CN212208538U - 一种超远距离LoRa自组网抄表系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超远距离LoRa自组网抄表系统，属于智慧水务领域，其特征在于，由客户端、服务器、采集器、若干一级中继、若干二级中继、若干水表组成，其中，客户端通过TCP/IP协议与服务器双向互连，服务器通过GPRS协议与采集器双向互连，采集器通过LoRa协议与一级中继双向互连，并通过LoRa协议与水表双向互连，一级中继通过LoRa协议与二级中继双向互连，并通过LoRa协议与水表双向互连，二级中继通过LoRa协议与水表双向互连；本实用新型能够大大提高抄表成功率，解决了阴雨雪等恶劣天气导致的抄表成功率降低的问题。

Description

一种超远距离LoRa自组网抄表系统

技术领域

本实用新型涉及智慧水务系统领域，具体涉及一种超远距离LoRa自组网抄表系统。

背景技术

智能水表已经落户千家万户，它的优点是替代了传统人工抄表，克服了人工抄表所存在的人工成本较高、自动化程度低、无法联网监控等缺点。

现有技术中有相关文献公开了一种适用于地下仪表无线信号传输的装置，包括数据处理服务器、若干个数据采集器、若干个中继器和若干个计量仪表，每个数据采集器用于采集相对应的计量仪表数据，并将采集的数据通过信号最强的中继器与所述数据处理服务器无线通信交互连接，实现自动抄表。

但是上述现有技术还存在如下缺点：由于数据信号受外界环境因素影响较大，尤其是遇到阴雨雪天气，使得采集器与水表部分之间不能正常通讯，因此阴雨雪天气的抄表成功率大大降低，以及LoRa无线抄表出现的是整体功耗过高、采集器抄表范围较小。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种超远距离LoRa自组网抄表系统，大大提高了阴雨雪天气的抄表成功率。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于，由客户端、服务器、采集器、若干一级中继、若干二级中继、若干水表组成，其中，客户端通过TCP/IP协议与服务器双向互连，服务器通过GPRS协议与采集器双向互连，采集器通过LoRa协议与一级中继双向互连，并通过LoRa协议与水表双向互连，一级中继通过LoRa协议与二级中继双向互连，并通过LoRa协议与水表双向互连，二级中继通过LoRa协议与水表双向互连；

所述采集器由第一电源模块、存储器模块、GPRS模块、第一LoRa模块、第一CPU模块、第一时钟闹铃模块组成，第一电源模块分别为存储器模块、GPRS模块、第一LoRa模块、第一CPU模块、第一时钟闹铃模块供电，第一CPU模块与存储器模块双向互连，用于向存储器模块内写入和提取信息，第一CPU模块与GPRS模块双向互连，用于控制GPRS模块与服务器进行通讯，第一CPU模块与第一LoRa模块双向互连，用于控制第一LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，第一CPU模块与第一时钟闹铃模块双向互连，用于第一CPU模块向第一时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第一时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第一CPU模块；

所述一级中继由第二电源模块、第二LoRa模块、第二CPU模块、第二时钟闹铃模块组成，第二电源模块分别为第二LoRa模块、第二CPU模块、第二时钟闹铃模块供电，第二CPU模块与第二LoRa模块双向互连，用于控制第二LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，第二CPU模块与第二时钟闹铃模块双向互连，用于第二CPU模块向第二时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第二时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第二CPU模块；

所述二级中继由第三电源模块、第三LoRa模块、第三CPU模块、第三时钟闹铃模块组成，第三电源模块分别为第三LoRa模块、第三CPU模块、第三时钟闹铃模块供电，第三CPU模块与第三LoRa模块双向互连，用于控制第三LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，第三CPU模块与第三时钟闹铃模块双向互连，用于第三CPU模块向第三时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第三时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第三CPU模块；

所述水表由第四电源模块、第四LoRa模块、第四CPU模块、第四时钟闹铃模块、脉冲计数模块组成，第四电源模块为第四LoRa模块、第四CPU模块、第四时钟闹铃模块、脉冲计数模块供电，第四CPU模块与第四LoRa模块双向互连，用于控制第四LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，第四CPU模块与第四时钟闹铃模块双向互连，用于第四CPU模块向第四时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第四时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第四CPU模块，脉冲计数模块的输出端与第四CPU模块电连接，用于向第四CPU模块传递脉冲信号。

