一種適用于地下儀表無線信號傳輸的裝置的制作方法

本實用新型涉及無線數據采集技術領域，尤其涉及一種適用于地下儀表無線信號傳輸的裝置。

背景技術：

目前國內地下管廊監測儀表(包括水表、燃氣表、熱能表、壓力表等)由于不易于供電、工作環境惡劣，多采用機械表、人工巡檢的模式，存在不能聯網監控、反應速度慢、人工巡查成本高的問題。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種適用于地下儀表無線信號傳輸的裝置，該裝置具有讀數準確、功耗低、穿透及抗干擾能力強、發射距離遠、自動組網等優點。

為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是：一種適用于地下儀表無線信號傳輸的裝置，包括數據處理服務器、若干個數據采集器、若干個中繼器和若干個計量儀表，每個數據采集器采集用于采集相對應的計量儀表數據，并將采集的數據通過信號最強的中繼器與所述數據處理服務器無線通信交互連接；所述數據采集器包括MBUS采集模塊、數據采集單元、LORA無線電模塊、電源模塊和微處理器，所述微處理器分別與MBUS采集模塊、數據采集單元、LORA無線電模塊相連，所述MBUS采集模塊為MBUS信號調制解調電路，包括光耦隔離電路，光耦隔離電路輸出端依次與電平轉換電路、推挽功率放大電路、濾波輸出電路相連，升壓電路的輸出端與電平轉換電路相連，光耦隔離電路輸入端依次與信號解調電路、電流采樣電路、輸入保護電路相連，所述濾波輸出電路及輸入保護電路均通過MBUS總線與數據采集單元通信；所述LORA無線電模塊包括LORA無線電芯片和射頻開關芯片，該LORA無線電芯片通過外圍電路與射頻開關芯片相連接，該射頻開關芯片與射頻天線相連接，可實現微處理器對實現對LORA無線電模塊工作模式的控制和無線電數據的接收與發射功能。

進一步優化的技術方案為當數據處理服務器向數據采集器發出數據采集信號指令時，數據采集器的微處理器向數據采集單元發送指令信號，信號經過光耦隔離電路進入電平轉化電路，電平轉化電路在獨立升壓電路作用下實現總線36V電平的轉換，電平轉化電路的輸出信號經過推挽功率放大電路進行放大，放大后的信號再經過濾波輸出電路進行濾波，經過放大濾波后信號進入MBUS總線發送給數據采集單元。

進一步優化的技術方案為所述數據采集器還包括時鐘控制模塊，所述時鐘控制模塊與微處理器連接，用于周期性控制電源模塊的供電。

進一步優化的技術方案為所述計量儀表為電表、水表、氣燃表、壓力表或熱能表。

進一步優化的技術方案為所述微處理器采用型號為PIC16F690的單片機，所述LORA無線電芯片采用SX1278無線電芯片，所述射頻開關芯片采用PE2459射頻開關芯片。

進一步優化的技術方案為所述電源模塊采用鋰電池。

進一步優化的技術方案為所述LORA無線電模塊采用自組網方式構建無線Mesh網絡，通過CSMA/CA協議和AODV路由算法與其他LORA無線電模塊進行可靠的數據通信。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本實用新型的數據處理服務器發出數據采集指令后，經中繼器被數據采集器的天線接收或直接被數據采集器的天線接收；數據采集器的微處理器通過串口與LORA終端設備連接，實現對LORA無線電模塊工作模式的控制和無線電數據的接收與發射功能，通過對超低功耗微處理器軟件編程實現網絡自動組網，即采用自組網方式構建無線Mesh網絡，通過CSMA/CA協議和AODV路由算法與其他LORA無線電模塊進行可靠的數據通信；傳輸數據時通過比較每個路徑經過的中繼器數量,篩選出中繼器數量最少的那條路徑作為最佳路徑并保存在微處理器內部FLASH,下次再傳輸數據時直接先用之前的最佳路徑.當原有傳輸路徑傳輸失敗時重新選擇其它路徑,并篩選出中繼數量最少的那條最佳路徑；信號最強中繼器的選擇是通過每個中繼器的RSSI值來判斷無線信號的強度，并將其進行從強到弱進行排序，在數據傳輸時選擇信號最強的中繼進行數據傳輸，也就是選擇最優路徑進行傳輸；同時本實用新型通過始終控制模塊的設置，將電源的供電模式設置成周期性喚醒模式，實現低功耗工作模式，采用1.5S休眠,2.1mS工作,1.5S休眠,2.1mS如此周期性喚醒,使得平均工作電流為21uA，延長鋰電池的使用時間；MBUS采集模塊的設置可使數據采集器在3.3V的工作電壓下與MBUS儀表可靠的通訊，通過MBUS轉換電路將3.3V的低壓轉換為MBUS電路需要的36V高壓，保證總線能夠驅動足夠多的儀表。

