CN217999572U - 一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于NB‑IoT的井下低功耗液位监测终端及系统，涉及智慧城市技术领域，包括NB‑IoT模组、微处理器、电池组件、转换模块、NB‑IoT天线以及投入式液位变送器，本实用新型的NB‑IoT模组采用窄带物联网，在原有运营商基站部署的基础下即可使用NB网络，无需重新添置硬件设施和铺设线缆；从而实现高效传输关键数据；本实用新型的投入式液位变送器可高精度采集污水井、雨水井等内部的液位信息，并通过转换模块转换后输送至微处理器，经处理分析后，经NB‑IoT模组与NB‑IoT天线无线输送至物联网服务平台，实现以较低成本、低能耗且高精度的测定污水井、雨水井等内部的液位状态。

Description

一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端及系统

技术领域

本实用新型涉及智慧城市技术领域，尤其涉及一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端及系统。

背景技术

随着智慧城市建设的推进，污水井、雨水井等内部的液位状态需要通过技术手段接入数据平台，但是目前常见的液位监测通常采用有线铺设，不仅工程量大，且能耗高，而且多种常规的液位传感器的监测终端难以适用于户外恶劣环境，且需要线路为其提供持续电源输入，无法做到低功耗，实用性较低，使得液位监测终端方向的发展进展缓慢，各个液位传感器存在的问题如下：

(1)雷达液位传感器：无需在容器上开孔，但对导电性不好的介质测量效果较差，且价格昂贵、信号分析处理难度较大；

(2)超声波液位传感器：适用于开口容器内的液位测量，可靠性较差、误差较大、矫正补偿复杂；

(3)同位素液位传感器：射线易受到衰减，测量精度差，有辐射，对人体有伤害；

(4)热学式液位计：结构简单，无法测量具体液位值；

(5)电子类液位传感器：测量精度受液体污染情况的影响较大，且响应速度慢；

综上所述，因此如何能够以较低成本、低能耗且高精度的测定污水井、雨水井等内部的液位状态成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端及系统。

本实用新型是通过以下技术方案予以实现：

一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，包括NB-IoT模组、微处理器、电池组件、转换模块、NB-IoT天线以及投入式液位变送器，所述NB-IoT模组、微处理器、电池组件、NB-IoT天线以及转换模块密封布设在机壳内，且NB-IoT模组、微处理器以及转换模块固定在主板上，所述投入式液位变送器的探头端投入井下液体内，其中，

所述投入式液位变送器与所述转换模块电连接，所述投入式液位变送器用于采集井下液位信息，所述投入式液位变送器将采集的井下液位信息传输至转换模块；

所述转换模块与所述微处理器电连接，所述转换模块将井下液位信息输送至微处理器，所述转换模块用于实现通信协议的转换；

所述微处理器与所述NB-IoT模组电连接，用于初步分析井下液位信息并输送至NB-IoT模组；

所述NB-IoT模组与所述NB-IoT无线相连接，用于将井下液位信息调制后经NB-IoT天线发送至基站、物联网服务平台；

所述电池组件分别与NB-IoT模组、微处理器以及转换模块电连接。

可选的，在一种可能的实施方式中，还包括温度传感器，所述温度传感器通过IIC总线与微处理器和电池组件电连接，所述温度传感器用于采集监测终端所处的工作环境温度，并将温度信号输送至微处理器。

可选的，在一种可能的实施方式中，还包括干簧管，所述干簧管固定在机壳内，所述干簧管分别与电池组件和微处理器的的IO引脚相连接，所述干簧管用于外部唤醒终端。

可选的，在一种可能的实施方式中，还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述电池组件和微处理器电连接，所述蜂鸣器用于指示终端工作状态。

可选的，在一种可能的实施方式中，所述转换模块是RS485-UART转换模块，所述RS485-UART转换模块的信号输入端与所述投入式液位变送器电连接，所述RS485-UART转换模块的信号输出端与所述微处理器电连接。

可选的，在一种可能的实施方式中，所述电池组件包括并联连接的锂亚电池和电源电容，所述电源电容输出脉冲电流，所述锂亚电池用于为电池电容进行充电。

本实用新型还提供了一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测系统，其特征在于，包括所述的基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，还包括基站以及物联网服务平台，所述监测终端将调制后的井下液位信息经基站输送至物联网服务平台。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的NB-IoT模组采用窄带物联网，信道容量更大，可以接入更多的终端设备；且在原有运营商基站部署的基础下即可使用 NB网络，无需重新添置硬件设施和铺设线缆；从而实现高效传输关键数据，在无数据传输时，NB-IoT模组处于PSM省电模式，功耗低；

(2)本实用新型的投入式液位变送器可高精度采集污水井、雨水井等内部的液位信息，并通过转换模块转换后输送至微处理器，经处理分析后，经NB-IoT模组与NB-IoT天线无线输送至物联网服务平台，实现以较低成本、低能耗且高精度的测定污水井、雨水井等内部的液位状态。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的电气连接示意图；

附图标记说明：

1、NB-IoT模组；2、微处理器；3、RS485-UART转换模块；4、 NB-IoT天线；5、投入式液位变送器；6、温度传感器；7、蜂鸣器；8、干簧管；9、电池组件。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本实用新型作进一步的详细说明。基于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，都属于实用新型保护的范围。

在实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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，仅是为了便于描述实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。

实施例1

如图所示，本实用新型提供了一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，包括NB-IoT模组1、微处理器2、电池组件9、转换模块、NB- IoT天线4以及投入式液位变送器5，NB-IoT模组、微处理器、电池组件、 NB-IoT天线以及转换模块密封布设在机壳内，且NB-IoT模组、微处理器以及转换模块固定在主板上，而投入式液位变送器的探头端投入井下液体内，其中，