进一步的，所述第一电源模块采用220V市电供电，所述第二电源模块、第三电源模块、第四电源模块采用锂电池供电。

更进一步的，所述第一电源模块采用LDE10-20B05型电源, 第二电源模块和第三电源模块均采用由锂电池ER34615与稳压芯片HT7330A组成的锂电池电源模块，第四电源模块采用锂电池ER26500与稳压芯片HT7330A组成的锂电池电源模块。

进一步的，所述第一CPU模块采用STM32F401芯片，所述第二CPU模块、第三CPU模块、第四CPU模块均采用STM8L052芯片。

进一步的，第一时钟闹铃模块采用SD2405芯片，第二时钟闹铃模块、第三时钟闹铃模块、第四时钟闹铃模块均采用DS1302芯片。

进一步的，四个LoRa模块均采用SX1278芯片。

进一步的，存储器模块采用25LC1024型存储器。

进一步的，所述GPRS模块采用M26型GPRS。

进一步的，所述脉冲计数模块采用MT1323芯片，其由两个磁阻构成，CPU模块检测磁阻电平变化，当两个磁阻先后都发生过电平变化时，CPU模块计一个脉冲信号。

本实用新型的有益效果是：通过增设的二级中继以及其与一级中继、水表等的电连接关系，不仅能够实现自组网、扩大抄表范围、增大通信距离，更重要的是，能够大大提高抄表成功率，解决了阴雨雪等恶劣天气导致的抄表成功率降低的问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型采集器的结构框图；

图3是本实用新型一级中继的结构框图；

图4是本实用新型水表的结构框图；

图中：1.客户端，2.服务器，3.采集器，4.一级中继，5.二级中继，6.水表；31.第一电源模块，32.第一LoRa模块，33.第一CPU模块，34.第一时钟闹铃模块，35.存储器模块，36.GPRS模块，41.第二电源模块，42.第二LoRa模块，43.第二CPU模块，44.第二时钟闹铃模块，51.第三电源模块，52.第三LoRa模块，53.第三CPU模块，54.第三时钟闹铃模块，61.第四电源模块，62.第四LoRa模块，63.第四CPU模块，64.第四时钟闹铃模块，65.脉冲计数模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实施例的一种超远距离LoRa自组网抄表系统，由客户端、服务器、采集器、若干一级中继、若干二级中继、若干水表组成，其中，客户端通过TCP/IP协议与服务器双向互连，服务器通过GPRS协议与采集器双向互连，采集器通过LoRa协议与一级中继双向互连，并通过LoRa协议与水表双向互连，一级中继通过LoRa协议与二级中继双向互连，并通过LoRa协议与水表双向互连，二级中继通过LoRa协议与水表双向互连；

设置一级中继和二级中继的阈值为-100dbm，水表阈值为-100dbm，低于此灵敏度的信号默认接收不到；

如图2所示，采集器由第一电源模块、存储器模块、GPRS模块、第一LoRa模块、第一CPU模块、第一时钟闹铃模块组成，第一电源模块分别为存储器模块、GPRS模块、第一LoRa模块、第一CPU模块、第一时钟闹铃模块供电，第一CPU模块与存储器模块双向互连，用于向存储器模块内写入和提取信息，第一CPU模块与GPRS模块双向互连，用于控制GPRS模块与服务器进行通讯，第一CPU模块与第一LoRa模块双向互连，用于控制第一LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，其LoRa无线数据发射给一级中继和接收灵敏度在-110dmb以上的水表，接收一级中继数据和灵敏度在-110dmb以上的水表LoRa无线数据，第一CPU模块与第一时钟闹铃模块双向互连，用于第一CPU模块向第一时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第一时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第一CPU模块；