附圖說明

圖1是本實用新型結構框圖；

圖2是本實用新型數據采集器的結構框圖；

圖3是本實用新型MBUS信號調制解調電路示意圖；

圖4是本實用新型的LORA無線電模塊的電路圖；

圖5是本實用新型的工作流程圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型公開了一種適用于地下儀表無線信號傳輸的裝置，包括數據處理服務器、若干個數據采集器、若干個中繼器和若干個計量儀表，每個數據采集器采集用于采集相對應的計量儀表數據，并將采集的數據通過信號最強的中繼器與所述數據處理服務器無線通信交互連接；所述數據采集器包括MBUS采集模塊、數據采集單元、LORA無線電模塊、電源模塊和微處理器，所述微處理器分別與MBUS采集模塊、數據采集單元、LORA無線電模塊相連，所述MBUS采集模塊為MBUS信號調制解調電路，包括光耦隔離電路，光耦隔離電路輸出端依次與電平轉換電路、推挽功率放大電路、濾波輸出電路相連，升壓電路的輸出端與電平轉換電路相連，光耦隔離電路輸入端依次與信號解調電路、電流采樣電路、輸入保護電路相連，所述濾波輸出電路及輸入保護電路均通過MBUS總線與數據采集單元通信；所述LORA無線電模塊包括LORA無線電芯片和射頻開關芯片，該LORA無線電芯片通過外圍電路與射頻開關芯片相連接，該射頻開關芯片與射頻天線相連接，可實現微處理器對實現對LORA無線電模塊工作模式的控制和無線電數據的接收與發射功能。當數據處理服務器向數據采集器發出數據采集信號指令時，數據采集器的微處理器向數據采集單元發送指令信號，信號經過光耦隔離電路進入電平轉化電路，電平轉化電路在獨立升壓電路作用下實現總線36V電平的轉換，電平轉化電路的輸出信號經過推挽功率放大電路進行放大，放大后的信號再經過濾波輸出電路進行濾波，經過放大濾波后信號進入MBUS總線發送給數據采集單元。所述數據采集器還包括時鐘控制模塊，所述時鐘控制模塊與微處理器連接，用于周期性控制電源模塊的供電，采用1.5S休眠,2.1mS工作,1.5S休眠,2.1mS工作的周期性喚醒模式,使得平均工作電流為21uA，延長鋰電池的使用時間。

進一步優化的實施例為所述計量儀表為電表、水表、氣燃表、壓力表或熱能表。

如圖4所示，進一步優化的實施例為所述微處理器采用型號為PIC16F690的單片機，所述LORA無線電芯片采用SX1278無線電芯片，所述射頻開關芯片采用PE2459射頻開關芯片；SX1278的第1，27，28腳與PE2459射頻開關芯片相連接，以此接收無線信號；SX1278的第16，17，18，19腳與PIC16F690連接，彼此之間通過SPI通訊協議進行數據的傳輸。

天線將無線電信號經過SX1278無線電模塊處理后，轉化為超低功耗處理器PIC16F690可以識別的TTL信號，PIC16F690對信號進行解析，與自身地址進行比對，如果與自身地址不一致，則不作處理。當判斷到與自身地址一致時，將抄表命令發送到超低壓MBUS采集模塊，超低壓MBUS采集模塊將信號進行轉換為待監測儀表可以識別的MBUS信號后發送給待監測儀表(電表、水表、氣燃表、壓力表或熱能表的一種儀表)，完成發送指令的過程。當待監測儀表收到抄表指令后，作出回應，將自己監測到的數據回應給超低壓MBUS采集模塊，超低壓MBUS采集模塊將信號轉換成PIC16F690可以識別的TTL信號傳送給PIC16F690，PIC16F690識別后再經過SX1278無線電模塊和天線最終傳送到數據處理服務器，從而完成接收過程；發送過程和接收過程組成一個完整的數據采集過程。

進一步優化的實施例為所述電源模塊采用鋰電池，其該鋰電池為節19AH的鋰電池可保證5年以上壽命。

進一步優化的實施例為所述LORA無線電模塊采用自組網方式構建無線Mesh網絡，通過CSMA/CA協議和AODV路由算法與其他LORA無線電模塊進行可靠的數據通信；每個LORA無線電模塊可與多個LORA無線電模塊進行數據的交換；各模塊之間采用自組網方式構建無線Mesh網絡，通過CSMA/CA協議和AODV路由算法與其他系統LORA無線電通信模塊進行可靠的數據通信。

圖5展示了PIC16F690的工作流程，整個采集過程都基于該工作流程來完成最終的數據采集及網絡的自組網。

本實用新型主要技術特點如下：

1、具備極強無線穿透能力，無懼豎井深埋、井蓋屏蔽等各種極端環境挑戰；

2、周期喚醒工作模式、極低功耗設計，內置19AH鋰電池可保證五年以上壽命；

3、采用健壯的Mesh網絡及自組網技術方案，無需人工干預，增減表計無線網絡自動重新優化；

4、外殼防護等級IP66，無懼各種高溫高濕等惡劣環境影響；

5、滿足國家信息產業部免費無線頻段要求。