一种LoRa物联网无线远程抄表水表的制作方法

一种lora物联网无线远程抄表水表
技术领域
1.本实用新型涉及仪表技术领域，具体涉及一种lora物联网无线远程抄表水表。


背景技术：

2.随着工业自动化、城市居民住宅建设和农村小城镇建设的日益发展，独立水表数量迅速增多，抄表计量也日趋复杂。传统的人工抄表方式人工费用高，且数据抄收烦琐，准确率偏低，已不能满足当今社会的需求。近年来，利用zigbee技术构造的无线自动抄表系统的应运而生，技术水平有了长足的进步。
3.但是zigbee只适用于近距离传输，最远通信距离为100m，且zigbee网络很容易产生同频干扰，影响网络质量；在实际应用中由于水表安装的物理范围广而且有些地区遮挡物较为严重等问题，不能将水表数据全部抄回。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种lora物联网无线远程抄表水表，其解决了传统水表无法进行远距离传输数据的问题，建立有效、快捷且可靠的路由路径将水表数据传输至服务器。
5.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种lora物联网无线远程抄表水表，包括：基表1、主控模块2、阀门控制模块3、水量采集模块4、触摸输入模块5、lora通讯模块6和led显示模块7，所述主控模块2通过水量采集模块4采集基表1中的字轮转动角度获取水量数据，所述主控模块2与所述阀门控制模块3连接，所述主控模块2与所述触摸输入模块5连接，所述主控模块2与所述lora通讯模块6连接，所述主控模块2与所述led显示模块7连接；
7.所述基表1具有阀门，所述主控模块2用于通过所述阀门控制模块3控制所述阀门的开关，所述主控模块2还用于通过水量采集模块4采集所述水量采集传感器中的水量信息，所述主控模块2还用于接收触摸输入模块5发出的主动上报指令，所述主控模块2还用于通过lora通讯模块6与服务器通讯，所述主控模块2还用于通过led显示模块7显示所述主控模块2与服务器之间的通讯状态。
8.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
9.优选的，lora通讯模块6包括：微控制器mcu1、天线e1、电容c1和电容c2,所述微控制器mcu1的rf引脚与所述天线e1连接，所述电容c1和所述电容c2并联接入电源与所述微控制器mcu1的vcc引脚之间；
10.所述微控制器mcu1的nreset引脚与所述主控模块2的pg6引脚连接，所述微控制器mcu1的dio0引脚与所述主控模块2的pd7引脚连接，所述微控制器mcu1的dio1引脚与所述主控模块2的acmp2_inn0引脚连接，所述微控制器mcu1的dio2引脚与所述主控模块2的adc_in2引脚连接，所述微控制器mcu1的dio3引脚与所述主控模块2的et3_out引脚连接，所述微控制器mcu1的dio4引脚与所述主控模块2的pa14引脚连接，所述微控制器mcu1的dio5引脚
与所述主控模块2的pa15引脚连接；
11.所述微控制器mcu1的clk引脚与所述主控模块2的spi0_sck引脚连接，所述微控制器mcu1的miso引脚与所述主控模块2的spi0_miso引脚连接，所述微控制器mcu1的mosi引脚与所述主控模块2的spi0_mosi引脚连接，所述微控制器mcu1的nss引脚与所述主控模块2的et3_in0引脚连接。
12.优选的，所述阀门控制模块3包括：阀门电机控制电路和阀门接口j1，所述阀门电机控制电路的mcontrol1端、mcontrol0端和1_detect端分别与所述主控模块2的pf3引脚、pf4引脚和adc_in6引脚连接，所述阀门电机控制电路的m+端和m-端通过阀门接口j1与阀门电机连接，所述主控模块2的pf11引脚和pa11引脚通过所述阀门接口j1连接至阀门。
13.优选的，所述led显示模块7包括：电阻r1、发光二极管led1，所述发光二极管led1的正极通过电阻r2连接至所述主控模块2的pa12引脚，所述发光二极管led1的负极接地。
