一种基于LoRa技术的多通道气体检漏装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于lora技术的多通道气体检漏装置，属于管道气体检漏设备领域。

背景技术：

传统的管道气体检漏设备都是手持式的，即由巡检工人手持设备，带上耳机，在需要检测的厂房、设备区域进行巡检，以发现相关设备的泄漏隐患。这种方式，需要大量的人员去巡检，故障发现率低，故障初期可能存在漏报，且故障上报很大的迟滞性，很多故障发现时泄漏已经很严重，对工厂企业造成巨大的损失。为了解决上述隐患，市场上出现了无线气体检漏设备，通常使用wifi或gprs通讯技术进行数据传输，实时性较强，但是这种设备功耗大，需要市电供电或经常更换电池，且检测方向固定的单一方向，对工厂企业来说，安装部署成本高，需求数量多，维护也不方便。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种基于lora技术的多通道气体检漏装置，解决了现有无线气体检漏设备存在的上述问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于lora技术的多通道气体检漏装置，包括壳体、lora天线、控制电路、电池和若干检漏探头；控制电路设置在壳体内，lora天线和所有检漏探头均设置在壳体表面，并且均连接控制电路，各检漏探头朝向不同的方向，电池连接控制电路，为各用电部件供电。

壳体表面设置有sma连接器，lora天线与sma连接器插接，并通过sma连接器连接控制电路。

各检漏探头分别位于不同的壳体侧面上。

控制电路包括dcdc电路、滤波采样电路和lora通讯电路，dcdc电路的输入端连接电池，dcdc电路的输出端为滤波采样电路和lora通讯电路供电，滤波采样电路的输入端连接检漏探头，滤波采样电路的输出端连接lora通讯电路的输入端，lora通讯电路的输出端连接lora天线。

dcdc电路包括稳压管d1、输入滤波电容c1、输入滤波电容c2、dcdc转换芯片u1、输出储能电感l1、分压电阻r1、分压电阻r2、输出滤波电容c3和输出滤波电容c4；

稳压管d1的负极、输入滤波电容c1的一端、输入滤波电容c2的一端、dcdc转换芯片u1的vin端和en端均连接电池正极，稳压管d1的正极、输入滤波电容c1的另一端、输入滤波电容c2的另一端、dcdc转换芯片u1的gnd1端和gnd2端均接地，dcdc转换芯片u1的vout端分别连接分压电阻r1的一端和分压电阻r2的一端，分压电阻r2的另一端接地，分压电阻r1的另一端作为dcdc电路的输出端，dcdc转换芯片u1的sw端通过输出储能电感l1连接dcdc电路的输出端，输出滤波电容c3的两端分别与dcdc电路的输出端和地连接，输出滤波电容c4的两端分别与dcdc电路的输出端和地连接。

滤波采样电路包括mcu和若干滤波放大电路，每个滤波放大电路的输入端连接一检漏探头，滤波放大电路的电源端连接dcdc电路输出端，滤波放大电路的输出端连接mcu的输入端，mcu的输出端作为滤波采样电路的输出端连接lora通讯电路，mcu的电源端连接dcdc电路输出端。

滤波放大电路包括信号滤波电容c6、信号滤波电容c7、滤波电阻r3、滤波电阻r4和运算放大器u2；

运算放大器u2的电源端连接dcdc电路输出端，运算放大器u2的正输入端连接检漏探头，信号滤波电容c6的一端接地，信号滤波电容c6的另一端通过滤波电阻r3与运算放大器u2的负输入端连接，运算放大器u2的输出端连接mcu的输入端，滤波电阻r4的两端分别连接运算放大器u2的输出端和负输入端，信号滤波电容c7的两端分别连接运算放大器u2的输出端和负输入端。

lora通讯电路包括收发芯片u3、时钟电路、l型滤波电路、t型滤波电路、π型滤波电路、lora滤波电容c25和收发切换开关u4；

收发芯片u3的输入端连接滤波采样电路的输出端，收发芯片u3的电源端连接dcdc电路输出端，收发芯片u3的输出端分别连接l型滤波电路和t型滤波电路的输入端，l型滤波电路的输出端连接收发切换开关u4的输入端，t型滤波电路的输出端连接π型滤波电路的输入端，π型滤波电路的输出端连接收发切换开关u4的输入端，收发切换开关u4的输出端与lora滤波电容c25的一端连接，lora滤波电容c25的另一端为lora通讯电路的输出端，时钟电路为收发芯片u3提供时钟基准。

l型滤波电路包括lora滤波电感l2和lora滤波电容c20，lora滤波电容c20的一端分别与lora滤波电感l2的一端以及收发芯片u3的输出端连接，lora滤波电感l2的另一端接地，lora滤波电容c20的另一端连接收发切换开关u4的输入端；

t型滤波电路包括lora滤波电感l3、lora滤波电容c21和lora滤波电容c22，lora滤波电感l3的一端连接收发芯片u3的输出端连接，lora滤波电感l3的另一端分别连接lora滤波电容c21的一端和lora滤波电容c22的一端，lora滤波电容c21的另一端接地，lora滤波电容c22的另一端连接π型滤波电路的输入端；