采集器是用于采集水表的数据，采用上述连接结构，当采集器不能直接与水表进行通讯时，需要通过采集器与一级中继通信、一级中继再与水表通讯，或者采集器与一级中继通信、一级中继与二级中继通信、二级中继与水表进行通信的模式进行水表数据的采集；存储模块用于数据存储，GPRS模块用于与服务器通信；

如图3所示，一级中继由第二电源模块、第二LoRa模块、第二CPU模块、第二时钟闹铃模块组成，第二电源模块分别为第二LoRa模块、第二CPU模块、第二时钟闹铃模块供电，第二CPU模块与第二LoRa模块双向互连，用于控制第二LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，其数据主要是发射给采集器和接收灵敏度在-110dmb以上的水表、二级中继，接收采集器LoRa无线数据和灵敏度在-110dmb以上的水表、二级中继LoRa无线数据，第二CPU模块与第二时钟闹铃模块双向互连，用于第二CPU模块向第二时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第二时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第二CPU模块；

所述二级中继由第三电源模块、第三LoRa模块、第三CPU模块、第三时钟闹铃模块组成，第三电源模块分别为第三LoRa模块、第三CPU模块、第三时钟闹铃模块供电，第三CPU模块与第三LoRa模块双向互连，用于控制第三LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，其数据主要是发射给一级中继和接收灵敏度在-110dmb以上的水表，接收一级中继的LoRa无线数据和灵敏度在-110dmb以上的水表LoRa无线数据，第三CPU模块与第三时钟闹铃模块双向互连，用于第三CPU模块向第三时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第三时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第三CPU模块；

所述水表由第四电源模块、第四LoRa模块、第四CPU模块、第四时钟闹铃模块、脉冲计数模块组成，第四电源模块为第四LoRa模块、第四CPU模块、第四时钟闹铃模块、脉冲计数模块供电，第四CPU模块与第四LoRa模块双向互连，用于控制第四LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，其LoRa无线数据主要是发射给一级中继、二级中继、采集器，接收采集器、一级中继、二级中继灵敏度大于-110dbm的LoRa无线数据，第四CPU模块与第四时钟闹铃模块双向互连，用于第四CPU模块向第四时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第四时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第四CPU模块，脉冲计数模块的输出端与第四CPU模块电连接，用于向第四CPU模块传递脉冲信号。

所有水表都具有闹铃功能，安装时设置好每天几点闹铃唤醒，每天闹铃唤醒后，所有水表都将打开LoRa模块，用来收发LoRa水表信息，开启时间为一个小时，一个小时后将关闭LoRa模块，这样能有效的减少了不必要的功耗。

具体的，本实施例的第一电源模块采用220V市电供电，具体采用金升阳的LDE10-20B05型电源,所述第二电源模块、第三电源模块、第四电源模块采用锂电池供电，第二电源模块和第三电源模块均采用由锂电池ER34615与稳压芯片HT7330A组成的锂电池电源模块，第四电源模块采用锂电池ER26500与稳压芯片HT7330A组成的锂电池电源模块；所述第一CPU模块采用STM32F401芯片，所述第二CPU模块、第三CPU模块、第四CPU模块均采用STM8L052芯片；第一时钟闹铃模块采用SD2405芯片，第二时钟闹铃模块、第三时钟闹铃模块、第四时钟闹铃模块均采用DS1302芯片；四个LoRa模块均采用SX1278芯片；存储器模块采用25LC1024型存储器；GPRS模块采用移远的M26型GPRS；脉冲计数模块用于水表计数，具体采用MT1323芯片，其由两个磁阻构成，CPU模块检测磁阻电平变化，当两个磁阻先后都发生过电平变化时，CPU模块计一个脉冲信号。

本实用新型的工作原理是：

首先，采集器与服务器通过GPRS信号传输进行通讯。

1.采集器下面安装的水表，通过客户端将所有水表表号通过指令通过TCP/IP协议发送给服务器，服务器将导入表号指令通过GPRS信号传输给采集器，采集器接收到指令后，提取出所有表号并记录在存储设备中，并通过GPRS信号表号接收返回指令给服务器，服务器将返回指令传输给客户端，告知客户端接收到写表号指令；