14.优选的，所述触摸输入模块5包括：微控制器mcu2、电容c3、电容c4、接口j2和触摸传感器，所述微控制器mcu2的in引脚通过接口j2与所述触摸传感器连接，所述微控制器mcu2的in引脚还通过电容c3接地，所述微控制器mcu2的vcc引脚与电源vcc连接并通过电容c4接地，所述微控制器mcu2的out引脚与所述主控模块2的pa13引脚连接。
15.优选的，所述水量采集模块4包括：接口j3和两个霍尔传感器，两个霍尔传感器分别通过接口j3连接至所述主控模块2的adc_in7引脚和adc_in8引脚；
16.所述霍尔传感器用于对所述基表1中字轮的转动角度进行检测。
17.优选的，所述阀门电机控制电路包括：二极管d1、二极管d2、三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4、三极管q5、三极管q6、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电容c5、电容c6，所述二极管d1的负极、所述二极管d2的负极、所述三极管q1的发射极和三极管q2的发射极并联接入供电电压，所述二极管d1的正极、所述三极管q1的集电极和所述三极管q5的集电极与所述电容c5的一端连接并通过节点m+与所述阀门接口j1连接，所述电容c5的另一端与所述二极管d2的正极、所述三极管q2的集电极和所述三极管q6的集电极连接并通过节点m-与所述阀门接口j1连接，所述三极管q5的发射极、所述三极管q6的发射极、所述电容c6的一端和所述电阻r6的一端连接并通过节点1_detect接入所述主控模块2的adc_in6引脚，所述电容c6和所述电阻r6并联且另一端共同接地，所述三极管q1的基极通过所述电阻r3与所述三极管q4的集电极连接，所述三极管q4的发射极与所述三极管q6的基极连接，所述三极管q4的基极通过电阻r5与所述主控模块2的pf4引脚连接，所述三极管q2的基极通过所述电阻r2与所述三极管q3的集电极连接，所述三极管q3的基极通过电阻r4与所述主控模块2的pf3引脚连接。
18.优选的，所述主控模块2还连接有一个可选时钟电路。
19.优选的，所述主控模块2包括：控制芯片mcu3、电容c7、电容c8和电容c9，所述控制芯片mcu3的vdd引脚、所述电容c8一端和所述电容c9的一端共同接入供电电压，所述电容c8和所述c9的另一端共同接地，所述控制芯片mcu3的vdd15通过所述电容c7接地；
20.所述控制芯片mcu3的型号为fm33g043。
21.优选的，所述微控制mcu1的型号为sx1278。
22.本实用新型的有益效果是：lora物联网无线远程抄表水表通过使用lora通讯模块与服务器端进行通信，从而使得通讯过程中信号更稳定且传输距离更远，且通过使用4个三
极管控制阀门开关，改变了原有6个三极管的控制方式，进而节省了成本。
附图说明
23.图1为本实用新型整体原理框图；
24.图2为本实用新型lora通讯模块电路原理图；
25.图3为本实用新型阀门控制模块电路原理图；
26.图4为本实用新型阀门结构j1电路原理图；
27.图5为本实用新型led显示模块电路原理图；
28.图6为本实用新型触控输入模块电路原理图；
29.图7为本实用新型水量采集模块电路原理图；
30.图8为本实用新型可选时钟电路原理图；
31.图9为本实用新型主控模块电路原理图；
32.图10为本实用新型调试口示意图。
具体实施方式
33.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
34.本实施例提供一种lora物联网无线远程抄表水表，如图1的原理框图，该lora物联网无线远程抄表水表包括基表1、主控模块2、阀门控制模块3、水量采集模块4、触摸输入模块5、lora通讯模块6和led显示模块7，所述主控模块2通过水量采集模块4采集基表1中的字轮转动角度获取水量数据，所述主控模块2与所述阀门控制模块3连接，所述主控模块2与所述触摸输入模块5连接，所述主控模块2与所述lora通讯模块6连接，所述主控模块2与所述led显示模块7连接。
35.本实施例中的lora物联网无线远程抄表水表，所述基表1具有阀门，所述主控模块2用于通过所述阀门控制模块3控制所述基表1中阀门的开关，所述主控模块2还用于通过水量采集模块4采集所述水量采集传感器中的水量信息，所述主控模块2还用于接收触摸输入模块5发出的主动上报指令，所述主控模块2还用于通过lora通讯模块6与服务器通讯，所述主控模块2还用于通过led显示模块7显示所述主控模块2与服务器之间的通讯状态。