π型滤波电路包括lora滤波电感l4、lora滤波电容c23、lora滤波电容c24，lora滤波电感l4的一端分别连接t型滤波电路的输出端、lora滤波电容c23的一端和t型滤波电路的输出端，lora滤波电容c23的另一端接地，lora滤波电感l4的另一端分别连接发切换开关u4的输入端和lora滤波电容c24的一端，lora滤波电容c24的另一端接地。

本实用新型所达到的有益效果：1、本实用新型采用lora通讯技术，功耗非常低，通过电池供电可实现满足3年以上的使用寿命，同时各检漏探头朝向不同的方向，实现不同方向的气体检测，减少了装置安装数量，节约了工厂企业的生产成本；2、本实用新型的dcdc电路，采用静态功耗低、转换效率高的dcdc芯片，最大程度减少了电池电量损失；滤波采样电路，选用超低功耗运算放大器芯片和mcu芯片，具有高通滤波和低通滤波功能，减少了环境干扰产生的误报，且高通滤波、低通滤波和信号放大共用一颗运算放大器，节约了电池电量；lora通讯电路，接收和发射端设计有多重滤波，减少了空间杂讯的干扰，提高了无线通讯的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

图2为本实用新型的电路结构框图；

图3为dcdc电路图；

图4为滤波采样电路图；

图5为lora通讯电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种基于lora技术的多通道气体检漏装置，包括壳体2、lora天线3、控制电路6、sma连接器4、电池5和若干检漏探头1。控制电路6设置在壳体2内，所有检漏探头1均设置在壳体2表面，并且均连接控制电路6，各检漏探头1朝向不同的方向，一般各检漏探头1分别位于不同的壳体2侧面上，sma连接器4设置在壳体2表面，lora天线3与sma连接器4插接，sma连接器4连接控制电路6，电池5连接控制电路6，为各用电部件供电。

检漏探头1用于将气体管道的泄漏信号转换为电信号，并将电信号传输给控制电路6进行处理，lora天线3为黑色小玻璃钢天线，支持的频段为470mhz～510mhz，lora天线3增益为0db。检漏探头1一般设置三个，一个位于壳体2的左侧面，一个位于正侧面，最后一个位于右侧面，壳体2后侧面用于固定。

如图2所示，控制电路6包括dcdc电路、滤波采样电路和lora通讯电路。dcdc电路的输入端连接电池5，dcdc电路的输出端为滤波采样电路和lora通讯电路供电，滤波采样电路的输入端连接检漏探头1，滤波采样电路的输出端连接lora通讯电路的输入端，lora通讯电路的输出端连接lora天线3。

dcdc电路将电池5的电压转换为滤波采样电路和lora通讯电路所需电压，具体结构如图3所示，dcdc电路包括稳压管d1、输入滤波电容c1、输入滤波电容c2、dcdc转换芯片u1、输出储能电感l1、分压电阻r1、分压电阻r2、输出滤波电容c3和输出滤波电容c4。

稳压管d1的负极、输入滤波电容c1的一端、输入滤波电容c2的一端、dcdc转换芯片u1的vin端和en端均连接电池5正极，稳压管d1的正极、输入滤波电容c1的另一端、输入滤波电容c2的另一端、dcdc转换芯片u1的gnd1端和gnd2端均接地，稳压管d1用于吸收vin端的电压脉冲，保护dcdc转换芯片u1，输入滤波电容c1和输入滤波电容c2用于滤除输入电源上的干扰，dcdc转换芯片u1的vout端分别连接分压电阻r1的一端和分压电阻r2的一端，分压电阻r2的另一端接地，分压电阻r1的另一端作为dcdc电路的输出端，dcdc转换芯片u1的sw端通过输出储能电感l1连接dcdc电路的输出端，输出储能电感l1用于储存dcdc转换芯片u1内部开关打开时的能量，输出滤波电容c3的两端分别与dcdc电路的输出端和地连接，输出滤波电容c4的两端分别与dcdc电路的输出端和地连接，输出滤波电容c3和输出滤波电容c4用于平滑滤波，使dcdc电路的输出电压稳定。

滤波采样电路接收检漏探头1的电信号，对其进行滤波放大、采样计算，比昂将计算结果传输给lora通讯电路，具体结构如图4所示，滤波采样电路包括mcu和若干滤波放大电路，每个滤波放大电路的输入端连接一检漏探头1，如图1中有三个检漏探头1，那么这里就有三个滤波放大电路，滤波放大电路的电源端连接dcdc电路输出端，滤波放大电路的输出端连接mcu的输入端，mcu的输出端(即p01端、p02端、p23端、p24端)作为滤波采样电路的输出端连接lora通讯电路，mcu的电源端连接dcdc电路输出端。

