今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權專利——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，并于2018年6月1日獲得授權公告。

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)的遠程數(shù)據(jù)采集及應用技術領域，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，遮擋嚴重，無線信號遮擋丟包嚴重。無線發(fā)送功耗大，電池使用壽命短。特別是協(xié)議各個廠家不兼容，維護困難，互換性差。 特別是有線溫度變送器布線工作量大，時間長老化嚴重。

LoRa的優(yōu)勢在于技術方面的長距離能力。LoRa技術在高性能、遠距離、低功耗等方面具有突出的特點。LoRa是低功耗廣域網(wǎng)通信技術中的一種，是物理層或無線調(diào)制用于建立長距離通信鏈路。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，因為它是一種實現(xiàn)低功耗的非常有效的調(diào)制。LoRa是基于線性調(diào)頻擴頻調(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技術本身擁有超高的接收靈敏度(RSSI)和超強信噪比(SNR)。此外使用跳頻技術，通過偽隨機碼序列進行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴展頻譜，防止定頻干擾。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術問題，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，而且降低運行成本和安全風險。

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、溫度對接延長線；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責對各功能模塊的電源的開關控制，電源管理單元受電路板MCU的控制，MCU主要負責溫度信號的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不是很充足的南方地區(qū)使用，適合全國絕大部分地區(qū)使用；該產(chǎn)品嚴格按野外應用進行設計和生產(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鋰電池進行充電，并且會把充電電流限制在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電池芯和安全保護電路；電池組內(nèi)包括過壓、低壓、過溫、過載等保護電路；鋰離子電池具有漏電流小，體積小容量大、無記憶效應的特點，配合系統(tǒng)的低功耗工作模式，能夠工作更長的時間。

電源管理單元：電源管理單元負責管理整個變送器的各個部分的電源供給，受數(shù)據(jù)處理中心控制，進行整機的功耗控制。數(shù)據(jù)處理中心：采用國際領先低功耗處理器器，方便對信號數(shù)據(jù)就行大數(shù)據(jù)量的運算，同時具有極低的功耗，在相同的電池容量下，設備使用時間更長。溫度傳感器采用熱電阻型，溫度傳感器實際上就是了電橋輸出電路，由于也屬于弱信號的處理，需要增加濾波，同時采用可變放大增益的差分輸入AD。信號采集后會有噪聲等干擾需要濾波及信號放大調(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、設備可靠性差，接口容易進水等問題，采用CLAA聯(lián)盟的標準協(xié)議通用性強，集成了石油行業(yè)的GRM協(xié)議可實現(xiàn)產(chǎn)品的互聯(lián)互通。具有數(shù)字校準功能，采用了精密基準源和高精度計算方法，提高了設備的精度。采用可充電鋰電池和太陽能充電的組合方式，可以為電路長期供電，易于長期使用，并且采用了低功耗MCU，同時微功耗編程技術。為進一步延長電池使用壽命，盡量使設備處于低功耗狀態(tài)，采用精確電源管理技術，關閉不用的模塊以節(jié)能。