CN213303282U - 一种太阳能无线抄表采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能无线抄表采集系统，它包括至少一个太阳能无线抄表集中器以及与所述太阳能无线抄表集中器建立远程无线通讯连接的终端服务器，所述太阳能无线抄表集中器安装在多个智能表端的无线通讯距离内，且与多个智能表端建立无线通讯连接。本实用新型通过集中器能够同一时间采集现场多个智能水表或者电表的数据并将其发送到终端服务器中，从而实现对高效准确的远程抄表；而且通过太阳能对集中器进行供电，既节能环保也不会存在通过市电供电而产生额外电费的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能抄表技术领域，尤其涉及一种太阳能无线抄表采集系统。
背景技术
自动抄表技术是利用当代微机技术、数字通信技术与仪表计量技术完满美结合集计量、数据采集、数据传输、数据处理于一体，将城市居民能源使用信息加以综合处理的系统，使自来水燃气电力热量公司及物业部门从根本上减少人工上门抄表的繁杂劳动强度。
市电供电集中器在现场的安装过程，集中器的运行涉及到供电问题，在遮挡物较多或者信号强度不好的环境(表具安装在地下表井、密封的楼道和地下室等)，为了能稳定采集到所有安装表具数据，市电供电集中器安装数量会增多，且集中器在运行过程中会产生电费费用，对于用户来说，这是一笔多出的费用支出；对于生产厂家来说，在集中器内部研发和配备市电供电模块也会增加成本。因此如何集中对一片地方的水表进行数据采集并实现远程传输，达到远程抄表的目的以及对集中器的供电问题是现阶段需要解决的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种太阳能无线抄表采集系统，解决了现有抄表方式存在的不足以及现有野外表具的数据采集器供电的问题。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种太阳能无线抄表采集系统，它包括至少一个太阳能无线抄表集中器以及与所述太阳能无线抄表集中器建立远程无线通讯连接的终端服务器，所述太阳能无线抄表集中器安装在多个智能表端的无线通讯距离内，且与多个智能表端建立无线通讯连接；
所述太阳能无线抄表集中器包括太阳能板、电源控制器、采集器和可充电电池；所述太阳能板的输出端与所述电源控制器的输入端连接，所述电源控制器的供电输出端与所述采集器的供电输入端连接；所述电源控制器与可充电电池连接，实现将太阳板的电能转换后给可充电电池提供持续充电。
进一步地，所述采集器包括ARM主机电路、LORA通讯模块、SWD接口电路、4G通讯模块、供电接口电路和USB调试接口电路；所述ARM主机电路与所述SWD接口电路、USB调试接口电路、供电接口电路、4G通讯模块和LORA通讯模块连接；所述供电接口电路与电源控制器连接；所述ARM主机电路与所述电源控制器连接。
进一步地，所述ARM主机电路包括ARM芯片U5；所述ARM芯片U5通过SWD接口与所述SWD接口电路连接，通过U6-Rx和U6-Tx接口与所述4G通讯模块连接，通过通讯串口与所述LORA通讯模块连接，通过U5-Tx和U5-Rx接口与所述USB调试接口电路连接，通过GPRS_EN接口与所述供电接口电路连接，通过SLEEP接口与所述电源控制器连接。
进一步地，所述电源控制器包括降压芯片U1，供电接口电路包括电源负载开关芯片U3、稳压器U2和接线端子J1；所述降压芯片U1与所述电源负载开关芯片U3和稳压器U2连接；所述接线端子引入12V电压通过所述降压芯片U1转换为3.3V电压输出进行电源供应。
进一步地，所述LORA通讯电路包括通讯芯片U4，所述通讯芯片U4通过通讯串口与所述ARM芯片U5连接；所述USB调试电路包括振荡器芯片U6和USB接口J3，所述振荡器芯片U6通过U5-Tx和U5-Rx接口与所述ARM芯片U5连接，所述USB接口J3与所述振荡器芯片U6连接。
进一步地，还包括SD存储电路；所述SD存储电路包括SD卡座J2，其上安装有SD卡；所述SD卡座J2与所述ARM芯片U5连接。
本实用新型具有以下优点：一种太阳能无线抄表采集系统，通过集中器能够同一时间采集现场多个智能水表或者电表的数据并将其发送到终端服务器中，从而实现对高效准确的远程抄表；而且通过太阳能对集中器进行供电，既节能环保也不会存在通过市电供电而产生额外电费的问题。
附图说明
图1 为本实用新型的原理示意图；
图2 为ARM主机电路图；
图3 为电源控制器电路图；
图4 为供电接口电路图；
图5 为LORA通讯电路图；
图6 为USB调试电路图；
图7 为SD存储电路图；
图8 为4G通讯电路图；
图9 为SWD接口电路图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，一种太阳能无线抄表采集系统，它包括至少一个太阳能无线抄表集中器以及与所述太阳能无线抄表集中器建立远程无线通讯连接的终端服务器，所述太阳能无线抄表集中器安装在多个智能表端的无线通讯距离内，且与多个智能表端建立无线通讯连接；
进一步度，太阳能无线抄表集中器包括太阳能板、电源控制器、采集器和可充电电池；所述太阳能板的输出端与所述电源控制器的输入端连接，所述电源控制器的供电输出端与所述采集器的供电输入端连接；所述电源控制器与可充电电池连接，实现将太阳板的电能转换后给可充电电池提供持续充电。
进一步地，所述采集器包括ARM主机电路、LORA通讯模块、SWD接口电路、4G通讯模块、供电接口电路和USB调试接口电路；所述ARM主机电路与所述SWD接口电路、USB调试接口电路、供电接口电路、4G通讯模块和LORA通讯模块连接；所述供电接口电路与电源控制器连接；所述ARM主机电路与所述电源控制器连接。