2.客户端发送抄水表指令通过TCP/IP协议给服务器，服务器将抄水表指令通过GPRS信号传输给采集器，采集器接收到指令后，通过LoRa无线传输按照自己存储器的水表表号一对一进行抄表，当水表检测到信号后，首先会判断信号强度是否大于-110dbm，如果大于则返回指令，否则小于不返回指令。采集器一对一抄表后，对没有正常返回数据的水表进行重新一对一抄表。能正常返回数据的水表，建立起了采集器、水表的连接通讯关系。最终，将所有的返回水表数据进行打包以读表返回指令通过GPRS信号传输给服务器，服务器将返回指令传输给客户端，并由客户端解析出来那些表正常可以与服务器通讯；

3.采集器下面安装的中继，通过客户端将所有中继号通过指令通过TCP/IP协议发送给服务器，服务器将导入中继号指令通过GPRS信号传输给采集器，采集器接收到指令后，提取出所有表号并记录在存储设备中，并通过GPRS信号中继号接收返回指令给服务器，服务器将返回指令传输给客户端，告知客户端接收到写中继号指令；

4.客户端发送抄中继指令通过TCP/IP协议给服务器，服务器将抄中继指令通过GPRS信号传输给采集器，采集器接收到指令后，通过LoRa无线传输按照自己存储器的中继一对一发送抄中继并写一级中继顺序号指令，当中继检测到信号后，首先会判断信号强度是否大于-110dbm，如果大于则中继器处理信息则记录自己一级中继的顺序号返回指令，如果如果小于则中继器不处理且不返回指令。采集器接收到返回信息的中继，则建立起了采集器、一级中继的连接通讯关系。对于没有返回的中继，采集器将通过LoRa无线传输发送集抄中继指令，此时被设置为一级中继的中继受到信息后，按照一级中继的顺序号乘以5秒的时间间隔发送附带自己表号的集抄中继指令，这时没有被赋值一级中继的中继收到LoRa信息后判断信号强度是否大于-110dbm，如果大于则提取该附带自己表号集抄指令，并将该一级中继作为自己的一级中继，并返回LoRa指令给该一级中继，该一级中继收到信息后返回给采集器，采集器收到指令后并发送附有二级中继顺序号的指令给该一级中继，该一级中继处理后并转发给二级中继，二级中继收到信息后记录自己二级中继的顺序号。这样就形成了采集器、一级中继、二级中继的连接通讯关系。采集器将采集的所有中继数据打包发送抄中继返回指令，由客户端解析出；

5.客户端发送集抄水表指令通过TCP/IP协议给服务器，服务器将抄水表指令通过GPRS信号传输给采集器，采集器接收到指令后，通过LoRa无线传输发送集抄水表指令，然后一级中继按照自己的顺序号乘以5秒的时间间隔发送附带自己表号的集抄水表指令，延时2分钟后，二级中继按照自己的顺序号乘以5秒的时间间隔发送附带自己表号的集抄水表指令。在此期间水表记录第一条发送大于-110dbm的信息并放弃剩下收取的所有信息，如果水表收到的是采集器的信息，则返回水表信息直接给采集器，重新建立起采集器、水表的连接关系；如果水表收到的是一级中继的信息，则返回水表信息直接该一级中继，该一级中继转发信息给采集器，则建立起采集器、一级中继、水表的连接关系；如果水表收到的是二级中继的信息，则返回水表信息直接该二级中继，该二级中继转发给它的一级中继、它的一级中继转发信息给采集器，则建立起采集器、一级中继、二级中继、水表的连接关系。

采用本实用新型的抄表系统一方面能大范围扩大抄表范围，增加一些过于难抄的水表抄表；设置中继、水表的阈值，避免天气状况导致的抄表成功率低。

另外，该系统还具有补抄功能，当采集器集抄完水表后，如果发水表没有正常上传，则进行补抄：采集器按照上一次水表上传方式进行补抄，如果水表直接将信息传递给采集器，那么采集器将对该水表重新读取数据，水表将直接返回数据；如果通过一级中继转发数据，那么采集器将通过该一级中继转发读取该水表数据，水表将通过该级中继返回数据；如果通过两级中继，那么采集器通过该一级、二级中继转发读取该水表数据，水表将通过该两级中继返回数据。