投入式液位变送器与转换模块电连接，投入式液位变送器用于采集井下液位信息，投入式液位变送器将采集的井下液位信息传输至转换模块；此处的投入式液位探头使用数米长电缆线与监测终端连接，而投入式液位变送器的探头端采用RS485通信协议，抗干扰能力强，最大传输距离可达 1800米；而主控端采用CMOS电平的UART协议；

转换模块与微处理器电连接，转换模块将井下液位信息输送至微处理器；而转换模块是RS485-UART转换模块3，RS485-UART转换模块的信号输入端与投入式液位变送器电连接，RS485-UART转换模块的信号输出端与微处理器电连接，RS485-UART转换模块的作用是通信协议之间的转换，RS485协议用的±12V的电平，UART用的0V与3.3V的电平；

微处理器用于初步分析井下液位信息并输送至NB-IoT模组；而微处理器采用32位超低功耗单片机，用于初步处理传感器上报的数据；而休眠状态下可关闭大多数外设时钟，仅保留RTC及外部唤醒，功耗可低至4 微安；

NB-IoT模组与NB-IoT无线电连接，用于将井下液位信息调制后经 NB-IoT天线发送至基站、物联网服务平台；具体为本实施例的NB-IoT模组搭载了国产高性能芯片，可与市面上绝大多数的IoT平台对接，且拥有驻网速度快、长期工作稳定、休眠功耗低等优点；通过串口与微处理器相连接，将串口接收到微处理器发送的信息转换为LwM2M、Coap、UDP、 TCP等协议，经过调制后通过2G信号发送到IoT平台；

电池组件分别与NB-IoT模组、微处理器以及转换模块电连接，而电池组件9包括并联连接的锂亚电池和电源电容，电源电容输出脉冲电流，锂亚电池用于为电池电容进行充电。

可选的，在一种可能的实施方式中，还包括温度传感器6，温度传感器通过IIC总线与微处理器和电池组件电连接，温度传感器用于采集监测终端所处的工作环境温度，并将温度信号输送至微处理器。

可以看出，上述技术方案中，温度传感器使用IIC总线与微处理器连接，在采集液位数据的同时，温度传感器向微处理器上报12bit温度数据，进而得知液位监测终端当前的工作温度。

可选的，在一种可能的实施方式中，还包括蜂鸣器7，蜂鸣器与电池组件和微处理器电连接，蜂鸣器用于指示终端当前工作状态，设备唤醒、休眠、开始采集、无法驻网、无法检测到NB-IoT模组时蜂鸣器发出不同的提示音。

工作过程：

本实施例的投入式液位变送器可高精度采集污水井、雨水井等内部的液位信息，并通过RS485-UART转换模块转换后输送至微处理器，经微处理器处理分析后，经NB-IoT模组与NB-IoT天线无线输送至物联网服务平台，实现以较低成本、低能耗且高精度的测定污水井、雨水井等内部的液位状态。

实施例2

实施例2不仅包括实施例1的全部技术方案，还包括干簧管8，干簧管固定在机壳内，干簧管分别与电池组件和微处理器的IO引脚相连接，干簧管用于外部唤醒终端；具体工作过程是当存在外部磁场变化，干簧管由断开状态变为导通状态，相当于开关的作用；即使用磁铁在机壳外触发时，干簧管导通，微处理器IO引脚拉低，实现了人为唤醒设备的作用，方便产品功能测试与演示。

实施例3

实施例3提供了一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测系统，不仅包括实施例1或实施例2的基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，还包括基站以及物联网服务平台，监测终端将调制后的井下液位信息经基站输送至物联网服务平台。

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 (7)

1.一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，其特征在于，包括NB-IoT模组、微处理器、电池组件、转换模块、NB-IoT天线以及投入式液位变送器，所述NB-IoT模组、微处理器、电池组件、NB-IoT天线以及转换模块密封布设在机壳内，且NB-IoT模组、微处理器以及转换模块固定在主板上，所述投入式液位变送器的探头端投入井下液体内，其中，

所述投入式液位变送器与所述转换模块电连接，所述投入式液位变送器用于采集井下液位信息，所述投入式液位变送器将采集的井下液位信息传输至转换模块；

所述转换模块与所述微处理器电连接，所述转换模块将井下液位信息输送至微处理器，所述转换模块用于实现通信协议的转换；

所述微处理器与所述NB-IoT模组电连接，用于初步分析井下液位信息并输送至NB-IoT模组；

所述NB-IoT模组与所述NB-IoT无线相连接，用于将井下液位信息调制后经NB-IoT天线发送至基站、物联网服务平台；

所述电池组件分别与NB-IoT模组、微处理器以及转换模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器通过IIC总线与微处理器和电池组件电连接，所述温度传感器用于采集监测终端所处的工作环境温度，并将温度信号输送至微处理器。

3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，其特征在于，还包括干簧管，所述干簧管固定在机壳内，所述干簧管与电池组件和微处理器的IO引脚相连接，所述干簧管用于外部唤醒终端。

4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，其特征在于，还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述电池组件和微处理器电连接，所述蜂鸣器用于指示终端工作状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，其特征在于，所述转换模块是RS485-UART转换模块，所述RS485-UART转换模块的信号输入端与所述投入式液位变送器电连接，所述RS485-UART转换模块的信号输出端与所述微处理器电连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，其特征在于，所述电池组件包括并联连接的锂亚电池和电源电容，所述电源电容输出脉冲电流，所述锂亚电池用于为电池电容进行充电。

7.一种基于NB-IoT的井下低功耗液位监测系统，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项所述的基于NB-IoT的井下低功耗液位监测终端，还包括基站以及物联网服务平台，所述监测终端将调制后的井下液位信息经基站输送至物联网服务平台。

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