进一步地，如图2所示，ARM主机电路包括型号为TM4C1231的ARM芯片U5以及一些外围电路；ARM芯片U5通过SWD接口与所述SWD接口电路连接，通过U6-Rx和U6-Tx接口与所述4G通讯模块连接，通过通讯串口与所述LORA通讯模块连接，通过U5-Tx和U5-Rx接口与所述USB调试接口电路连接，通过GPRS_EN接口与所述供电接口电路连接，通过SLEEP接口与所述电源控制器连接。
进一步地，如图3和图4所示，所述电源控制器包括型号为TPS62177的降压芯片U1，供电接口电路包括型号为TPS22810的电源负载开关芯片U3、型号为MCP1703的稳压器U2和接线端子J1；所述降压芯片U1通过第2引脚的DC-FB端口与所述电源负载开关芯片U3和稳压器U2连接；所述接线端子引入12V电压通过所述降压芯片U1转换为3.3V电压通过第10引脚输出进行电源供应。通过供电接口电路可以直接连接到电池，整个装置的供电来源也是通过该供电接口电路实现，并实现对4G模块部分电源的开启或关闭。
进一步地，如图5和图6所示，所述LORA通讯电路包括型号为LoRa470的通讯芯片U4，所述通讯芯片U4通过通讯串口与所述ARM芯片U5连接；所述USB调试电路包括型号为CP2102的振荡器芯片U6和USB接口J3，所述振荡器芯片U6通过U5-Tx和U5-Rx接口与所述ARM芯片U5连接，所述USB接口J3通过D+和D-端口与所述振荡器芯片U6连接。
进一步地，如图7和图9所示，还包括SD存储电路；所述SD存储电路包括SD卡座J2，其上安装有SD卡；所述SD卡座J2与所述ARM芯片U5连接。4G通讯模块包括接线端子JP2和JP3，其上安装有4G通讯芯片，JP3通过U6-Rx和U6-Tx端口与ARM芯片U5连接，JPP2与供电接口电路连接，实现对4G通讯模块部分电源的开启或关闭。
进一步地，如图9所示，SWD接口电路包括接线端子JP1，其上的SWDIO端口和SWCLK端口与ARM芯片U5连接，其第4引脚连接3.3V电压，并连接电阻R7和电容C10，以及连接到ARM芯片U5的MCU-Rest端口。
采集器的工作过程为： 电路的供电接口通过J1引入电路，经过DC-DC芯片TPS62177进行降压，把输入的DC12V，转换为DC3.3V；TPS62177芯片可以通过SLEEP引脚控制进入低功耗睡眠模式。ARM芯片低功耗模块供电是通过一个LDO（MCP1703）直接实现的。
核心处理器：采用的是一个具有低功耗模式的ARM芯片TM4C1231E6PIZ。微处理器在没有任务执行时，自动进入低功耗模式，并让供电系统中的DC-DC进入睡眠模式；在ARM进休眠状态期间，当外部管脚 (WAKE) 被置位或者内部 RTC 达到特定值时，休眠模块就会给外部电源稳压器发出信号，指示恢复系统供电，即DC-DC芯片进入工作模式。
SD卡存储：采用超大容量的存储设计，实现6年-10年的数据存储；SD卡与微处理之间通过SPI总线进行数据交互，通过R20和R22实现优化通讯
USB调试接口：采用USB接口芯片CP2102，芯片CP2101连接到微处理的UART 5模块。是检测和配置采集器参数的接口，通过USB连接线，采集器可以与上位机软件直接连接，并通过上位机软件下发所需要的配置参数。
4G通讯电源控制：在J1接口引入到芯片TPS22810，TPS22810通过第三个引脚EN使能，可以实现对4G模块电源的开启和关闭，EN使能引脚连接到微处理器的49脚PK0上，电源DC12V由芯片TPS22810的第一脚输入，第六脚输出。
4G通讯模块：该模块在上电后，自动启动，通过串口与微处理器UART 6模块通讯；微处理器通过AT指令控制4G模块数据发送与接收。通过断电来实现低功耗运行。该部分是完成云平台和采集器信息交换功能，仪表数据也通过该模块上传云平台，云平台控制指令也是通过4G通讯模块下发到仪表。
LORA通讯模块：该模组与微处理器以SIP方式连接，模组的工作模式通过微处理器直接控制，可在睡眠、待机、工作模组下切换，用于采集设备采集表端数据。
指示灯：在不同工作模式下，微处理器通过控制引脚来驱动发光二极管D2、D3、D4，R16、R17、R18可以调节LED的发光亮度。
本实用新型中的太阳能抄表集中器在运行过程会出现以下四种情况，同时并对出现的情况做相应的机制处理：
第一种：考虑到现场天气很多天没有太阳光，集中器下面管理很多表具，LoRa无线模块在唤醒模式下透传读表指令会消耗很多电量，导致太阳能板不能足够给太阳能电池供电。集中器系统读表时可能导致系统供电电量不足不断复位。这种情况会规定集中器系统在这个采取周期被复位的次数不能超过10次，复位次数超过10次则直接进入睡眠模式，如果采集周期大于1天则需要等半个周期后开启复位功能（比如周期时10天，集中器在这这个周期复位的次数大于10次，则需要从现在开始的5天开启这个复位功能）；如果这周期等于一天，则需要等到下一个周期到来时开启复位功能，这样处理的原因是避免集中器在重启过程不断消耗电量。
第二种：集中器的4G模块在自动上传表具数据时，可能4G模块网络信号不好，导致集中器无法收到服务器的应答而自动进入睡眠，期间有些表具数据没有完成上传，集中器会在睡眠15min以后再次醒来，继续向服务器上传那些未上传的表具数据，如果连续失败3次，则集中器在这个周期内不会再被唤醒。
第三种，集中器出厂测试和现场调试过程中，为了方便测试和调试，可以用串口转USB串口线连接集中器和电脑，通过上位机软件唤醒集中器，然后给集中器发送指令，让集中器自动读一次表具，待完成表具数据的读取，再在上位机软件向集中器发指令，强制让集中器取SD卡中的表具数据向服务器发送。
