今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利——一種基于LoRa通信的微功耗無線溫度壓力一體化變送器。該專利由天津市萬眾科技發(fā)展有限公司申請(qǐng)，并于2018年6月1日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及石油、化工等各種溫度生產(chǎn)參數(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于LoRa通信的微功耗無線溫度壓力一體化變送器。

發(fā)明背景

目前在石油化工領(lǐng)域，多采用的多為有線溫度變送器，即使采用無線方式，如zigbee或者433MHz，但是由于工作環(huán)境的影響，遮擋嚴(yán)重，無線信號(hào)遮擋丟包嚴(yán)重。無線發(fā)送功耗大，電池使用壽命短。特別是協(xié)議各個(gè)廠家不兼容，維護(hù)困難，互換性差。 特別是有線溫度變送器布線工作量大，時(shí)間長(zhǎng)老化嚴(yán)重。

LoRa的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)方面的長(zhǎng)距離能力。LoRa技術(shù)在高性能、遠(yuǎn)距離、低功耗等方面具有突出的特點(diǎn)。LoRa是低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)中的一種，是物理層或無線調(diào)制用于建立長(zhǎng)距離通信鏈路。許多傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)使用頻移鍵控(FSK)調(diào)制作為物理層，因?yàn)樗且环N實(shí)現(xiàn)低功耗的非常有效的調(diào)制。LoRa是基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制，它保持了像FSK調(diào)制相同的低功耗特性，并增加了通信距離。LoRa技術(shù)本身擁有超高的接收靈敏度(RSSI)和超強(qiáng)信噪比(SNR)。此外使用跳頻技術(shù)，通過偽隨機(jī)碼序列進(jìn)行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴(kuò)展頻譜，防止定頻干擾。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于LoRa通信的微功耗無線溫度壓力一體化變送器，不僅提高生產(chǎn)管理水平，而且降低運(yùn)行成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

一種基于LoRa通信的微功耗無線溫度壓力一體化變送器，包括：表頭、壓力傳感器、天線、外殼、溫度傳感器，其中，還包括溫度連接航空插頭、溫度對(duì)接延長(zhǎng)線；表頭包括：太陽能電池板、充電控制器、鋰離子電池組、電源管理單元，數(shù)據(jù)處理中心、按鍵、LoRa通信模塊、壓力和溫度信號(hào)調(diào)理電路、壓力、溫度傳感器；太陽能電池板組裝在變送器外殼的頂部，便于太陽能的收集，太陽能電池板把太陽能轉(zhuǎn)化為電能后，傳遞給電路板的充電控制器，為鋰離子電池組充電，鋰離子電池組為全部的電器件提供電源，電路板的電源管理單元負(fù)責(zé)對(duì)各功能模塊的電源的開關(guān)控制，電源管理單元受電路板MCU的控制，MCU主要負(fù)責(zé)溫度信號(hào)的ADC采集及處理和LoRa通訊的控制，按鍵、顯示；電路板中的LoRa通訊模塊把溫度的采集值和設(shè)備信息通過無線方式傳送到LoRa控制器，溫度傳感器的模擬值經(jīng)電路板的信號(hào)調(diào)理電路放大、整理后通過MUC轉(zhuǎn)化為溫度值；表頭連接壓力傳感器和溫度傳感器，表頭安裝無線通信天線。

太陽能電池板：采用多晶硅，在太陽光充足日照好的東西部地區(qū)使用，也可以在陰雨天比較多陽光相對(duì)不是很充足的南方地區(qū)使用，適合全國(guó)絕大部分地區(qū)使用；該產(chǎn)品嚴(yán)格按野外應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，輸出5 .5V電壓，充電電流為≥120mA。充電控制器：充電控制器采用恒流和恒壓兩種方式對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，并且會(huì)把充電電流限制在600mA以內(nèi)，防止損壞電池。鋰離子電池組采用1串4并組合形式，電池組內(nèi)包含三洋18650電池芯和安全保護(hù)電路；電池組內(nèi)包括過壓、低壓、過溫、過載等保護(hù)電路；鋰離子電池具有漏電流小，體積小容量大、無記憶效應(yīng)的特點(diǎn)，配合系統(tǒng)的低功耗工作模式，能夠工作更長(zhǎng)的時(shí)間。

電源管理單元：電源管理單元負(fù)責(zé)管理整個(gè)變送器的各個(gè)部分的電源供給，受數(shù)據(jù)處理中心控制，進(jìn)行整機(jī)的功耗控制。數(shù)據(jù)處理中心：采用國(guó)際領(lǐng)先低功耗處理器器，方便對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)就行大數(shù)據(jù)量的運(yùn)算，同時(shí)具有極低的功耗，在相同的電池容量下，設(shè)備使用時(shí)間更長(zhǎng)。溫度傳感器采用熱電阻型，溫度傳感器實(shí)際上就是了電橋輸出電路，由于也屬于弱信號(hào)的處理，需要增加濾波，同時(shí)采用可變放大增益的差分輸入AD。信號(hào)采集后會(huì)有噪聲等干擾需要濾波及信號(hào)放大調(diào)理。Rola模塊采用Ti公司的無線通信芯片U1，內(nèi)部集成了CLAA協(xié)議幀，通過TLL接口與MCU通信，可通過SLEEP管腳進(jìn)行休眠和喚醒。

本發(fā)明提供了一種基于LoRa通信的微功耗無線溫度壓力一體化變送器，采用LoRa無線數(shù)據(jù)傳輸方式，不僅去掉連接電纜，解決了因電纜造成的作業(yè)困難，電纜容易折斷、設(shè)備可靠性差，接口容易進(jìn)水等問題，采用CLAA聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通用性強(qiáng)，集成了石油行業(yè)的GRM協(xié)議可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的互聯(lián)互通。具有數(shù)字校準(zhǔn)功能，采用了精密基準(zhǔn)源和高精度計(jì)算方法，提高了設(shè)備的精度。采用可充電鋰電池和太陽能充電的組合方式，可以為電路長(zhǎng)期供電，易于長(zhǎng)期使用，并且采用了低功耗MCU，同時(shí)微功耗編程技術(shù)。為進(jìn)一步延長(zhǎng)電池使用壽命，盡量使設(shè)備處于低功耗狀態(tài)，采用精確電源管理技術(shù)，關(guān)閉不用的模塊以節(jié)能。