【新专利介绍】一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器。该专利由天津市万众科技发展有限公司申请，并于2018年6月1日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及石油、化工等各种温度生产参数的远程数据采集及应用技术领域，特别涉及一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器。

发明背景

目前在石油化工领域，多采用的多为有线温度变送器，即使采用无线方式，如zigbee或者433MHz，但是由于工作环境的影响，遮挡严重，无线信号遮挡丢包严重。无线发送功耗大，电池使用寿命短。特别是协议各个厂家不兼容，维护困难，互换性差。 特别是有线温度变送器布线工作量大，时间长老化严重。

LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。LoRa技术在高性能、远距离、低功耗等方面具有突出的特点。LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种，是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控(FSK)调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa是基于线性调频扩频调制，它保持了像FSK调制相同的低功耗特性，并增加了通信距离。LoRa技术本身拥有超高的接收灵敏度(RSSI)和超强信噪比(SNR)。此外使用跳频技术，通过伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，防止定频干扰。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，不仅提高生产管理水平，而且降低运行成本和安全风险。

图为本发明的结构示意图。

一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，包括：表头、压力传感器、天线、外壳、温度传感器，其中，还包括温度连接航空插头、温度对接延长线；表头包括：太阳能电池板、充电控制器、锂离子电池组、电源管理单元，数据处理中心、按键、LoRa通信模块、压力和温度信号调理电路、压力、温度传感器；太阳能电池板组装在变送器外壳的顶部，便于太阳能的收集，太阳能电池板把太阳能转化为电能后，传递给电路板的充电控制器，为锂离子电池组充电，锂离子电池组为全部的电器件提供电源，电路板的电源管理单元负责对各功能模块的电源的开关控制，电源管理单元受电路板MCU的控制，MCU主要负责温度信号的ADC采集及处理和LoRa通讯的控制，按键、显示；电路板中的LoRa通讯模块把温度的采集值和设备信息通过无线方式传送到LoRa控制器，温度传感器的模拟值经电路板的信号调理电路放大、整理后通过MUC转化为温度值；表头连接压力传感器和温度传感器，表头安装无线通信天线。

太阳能电池板：采用多晶硅，在太阳光充足日照好的东西部地区使用，也可以在阴雨天比较多阳光相对不是很充足的南方地区使用，适合全国绝大部分地区使用；该产品严格按野外应用进行设计和生产，输出5 .5V电压，充电电流为≥120mA。充电控制器：充电控制器采用恒流和恒压两种方式对锂电池进行充电，并且会把充电电流限制在600mA以内，防止损坏电池。锂离子电池组采用1串4并组合形式，电池组内包含三洋18650电池芯和安全保护电路；电池组内包括过压、低压、过温、过载等保护电路；锂离子电池具有漏电流小，体积小容量大、无记忆效应的特点，配合系统的低功耗工作模式，能够工作更长的时间。

电源管理单元：电源管理单元负责管理整个变送器的各个部分的电源供给，受数据处理中心控制，进行整机的功耗控制。数据处理中心：采用国际领先低功耗处理器器，方便对信号数据就行大数据量的运算，同时具有极低的功耗，在相同的电池容量下，设备使用时间更长。温度传感器采用热电阻型，温度传感器实际上就是了电桥输出电路，由于也属于弱信号的处理，需要增加滤波，同时采用可变放大增益的差分输入AD。信号采集后会有噪声等干扰需要滤波及信号放大调理。Rola模块采用TI公司的无线通信芯片U1，内部集成了CLAA协议帧，通过TLL接口与MCU通信，可通过SLEEP管脚进行休眠和唤醒。

本发明提供了一种基于LoRa通信的微功耗无线温度压力一体化变送器，采用LoRa无线数据传输方式，不仅去掉连接电缆，解决了因电缆造成的作业困难，电缆容易折断、设备可靠性差，接口容易进水等问题，采用CLAA联盟的标准协议通用性强，集成了石油行业的GRM协议可实现产品的互联互通。具有数字校准功能，采用了精密基准源和高精度计算方法，提高了设备的精度。采用可充电锂电池和太阳能充电的组合方式，可以为电路长期供电，易于长期使用，并且采用了低功耗MCU，同时微功耗编程技术。为进一步延长电池使用寿命，尽量使设备处于低功耗状态，采用精确电源管理技术，关闭不用的模块以节能。