CN211128202U - 一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器 - Google Patents

Abstract

一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，包括信号激励电路模块、检测传感器、信号处理电路模块、处理器、显示模块、LoRa远传通讯模块以及LoRa模组配置电路模块；信号激励电路模块连接检测传感器，检测传感器连接信号处理电路模块，信号处理电路模块连接处理器，处理器同时连接显示模块和LoRa远传通讯模块，LoRa远传通讯模块连接LoRa模组配置电路模块；通过本实施例的LoRa压力变送器的低功耗远距离可以实现分散油气井口的的数据通讯，省去现场布线环节，减少现场网关数量；同时采用红外配置方式可以在不开盖的情况下完成仪表网络参数的配置，便于现场的安装调试，提高生产效率。

Description

一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器

技术领域

本实用新型属于油气田井口设备领域，尤其涉及一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器。

背景技术

随着石油天然气工业的发展和含硫天然气田的不断开发，油气井分布范围不断扩大，对高压油气井进行科学管理，保障安全生产，是油气开采行业需要解决的关键问题。这就需求控制中心实时监测井口状态，国内外各大油气田作业区纷纷部署井口参数监测设备。

新疆卡拉玛依油田作为西北地区较大的能源开采基地，也在不断升级优化井口设备。目前使用的压力变送器比较多的包括RS485总线仪表、4-20mA有线仪表和ZigBee无线通讯仪表，国内各家供应商也在紧罗密布地推广各种数字化测量设备，井口设备种类齐全，使得油田开采工作进入数字化远程监测阶段。

随着技术的发展、传统的RS485总线仪表和4-20mA有线仪表在现场使用过程中需要挖沟布线，而在寒冷的冬天北方地区的施工开展比较艰难，而且一旦线路出问题，现场维护工作量较大。这给无线仪表的推广提供了一个新的契机。ZigBee仪表的通讯距离受到了很大的限制，并且节点较多，不利于分散设备的井口使用。LoRa通讯仪表解决了距离较远、井口设备分散的问题，同时具有低功耗远距离传输的优点，正在逐步广泛的被使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其解决了距离较远、井口设备分散的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，该压力变送器包括信号激励电路模块、检测传感器、信号处理电路模块、处理器、显示模块、LoRa远传通讯模块以及LoRa模组配置电路模块；

所述信号激励电路模块产生的恒定电流信号经过检测传感器后转变为随压力呈线性关系的电信号电压值，经过信号处理电路模块调理滤波后进入处理器内部ADC的模拟量输入口，采集的电信号2进制数通过处理器内部运算、单位换算后通过显示模块显示于表头液晶屏幕，同时，根据用户设定的时间间隔通过LoRa远传通讯模块上传数据至网关；

在LoRa远传通讯模块使用之前，需采用LoRa模组配置电路模块进行网络参数与模块参数配置，配置完成后LoRa远传通讯模块可以加入现场网络系统中；

所述信号激励电路模块连接检测传感器，检测传感器连接信号处理电路模块，信号处理电路模块连接处理器，处理器同时连接显示模块和LoRa远传通讯模块，LoRa远传通讯模块连接LoRa模组配置电路模块。

进一步：所述信号激励电路模块包括电源VDD1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、滤波电容C2、稳压芯片U1以及运算放大器U2；