滤波放大电路包括电源滤波电容c5、信号滤波电容c6、信号滤波电容c7、滤波电阻r3、滤波电阻r4和运算放大器u2。运算放大器u2的电源端连接dcdc电路输出端，电源滤波电容c5的两端分别连接运算放大器u2的电源端和地，运算放大器u2的正输入端连接检漏探头1，信号滤波电容c6的一端接地，信号滤波电容c6的另一端通过滤波电阻r3与运算放大器u2的负输入端连接，运算放大器u2的输出端连接mcu的输入端，滤波电阻r4的两端分别连接运算放大器u2的输出端和负输入端，信号滤波电容c7的两端分别连接运算放大器u2的输出端和负输入端。

滤波放大电路中滤波电阻r3和信号滤波电容c6组成高通滤波器，滤波电阻r4和信号滤波电容c7组成低通滤波器，同时滤波电阻r3和滤波电阻r4为信号放大电路，放大倍数为r4/r3。检漏探头的输入信号，经过滤波放大电路后，接入mcu的输入端(pinp32)进行采样计算。

图4中滤波放大电路的电路和工作过程均相同，其输出端分别连接mcu的pinp32、p35、p36，mcu外接的电容c8、c9、c10和c11均是电源滤波电容。

lora通讯电路接收滤波放大电路的采样计算结果，并将其转换成无线电磁波，通过lora天线3发出，具体结果如图5所示，lora通讯电路包括收发芯片u3、时钟电路、l型滤波电路、t型滤波电路、π型滤波电路、lora滤波电容c25和收发切换开关u4。

收发芯片u3的输入端(即sck端、mosi端、miso端、nss端)连接滤波采样电路的输出端，收发芯片u3的电源端连接dcdc电路输出端，收发芯片u3的输出端分别连接l型滤波电路和t型滤波电路的输入端，l型滤波电路的输出端连接收发切换开关u4的输入端，t型滤波电路的输出端连接π型滤波电路的输入端，π型滤波电路的输出端连接收发切换开关u4的输入端，收发切换开关u4的输出端与lora滤波电容c25的一端连接，lora滤波电容c25的另一端为lora通讯电路的输出端，即连接sma连接器4(图中x5)，时钟电路为收发芯片u3提供调制解调所需的时钟基准。

图5中，电容c12、c13、c14、c15、c16、c17均为电源滤波电容。

时钟电路包括晶体g1、晶体匹配电容c18和晶体匹配电容c19，晶体匹配电容c18的一端分别与地和晶体g1的gnd4端连接，晶体匹配电容c18的另一端分别与收发芯片u3的xtb端和晶体g1的xtal_io1端连接，晶体匹配电容c19的一端分别与地和晶体g1的gnd2端连接，晶体匹配电容c19的另一端分别与收发芯片u3的xta端和晶体g1的xtal_io3端连接。

收发芯片u3通过spi通信协议与mcu通讯，将mcu的计算结果，调制成无线lora协议格式的无线电磁波。

l型滤波电路包括lora滤波电感l2和lora滤波电容c20，lora滤波电容c20的一端分别与lora滤波电感l2的一端以及收发芯片u3的输出端连接，lora滤波电感l2的另一端接地，lora滤波电容c20的另一端连接收发切换开关u4的输入端。

t型滤波电路包括lora滤波电感l3、lora滤波电容c21和lora滤波电容c22，lora滤波电感l3的一端连接收发芯片u3的输出端连接，lora滤波电感l3的另一端分别连接lora滤波电容c21的一端和lora滤波电容c22的一端，lora滤波电容c21的另一端接地，lora滤波电容c22的另一端连接π型滤波电路的输入端。

π型滤波电路包括lora滤波电感l4、lora滤波电容c23、lora滤波电容c24，lora滤波电感l4的一端分别连接t型滤波电路的输出端、lora滤波电容c23的一端和t型滤波电路的输出端，lora滤波电容c23的另一端接地，lora滤波电感l4的另一端分别连接发切换开关u4的输入端和lora滤波电容c24的一端，lora滤波电容c24的另一端接地。

上述装置采用lora通讯技术，功耗非常低，通过电池5供电可实现满足3年以上的使用寿命，同时各检漏探头1朝向不同的方向，实现不同方向的气体检测，减少了装置按照数量，节约了工厂企业的生产成本。上述装置的dcdc电路，采用静态功耗低、转换效率高的dcdc芯片，最大程度减少了电池电量损失；滤波采样电路，选用超低功耗运算放大器芯片和mcu芯片，具有高通滤波和低通滤波功能，减少了环境干扰产生的误报，且高通滤波、低通滤波和信号放大共用一颗运算放大器，节约了电池电量；lora通讯电路，接收和发射端设计有多重滤波，减少了空间杂讯的干扰，提高了无线通讯的可靠性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。