[實用新型]在線低功耗無線PH值傳感器

有效

• 申請號: 201721328048.0
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN207249898U
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 路曉明;李雷
• 申請（專利權）人: 山西三凡信息工程有限公司
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04L29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于無線通信數據采集技術領域，具體涉及一種低功耗擴頻通信技術在水質監測PH值中的集成應用。

背景技術

隨著物聯網和無線通信技術的飛速發展，人們與信息網絡已經密不可分，無線通信在人們的生活中扮演著越來越重要的角色。低功耗、微型化是用戶對當前無線通信產品尤其是便攜產品的強烈要求。短距離無線通信的低成本、相對其它無線通信技術的低功耗、及其對等通信特征等適應了飛速發展的便捷信息傳輸的需求。在技術、成本、可靠性及可實用性等各方面的綜合考慮下，低功耗長距離無線通信技術成為了當今通信領域研究的熱點。

目前市面上的PH傳感器主要分兩種，一種是操作臺式的，測量之后直接在顯示屏上顯示測量值，但不具有在線功能；另一種是測量電極與二次儀表配套使用，電極測量二次儀表通過處理測量信號，將測量值輸出至顯示屏或者4-20mA或者Modbus 對外傳送數據。若要實現在線功能，還需要另加采集設備和網絡通訊設備，才能將PH數據傳送至互聯網，其中，每一個環節不論遠近都需要電纜導線，數據采集設備和網絡通訊設備還大都需要220V供電。此種采集設備具有結構復雜、造價高、運營成本高和維護量大等諸多問題。

實用新型內容

為解決現有技術存在的高成本、高功率和傳輸距離短的技術問題，本實用新型提供了一種應用在水質監測領域中對PH值參數進行測量的裝置，成本低，傳輸距離遠，消耗功耗小。

為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案為：在線低功耗無線PH值傳感器，包括LoRa網關和與LoRa網關連接的LoRa終端節點，LoRa網關與LoRa終端節點之間進行信息傳輸。

LoRa網關包括微控制單元，微控制單元上的R端口、T端口通過數據線與LoRa接收模塊連接，LoRa接收模塊與多個LoRa終端節點無線連接，微控制單元的A端口、B端口通過數據線與LTE模塊連接，LTE模塊通過互聯網模塊與云端數據服務器連接。LoRa接收模塊接收來自多個LoRa終端節點的數據，LoRa接收模塊將數據依次發送至互聯網模塊、云端數據服務器，云端數據服務器將回送的數據反饋至微控制單元內，微控制單元對回送數據進行處理后，再通過LoRa接收模塊將回送數據播送出去。

LoRa終端節點包括終端MCU、玻璃電極和氯化銀電極，玻璃電極的信號輸出端通過數據線與終端MCU連接，氯化銀電極的信號輸出端通過數據線與信號放大器的信號輸入端連接，信號放大器的信號輸出端與終端MCU的A端口連接，終端MCU的R端口、T端口均與LoRa終端模塊連接， LoRa終端模塊與LoRa接收模塊無線連接。玻璃電極與氯化銀電極共同組成為微電池測量系統，電池測量系統沉浸在水中并由被測成分不同的濃度產生不同的電動勢，微電池測量系統與終端MCU連接產生線性關系良好的電流強度。終端MCU通過AD轉換器感知電流大小，并來感知微電池產生電動勢的大小，從而獲取PH值數據，并將計算整理后的數據通過LoRa模塊發送至LoRa網關。LoRa接收模塊接收來自LoRa終端節點發來的PH值數據，在系統內部做差錯校驗和完整性檢測后，把正確的完整數據轉發給數據服務器，LoRa網關同時擔任將云端數據服務器發來的數據轉發給LoRa終端節點。

其中，作為優選的，LoRa接收模塊通過LoRaWAN與多個LoRa終端節點通信，采用LoRa擴頻通信技術，LoRa網關與LoRa終端節點之間最遠可達3-10公里的通信距離，多個LoRa終端節點與LoRa網關之間采用星型拓撲結構，同時，LoRa終端節點可以在不同的網關之間無縫漫游通信，采用此通信模式，延時小，更好地提高了通信實時性。

LoRa網關采用低功耗設計，采用單節18650磷酸鐵電池供電，內置超強休眠機制，睡眠電流可低至10 uA級，一節2300MA電池可以使用1-2年。

LTE模塊通過2G/3G/4G通信網絡與互聯網模塊連接，相對于傳統的物理通信，通信距離遠，通信設備少，無需配置大功率的供電系統，維護成本低。

微控制單元通過接收端SPI總線與LoRa接收模塊連接, 接收端SPI總線是一種高速、全雙工、同步的通信總線，布局空間小。

微控制單元通過UART與LTE模塊連接,UART是一種異步收發傳輸器，它將要傳輸的數據在串行通信與并行通信之間加以轉換，并在微控制單元與LTE模塊之間實現雙向信號傳輸。

其中，作為優選的，微控制單元為32位微控制單元。

終端MCU通過終端SPI總線與LoRa終端模塊連接, 終端SPI總線是一種高速、全雙工、同步的通信總線，布局空間小。