CN217504856U - 一种供热管网温度压力采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种供热管网温度压力采集器，属于管网检测技术领域，包括电源模块、多通道MOSFET电源开关、微控制器、NB‑IoT无线通信模块、温度检测模块、压力检测模块、RTC实时时钟模块；所述电源模块分别与微控制器、RTC实时时钟模块连接，用以直接给微控制器、RTC实时时钟模块供电；电源模块与多通道MOSFET电源开关连接，多通道MOSFET电源开关分别与NB‑IoT无线通信模块、温度检测模块、压力检测模块连接；所述微控制器分别与多通道MOSFET电源开关、NB‑IoT无线通信模块、温度检测模块、压力检测模块、RTC实时时钟模块连接。本实用新型能够大幅减低功耗，保证采集器在电池容量一定时使用时间更长。

Description

一种供热管网温度压力采集器

技术领域

本实用新型属于管网检测技术领域，具体涉及一种供热管网温度压力采集器。

背景技术

我国集中供热在北方广大城市得到了全面普及应用，其已成为百姓日常生活与工农业生产中不可或缺的重要组成部分，现有集中供热管网基本采用直埋管道，其特点是输送距离长、分支节点多，但随着城市供热面积不断增多,传统依靠人力进行检测、调控、维护的供热管网管理体系已难以适应时代需求。为了保证供热质量，确保供热管网安全稳定运行，实现对供热管网在线监测已是大势所趋。现有地下供热管网在线监测装置由于现场交流取电困难，大多采用电池供电,但目前监测装置普遍存在功耗大、电量消耗快、更换电池频繁且不方便的缺点，因此结合供热行业特点,开发设计新型超低功耗管网在线监测装置具有重要意义。

实用新型内容

为了克服现有供热管网监测装置功耗大、电量消耗快、更换电池频繁的缺陷，本实用新型提供一种供热管网温度压力采集器，能够大幅减低功耗，保证采集器在电池容量一定时使用时间更长。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种供热管网温度压力采集器，包括电源模块、多通道MOSFET电源开关、微控制器、NB-IoT无线通信模块、温度检测模块、压力检测模块、RTC实时时钟模块；所述电源模块分别与微控制器、RTC实时时钟模块连接，用以直接给微控制器、RTC实时时钟模块供电；电源模块与多通道MOSFET电源开关连接，多通道MOSFET电源开关分别与NB-IoT无线通信模块、温度检测模块、压力检测模块连接；所述微控制器分别与多通道MOSFET电源开关、NB-IoT无线通信模块、温度检测模块、压力检测模块、RTC实时时钟模块连接。

作为本实用新型的进一步实施方案，所述NB-IoT无线通信模块与管网监管平台连接。

作为本实用新型的进一步实施方案，所述电源模块采用一次性锂-亚硫酰氯电池。

作为本实用新型的进一步实施方案，所述多通道MOSFET电源开关采用TPS206x系列配电电源开关，其每路开关接收微控制器信号，分别向NB-IoT无线通信模块、温度检测模块、压力检测模块供、断电。

作为本实用新型的进一步实施方案，所述NB-IoT无线通信模块选用WH-NB73模块，用以在微控制器与管网监管平台之间传输信号。

作为本实用新型的进一步实施方案，所述温度检测模块采用数字温度传感器，其通过one-wire单线接口方式与微控制器双向通信。

作为本实用新型的进一步实施方案，所述数字温度传感器封装为管道插入式结构或贴片式结构。

作为本实用新型的进一步实施方案，所述压力检测模块采用电压型压力变送器，所述电压型压力变送器封装为管道插入式结构。

作为本实用新型的进一步实施方案，所述RTC实时时钟模块以I2C总线接口的方式与微控制器连接，用以接收微控制器信号设定时钟中断周期，定时唤醒微控制器。

本实用新型的有益效果包括：本实用新型结构简单，适用性强，能够大幅减低功耗，其硬件组合结构，能够针对供暖季节性特点，在非供暖期深度休眠，在供暖期定时唤醒，上报采集数据，大幅减低功耗，保证了采集器长时间运行而无需更换电池。运用分区分时供电设计思想，使微控制器通过多通道MOSFET电源开关分别控制NB-IoT无线通信模块、温度检测模块、压力检测模块的开断，进一步降低功耗，保证采集器在电池容量一定时使用时间更长。工作电源采用一次性锂亚硫酰氯电池，是实际应用电池系列中比能量最高的一种电池，还具备自放电率低、工作温度范围广等特点，使采集器运行时间更长、更换电池频率更低。