所述电源VDD1通过电阻R1在稳压芯片U1的四脚处产生一定电压V1的参考电压；

所述参考电压通过滤波电容C2确保参考电压的稳定性；

所述参考电压流经电阻R2、电阻R3分压网络后在运算放大器 U2同相端产生一定电压V2；

所述运算放大器U2同相端产生一定电压V2，在电阻R4上形成恒定电流源Icon；

所述恒定电流源Icon经负载传感器在DRI+、DRI-两端产生的差模电压被单片机采集，电源VDD1通过电容C1去耦合。

进一步：所述稳压芯片U1型号为LM285D-1-2。

进一步：所述运算放大器U2型号为TLC27L2CDR。

进一步：所述电源VDD1支持3～16V。

进一步：所述处理器为TI公司的工业级16位低功耗单片机。

进一步：所述显示模块采用128段LCD低功耗液晶屏显示实时测量数据。

进一步：所述LoRa远传通讯模块采用的LoRaWAN无线模组 AI78S是深圳市艾森智能技术有限公司开发的基于LoRa/LoRaWAN 协议的无线射频模块。

进一步：所述LoRa模组配置电路模块包括红外收发模块、IrDA 红外解码芯片、双2选1模拟开关；

所述红外收发模块通过IrDA红外解码芯片解析出串口TTL信号，经过处理器控制的双2选1模拟开关切换至串口TTL信号连接LoRa远传通讯模块。

所述LoRa模组配置电路模块需结合配置遥控模块共同完成模块参数和网络参数的配置；

所述配置遥控模块由红外收发模块、IrDA红外解码芯片、USB 转串口芯片、USB接口四部分组成；

所述红外收发模块通过IrDA红外解码芯片解析出串口TTL信号，再经过USB转串口芯片转为USB信号，供用户使用计算机配置；

进一步：所述信号激励电路模块为浮地的恒流源电路模块。

与现有技术相比，本申请具有的有益效果是：

本实用新型研制的LoRa压力变送器的低功耗远距离可以实现分散油气井口的的数据通讯，省去现场布线环节，减少现场网关数量；同时红外配置方式可以在不开盖的情况下完成仪表网络参数的配置，便于现场的安装调试，提高生产效率。

附图说明

图1为本实用新型的系统组成框架图；

图2为本实用新型信号激励电路模块的电路图；

图3为本实用新型的LoRa模组配置电路模块框图；

图4为本实用新型的红外收发电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，包括信号激励电路模块、检测传感器、信号处理电路模块、处理器、显示模块、LoRa远传通讯模块以及LoRa模组配置电路模块。

所述信号激励电路模块产生的恒定电流信号经过检测传感器后转变为随压力呈线性关系的电信号电压值，经过信号处理电路模块调理滤波后进入处理器内部ADC的模拟量输入口，采集的电信号2进制数通过处理器内部运算、单位换算后通过显示模块显示于表头液晶屏幕，同时，根据用户设定的时间间隔通过LoRa远传通讯模块上传数据至网关。在LoRa远传通讯模块使用之前，需采用LoRa模组配置电路模块进行网络参数与模块参数配置，配置完成后LoRa远传通讯模块可以加入现场网络系统中。

信号激励电路模块连接检测传感器，检测传感器连接信号处理电路模块，信号处理电路模块连接处理器，处理器同时连接显示模块和 LoRa远传通讯模块，LoRa远传通讯模块连接LoRa模组配置电路模块；

参照图2，其中信号激励电路采用一种简单的低成本恒流源电路，该电路为浮地的恒流源。

信号激励电路模块包括电源VDD1、电阻R1、电阻R2、电阻 R3、电阻R4、电容C1、滤波电容C2、稳压芯片U1以及运算放大器 U2。

电源VDD1通过电阻R1在稳压芯片U1的四脚处产生一定电压 V1的参考电压。

参考电压通过滤波电容C2确保参考电压的稳定性。

参考电压流经电阻R2、电阻R3分压网络后在运算放大器U2同相端产生一定电压V2。

运算放大器U2同相端产生一定电压V2，在电阻R4上形成恒定电流源Icon。

恒定电流源Icon经负载传感器在DRI+、DRI-两端产生的差模电压被单片机采集，电源VDD1通过电容C1去耦合。

电路供电电源VDD1支持3～16V。

稳压芯片U1型号不限于图2所示的LM285D-1-2，运算放大器U2型号不限于图2所示的TLC27L2CDR。

由于选用的信号处理传感器采用恒流源驱动，因此激励源电路采用基准芯片+运放搭建电路。

通过精密电阻对基准电压分压获得运放同相端参考电压，对于运算放大器闭环负反馈电路“虚短”“虚断”原理，同相端电压等于反相端电压，可以确定电阻R4上流过的电流，该电流即为负载传感器的驱动电流。

信号处理电路：对输入的伪差分信号进行低通滤波处理后直接送入单片机的差分输入引脚，在单片机内部进行增益调节，一方面简化电路设计，降低设计成本，另一方面根据误差级联累积原理，减小系统误差，提高测量准确度。

处理器选用TI公司的工业级16位低功耗单片机，集成GPIO、 ADC、LCD驱动、UART资源，内部可调节模拟信号增益，无需复杂的信号调理，节省板面积，降低设计成本。

显示模块采用128段LCD低功耗液晶屏显示实时测量数据，处理器集成LCD驱动。

LoRa远传通讯模块采用的LoRaWAN无线模组AI78S是深圳市艾森智能技术有限公司开发的基于LoRa/LoRaWAN协议的超低功耗、低价格和小尺寸的无线射频模块。

模组和通讯处理器采用UART串口通讯，支持AT命令访问，支持433/470频段，支持ipex天线接口，休眠电流仅1.45uA。

LoRa模组配置电路模块的LoRa仪表连接网关之前需要进行网络参数设置，并且安装于仪表内部，出厂之前已经过打压防水测试，使用USB转串口工具配置需要打开仪表，现场配置操作不便，传统的磁笔适合较少的参数配置，不适合LoRa网关的参数设置，因此，设计了红外配置模块，在不开盖的情况下完成仪表的配置。