第四种，集中器读取表具数据周期可以设置为最小一个小时采集一次表具数据，最大可设置为一个月采集一次表具数据。集中器上传表具数据周期同自动读表具数据周期的设置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种太阳能无线抄表采集系统，其特征在于：它包括至少一个太阳能无线抄表集中器以及与所述太阳能无线抄表集中器建立远程无线通讯连接的终端服务器，所述太阳能无线抄表集中器安装在多个智能表端的无线通讯距离内，且与多个智能表端建立无线通讯连接；
所述太阳能无线抄表集中器包括太阳能板、电源控制器、采集器和可充电电池；所述太阳能板的输出端与所述电源控制器的输入端连接，所述电源控制器的供电输出端与所述采集器的供电输入端连接；所述电源控制器与可充电电池连接，实现将太阳板的电能转换后给可充电电池提供持续充电。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能无线抄表采集系统，其特征在于：所述采集器包括ARM主机电路、LORA通讯模块、SWD接口电路、4G通讯模块、供电接口电路和USB调试接口电路；所述ARM主机电路与所述SWD接口电路、USB调试接口电路、供电接口电路、4G通讯模块和LORA通讯模块连接；所述供电接口电路与电源控制器连接；所述ARM主机电路与所述电源控制器连接。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能无线抄表采集系统，其特征在于：所述ARM主机电路包括ARM芯片U5；所述ARM芯片U5通过SWD接口与所述SWD接口电路连接，通过U6-Rx和U6-Tx接口与所述4G通讯模块连接，通过通讯串口与所述LORA通讯模块连接，通过U5-Tx和U5-Rx接口与所述USB调试接口电路连接，通过GPRS_EN接口与所述供电接口电路连接，通过SLEEP接口与所述电源控制器连接。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能无线抄表采集系统，其特征在于：所述电源控制器包括降压芯片U1，供电接口电路包括电源负载开关芯片U3、稳压器U2和接线端子J1；所述降压芯片U1与所述电源负载开关芯片U3和稳压器U2连接；所述接线端子引入12V电压通过所述降压芯片U1转换为3.3V电压输出进行电源供应。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能无线抄表采集系统，其特征在于：所述LORA通讯电路包括通讯芯片U4，所述通讯芯片U4通过通讯串口与所述ARM芯片U5连接；所述USB调试电路包括振荡器芯片U6和USB接口J3，所述振荡器芯片U6通过U5-Tx和U5-Rx接口与所述ARM芯片U5连接，所述USB接口J3与所述振荡器芯片U6连接。
6.根据权利要求4所述的一种太阳能无线抄表采集系统，其特征在于：还包括SD存储电路；所述SD存储电路包括SD卡座J2，其上安装有SD卡；所述SD卡座J2与所述ARM芯片U5连接。
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2020
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of utility model: A solar wireless meter reading acquisition system Effective date of registration: 20210917 Granted publication date: 20210528 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Chengdu hi tech Industrial Development Zone sub branch Pledgor: CHENGDU SHENGLI DEKE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021510000222 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230112 Granted publication date: 20210528 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Chengdu hi tech Industrial Development Zone sub branch Pledgor: CHENGDU SHENGLI DEKE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021510000222 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A solar wireless meter reading and acquisition system Effective date of registration: 20230116 Granted publication date: 20210528 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Chengdu hi tech Industrial Development Zone sub branch Pledgor: CHENGDU SHENGLI DEKE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023510000026 |
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