附图说明

图1是本实用新型供热管网温度压力采集器组成结构示意图；

图2是本实用新型多通道电源开关原理图。

图中附图标记说明：1、电源模块，2、多通道MOSFET电源开关，3、微控制器，4、温度检测模块，5、压力检测模块，6、NB-IoT无线通信模块，7、RTC实时时钟模块，8、管网监管平台。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于区分部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

一种供热管网温度压力采集器，包括电源模块1、多通道MOSFET电源开关2、微控制器3、NB-IoT无线通信模块6、温度检测模块4、压力检测模块5、RTC实时时钟模块7；

所述的电源模块1与微控制器3、RTC实时时钟模块7连接，直接给微控制器3、RTC实时时钟模块7供电；

电源模块1与多通道MOSFET电源开关2连接，多通道MOSFET电源开关2分别与NB-IoT无线通信模块6、温度检测模块4、压力检测模块5连接，电源模块1通过多通道MOSFET电源开关2受控给NB-IoT无线通信模块6、温度检测模块4、压力检测模块5供电或断电；

所述微控制器3分别与多通道MOSFET电源开关2、NB-IoT无线通信模块6、温度检测模块4、压力检测模块5、RTC实时时钟模块7连接；所述NB-IoT无线通信模块6与管网监管平台8连接。

在上述实施方案中，所述电源模块1采用一次性锂-亚硫酰氯电池，具有比容量高(1000Wh/dm3，是目前锂电池里最高的)、自放电率低(<2％/年)、工作温度范围广(-55℃～+85℃)等特点；

所述多通道MOSFET电源开关2采用TPS206x系列的配电电源开关，原理图如图2所示，本实施例采用TPS2064B，其每路开关受微控制器3控制，分别给NB-IoT无线通信模块6、温度检测模块4、压力检测模块5供、断电；

所述微控制器3采用支持超低功耗的MSP430单片机，MSP430单片机是工业级16位RISC，正常工作模式及4级CPU低功耗模式可以通过开关状态寄存器的控制位来控制，如下表1所示，正常运行时电流160μA，休眠模式LPM4.0时为0.1μA，为设计低功耗系统提供了有利的条件；微控制器3平时处于LPM4或LPM4.5级休眠状态，接收RTC实时时钟模块7的时钟中断信号后唤醒，进行温度、压力采集及上传后，默认等待20秒，如管网监管平台8无指令下发，则再次休眠等待下一个采集周期被唤醒；

表1 MCU各工作模式

微控制器3由电源模块1供电并通过内部基准电压比较计算出电池输入电压DVCC，当DVCC<3V(可由管网监管平台8远程修改设置)视为电池电量不足报警；

微控制器3连接并控制多通道MOSFET电源开关2的每路开关，实现对NB-IoT无线通信模块6、温度检测模块4、压力检测模块5的分区分时供电管理。微控制器3被唤醒后，依次给温度检测模块4、压力检测模块5、NB-IoT无线通信模块6供电，进行工作；进行休眠前，先关闭NB-IoT无线通信模块6、温度检测模块4及压力检测模块5电源。

所述NB-IoT无线通信模块6选用WH-NB73模块，采用PSM(Power Saving Mode)省电模式，将微控制器3采集的本地温度、压力、电池电压等信息上传至管网监管平台8处理，接收管网监管平台8下发的供暖期设置、每日采集时间间隔、告警参数上下阈值等信息给微控制器3存储处理；

优选的，当采集器处于PSM状态时(最大5uA)，管网监管平台8发送给采集器任何数据，网络都不会立即下发给采集器。只有当采集器离开PSM状态进入到连接状态时(发射最大电流268mA，接收最大电流60Ma，IDLE最大电流4mA)，管网监管平台8侧下发的数据才会发送给采集器，以最大程度降低无线通信功耗。

