作效率、管理水平和服务质量，同时组网便捷，并且成本低，能很好的满足无线智能抄表系统需求，具有广泛的应用前景。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，包括智能热量表、主控芯片以及汇聚节点芯片，其特征在于：所述智能热量表与主控芯片的RS-485接口相连，所述主控芯片连接有第一射频芯片，该第一射频芯片连接有第一高精滤波器，所述汇聚节点芯片连接有第二射频芯片，该第二射频芯片连接有第二高精滤波器，所述第一射频芯片通过第一高精滤波器与第二射频芯片通过第二高精滤波器之间建立通讯连接，所述汇聚节点芯片通过GPRS模块将获取智能热量表采集的数据上传到集抄管理中心。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，其特征在于：还包括两组电源管理芯片，每组电源管理芯片分别与主控芯片、汇聚节点芯片对应连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，其特征在于：所述电源管理芯片连接有DC-DC模块，每个DC-DC模块分别对应连接到主控芯片、汇聚节点芯片的电源接口。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，其特征在于：所述第一高精滤波器与第二高精滤波器结构相同，均采用声表面滤波器。
5.根据权利要求3所述的一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，其特征在于：所述电源管理芯片采用U6215芯片，所述DC-DC模块基于ADM3251E芯片。
6.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，其特征在于：所述主控芯片与汇聚节点芯片结构相同，均具有RS-232接口、JTAG接口，其中：所述汇聚节点芯片还连接有USB接口，所述第一射频芯片、第二射频芯片结构相同。
7.根据权利要求6所述的一种基于LoRa无线通讯技术的智能热量表，其特征在于：所述主控芯片与汇聚节点芯片均采用STM32F103ZET芯片，所述第一射频芯片、第二射频芯片均采用SX1278芯片。
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