参照图3，模组配置电路由红外收发模块、IrDA红外解码芯片、双2选1模拟开关部分组成。

当模拟开关打到MCU方向，仪表进入正常工作模式，此时MCU 采集的数据通过模组发送至网关；当模拟开关打到红外方向，仪表进入配置模式，此时可通过外部配置遥控板配置模组参数。

参照图4，LoRa压力变送器采用红外无线配置方式进行模组网络参数的配置，配置电路，电路采用VISHAY红外收发模块 TFDU4101-TR3和IrDA红外解码芯片MCP2120-I/SL芯片结合分立器件搭建。

工作原理：VDD1通过电阻R1在稳压芯片U1的4脚处产生一定电压V1(图2中为1.23V)的参考电压，C2为滤波电容，确保参考电压的稳定性，参考电压在经过电阻R2、电阻R3分压网络后在运算放大器U2同相端(3脚)产生一定电压V2(图2中为0.232V)，根据负反馈的“虚短、虚断”，在运算放大器U2同相端(2脚)产生一定电压V2(图2中为0.232V)，在电阻R4上形成恒定电流源Icon (图2中为0.41mA)，该电流源流经负载传感器在DRI+、DRI-两端产生的差模电压被单片机采集，电源VDD1通过电容C1去耦合。

通过本实施例的LoRa压力变送器的低功耗远距离可以实现分散油气井口的的数据通讯，省去现场布线环节，减少现场网关数量。

同时采用红外配置方式可以在不开盖的情况下完成仪表网络参数的配置，便于现场的安装调试，提高生产效率。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，该压力变送器包括信号激励电路模块、检测传感器、信号处理电路模块、处理器、显示模块、LoRa远传通讯模块以及LoRa模组配置电路模块；

所述信号激励电路模块产生的恒定电流信号经过检测传感器后转变为随压力呈线性关系的电信号电压值，经过信号处理电路模块调理滤波后进入处理器内部ADC的模拟量输入口，采集的电信号2进制数通过处理器内部运算、单位换算后通过显示模块显示于表头液晶屏幕，同时，根据用户设定的时间间隔通过LoRa远传通讯模块上传数据至网关；在LoRa远传通讯模块使用之前，需采用LoRa模组配置电路模块进行网络参数与模块参数配置，配置完成后LoRa远传通讯模块可以加入现场网络系统中；

所述信号激励电路模块连接检测传感器，检测传感器连接信号处理电路模块，信号处理电路模块连接处理器，处理器同时连接显示模块和LoRa远传通讯模块，LoRa远传通讯模块连接LoRa模组配置电路模块。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，所述信号激励电路模块包括电源VDD1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、滤波电容C2、稳压芯片U1以及运算放大器U2；

所述电源VDD1通过电阻R1在稳压芯片U1的四脚处产生一定电压V1的参考电压；

所述参考电压通过滤波电容C2确保参考电压的稳定性；

所述参考电压流经电阻R2、电阻R3分压网络后在运算放大器U2同相端产生一定电压V2；

所述运算放大器U2同相端产生一定电压V2，在电阻R4上形成恒定电流源Icon；

所述恒定电流源Icon经负载传感器在DRI+、DRI-两端产生的差模电压被单片机采集，电源VDD1通过电容C1去耦合。

3.根据权利要求2所述的一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，所述稳压芯片U1型号为LM285D-1-2。

4.根据权利要求2所述的一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，所述运算放大器U2型号为TLC27L2CDR。

5.根据权利要求2所述的一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，所述电源VDD1支持3～16V。

6.根据权利要求1所述的一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，所述处理器为TI公司的工业级16位低功耗单片机。

7.根据权利要求1所述的一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，所述显示模块采用128段LCD低功耗液晶屏显示实时测量数据。

8.根据权利要求1所述的一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，所述LoRa远传通讯模块采用的LoRaWAN无线模组AI78S是深圳市艾森智能技术有限公司开发的基于LoRa/LoRaWAN协议的无线射频模块。

9.根据权利要求1所述的一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，所述LoRa模组配置电路模块包括红外收发模块、IrDA红外解码芯片、双2选1模拟开关；

所述红外收发模块通过IrDA红外解码芯片解析出串口TTL信号，经过处理器控制的双2选1模拟开关切换至串口TTL信号连接LoRa远传通讯模块；

所述LoRa模组配置电路模块需结合配置遥控模块共同完成模块参数和网络参数的配置；

配置遥控模块由红外收发模块、IrDA红外解码芯片、USB转串口芯片、USB 接口四部分组成；

所述红外收发模块通过IrDA红外解码芯片解析出串口TTL信号，再经过USB转串口芯片转为USB信号，供用户使用计算机配置。

10.根据权利要求1所述的一种低功耗无线配置的LoRa压力变送器，其特征在于，所述信号激励电路模块为浮地的恒流源电路模块。

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