所述温度检测模块4选用低功耗DS18B20数字温度传感器，采用one-wire单线接口方式与微控制器3双向通信，输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成可应用供热管网的形式，如管道插入式、贴片式。

所述压力检测模块5选用XGZP6161电压型压力变送器，其是一款高性价比的压力变送器，采用平膜结构传感器芯体和专门定制的放大电路，经过线性修正和温度补偿，可以满足多种环境条件下的压力测量与控制需要，封装成可应用供热管网的形式，如管道插入式。

所述RTC实时时钟模块7选用RX8025SA，其是内置高精度调整的32.768kHz晶振实时计时器，以I2C总线接口的方式与微控制器3连接，接收微控制器3指令设定时钟中断周期，定时唤醒低功耗模式下的微控制器3进入工作状态。

本实用新型的硬件组合结构，能够针对供暖季节性特点，在非供暖期深度休眠，在供暖期定时唤醒，上报采集数据，大幅减低功耗，保证了采集器长时间运行而无需更换电池。选用的MSP430单片机能够采集电池电压，将电池容量不足低压上报管网监管平台8报警，防止出现因工作电源电量不足导致采集器无法正常工作的问题。运用分区分时供电设计思想，使微控制器3通过多通道MOSFET电源开关2分别控制NB-IoT无线通信模块6、温度检测模块4、压力检测模块5的开断，进一步降低功耗，保证采集器在电池容量一定时使用时间更长。工作电源采用一次性锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池，是实际应用电池系列中比能量最高的一种电池，还具备自放电率低、工作温度范围广等特点，使采集器运行时间更长、更换电池频率更低。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种供热管网温度压力采集器，其特征在于，包括电源模块(1)、多通道MOSFET电源开关(2)、微控制器(3)、NB-IoT无线通信模块(6)、温度检测模块(4)、压力检测模块(5)、RTC实时时钟模块(7)；所述电源模块(1)分别与微控制器(3)、RTC实时时钟模块(7)连接，用以直接给微控制器(3)、RTC实时时钟模块(7)供电；电源模块(1)与多通道MOSFET电源开关(2)连接，多通道MOSFET电源开关(2)分别与NB-IoT无线通信模块(6)、温度检测模块(4)、压力检测模块(5)连接；所述微控制器(3)分别与多通道MOSFET电源开关(2)、NB-IoT无线通信模块(6)、温度检测模块(4)、压力检测模块(5)、RTC实时时钟模块(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种供热管网温度压力采集器，其特征在于，所述NB-IoT无线通信模块(6)与管网监管平台(8)连接。

3.根据权利要求1所述的一种供热管网温度压力采集器，其特征在于，所述电源模块(1)采用一次性锂-亚硫酰氯电池。

4.根据权利要求3所述的一种供热管网温度压力采集器，其特征在于，所述多通道MOSFET电源开关(2)采用TPS206x系列配电电源开关，其每路开关接收微控制器(3)信号，分别向NB-IoT无线通信模块(6)、温度检测模块(4)、压力检测模块(5)供、断电。

5.根据权利要求2所述的一种供热管网温度压力采集器，其特征在于，所述NB-IoT无线通信模块(6)选用WH-NB73模块，用以在微控制器(3)与管网监管平台(8)之间传输信号。

6.根据权利要求1所述的一种供热管网温度压力采集器，其特征在于，所述温度检测模块(4)采用数字温度传感器，其通过one-wire单线接口方式与微控制器(3)双向通信。

7.根据权利要求6所述的一种供热管网温度压力采集器，其特征在于，所述数字温度传感器封装为管道插入式结构或贴片式结构。

8.根据权利要求1所述的一种供热管网温度压力采集器，其特征在于，所述压力检测模块(5)采用电压型压力变送器，所述电压型压力变送器封装为管道插入式结构。

9.根据权利要求1所述的一种供热管网温度压力采集器，其特征在于，所述RTC实时时钟模块(7)以I2C总线接口的方式与微控制器(3)连接，用以接收微控制器(3)信号设定时钟中断周期，定时唤醒微控制器(3)。

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