Claims (9)

1.一种超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于，由客户端、服务器、采集器、若干一级中继、若干二级中继、若干水表组成，其中，客户端通过TCP/IP协议与服务器双向互连，服务器通过GPRS协议与采集器双向互连，采集器通过LoRa协议与一级中继双向互连，并通过LoRa协议与水表双向互连，一级中继通过LoRa协议与二级中继双向互连，并通过LoRa协议与水表双向互连，二级中继通过LoRa协议与水表双向互连；

所述采集器由第一电源模块、存储器模块、GPRS模块、第一LoRa模块、第一CPU模块、第一时钟闹铃模块组成，第一电源模块分别为存储器模块、GPRS模块、第一LoRa模块、第一CPU模块、第一时钟闹铃模块供电，第一CPU模块与存储器模块双向互连，用于向存储器模块内写入和提取信息，第一CPU模块与GPRS模块双向互连，用于控制GPRS模块与服务器进行通讯，第一CPU模块与第一LoRa模块双向互连，用于控制第一LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，第一CPU模块与第一时钟闹铃模块双向互连，用于第一CPU模块向第一时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第一时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第一CPU模块；

所述一级中继由第二电源模块、第二LoRa模块、第二CPU模块、第二时钟闹铃模块组成，第二电源模块分别为第二LoRa模块、第二CPU模块、第二时钟闹铃模块供电，第二CPU模块与第二LoRa模块双向互连，用于控制第二LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，第二CPU模块与第二时钟闹铃模块双向互连，用于第二CPU模块向第二时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第二时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第二CPU模块；

所述二级中继由第三电源模块、第三LoRa模块、第三CPU模块、第三时钟闹铃模块组成，第三电源模块分别为第三LoRa模块、第三CPU模块、第三时钟闹铃模块供电，第三CPU模块与第三LoRa模块双向互连，用于控制第三LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，第三CPU模块与第三时钟闹铃模块双向互连，用于第三CPU模块向第三时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第三时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第三CPU模块；

所述水表由第四电源模块、第四LoRa模块、第四CPU模块、第四时钟闹铃模块、脉冲计数模块组成，第四电源模块为第四LoRa模块、第四CPU模块、第四时钟闹铃模块、脉冲计数模块供电，第四CPU模块与第四LoRa模块双向互连，用于控制第四LoRa模块发射和接收LoRa无线数据，第四CPU模块与第四时钟闹铃模块双向互连，用于第四CPU模块向第四时钟闹铃模块内写入更新时间，并由第四时钟闹铃模块传递闹铃时间信号至第四CPU模块，脉冲计数模块的输出端与第四CPU模块电连接，用于向第四CPU模块传递脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于，所述第一电源模块采用220V市电供电，所述第二电源模块、第三电源模块、第四电源模块采用锂电池供电。

3.根据权利要求2所述的超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于，所述第一电源模块采用LDE10-20B05型电源, 第二电源模块和第三电源模块均采用由锂电池ER34615与稳压芯片HT7330A组成的锂电池电源模块，第四电源模块采用锂电池ER26500与稳压芯片HT7330A组成的锂电池电源模块。

4.根据权利要求1所述的超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于，所述第一CPU模块采用STM32F401芯片，所述第二CPU模块、第三CPU模块、第四CPU模块均采用STM8L052芯片。

5.根据权利要求1所述的超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于，第一时钟闹铃模块采用SD2405芯片，第二时钟闹铃模块、第三时钟闹铃模块、第四时钟闹铃模块均采用DS1302芯片。

6.根据权利要求1所述的超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于，四个LoRa模块均采用SX1278芯片。

7.根据权利要求1所述的超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于， 存储器模块采用25LC1024型存储器。

8.根据权利要求1所述的超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于，所述GPRS模块采用M26型GPRS。

9.根据权利要求1所述的超远距离LoRa自组网抄表系统，其特征在于，所述脉冲计数模块采用MT1323芯片。

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