36.本实施例中的lora物联网无线远程抄表水表，其水量采集模块用于采集该水表的水量；led显示模块用作于状态指示，例如在入网注册时，led显示模块亮1秒灭1秒闪烁，在主动上报数据时，led显示模块亮0.5秒一次，在接收数据时，led显示模块快速闪烁3次。lora通讯模块用于该水表与服务器之间的通讯，其中通讯分为主动上报命令和查询命令。主动上报命令采用自有协议，每天主动上报一次(时间随机)，查询命令采用cj/t188-2004通讯协议，仅在主动上报命令后1秒响应服务器查询名称(非实时)，其中正常工作以主动上报为主，查询命令为辅。由于是使用的lora通讯模块与服务器端进行通信，从而使得通讯过程中信号更稳定且传输距离更远。
37.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
38.如图2所示，所述lora通讯模块6包括：微控制器mcu1、天线e1、电容c1和电容c2,所述微控制器mcu1的rf引脚与所述天线e1连接，所述电容c1和所述电容c2并联接入电源与所
述微控制器mcu1的vcc引脚之间。
39.所述微控制器mcu1的nreset引脚与所述主控模块2的pg6引脚连接，所述微控制器mcu1的dio0引脚与所述主控模块2的pd7引脚连接，所述微控制器mcu1的dio1引脚与所述主控模块2的acmp2_inn0引脚连接，所述微控制器mcu1的dio2引脚与所述主控模块2的adc_in2引脚连接，所述微控制器mcu1的dio3引脚与所述主控模块2的et3_out引脚连接，所述微控制器mcu1的dio4引脚与所述主控模块2的pa14引脚连接，所述微控制器mcu1的dio5引脚与所述主控模块2的pa15引脚连接。
40.所述微控制器mcu1的clk引脚与所述主控模块2的spi0_sck引脚连接，所述微控制器mcu1的miso引脚与所述主控模块2的spi0_miso引脚连接，所述微控制器mcu1的mosi引脚与所述主控模块2的spi0_mosi引脚连接，所述微控制器mcu1的nss引脚与所述主控模块2的et3_in0引脚连接。
41.lora通讯模块作为本水表与服务器的数据交互核心，其一方面负责与服务器进行通信，例如将定时主动水表的水量数据发送给服务器，并在服务器在接收到主动上报命令后接收服务器的查询命令。另一方面，lora通讯模块还用于与本水表的主控模块进行数据交互，从主控模块对应的端口获取数据信息，并将服务器的指令发送给主控模块。
42.本实施例中，lora通讯模块采用的型号为sx1278，其集成规模小、效率高，工作频段为137～525mhz,lora是低功耗广域网通信技术的一种，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。当sx1278工作在lora模式时，能获得超过-148dbm的高灵敏度，因此本实施例中通过使用lora通讯模块进行通讯，具有信号稳定以及传输距离远的效果，并且由于其本身是低功耗的，可以使得本水表中的电池使用寿命更长。
43.本实施例中，如图3和图4所示，所述阀门控制模块3包括：阀门电机控制电路和阀门接口j1，所述阀门电机控制电路的mcontrol1端、mcontrol0端和1_detect端分别与所述主控模块2的pf3引脚、pf4引脚和adc_in6引脚连接，所述阀门电机控制电路的m+端和m-端通过阀门接口j1与阀门电机连接，所述主控模块2的pf11引脚和pa11引脚通过所述阀门接口j1连接至阀门。
44.所述阀门电机控制电路包括：二极管d1、二极管d2、三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4、三极管q5、三极管q6、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电容c5、电容c6，所述二极管d1的负极、所述二极管d2的负极、所述三极管q1的发射极和三极管q2的发射极并联接入供电电压，所述二极管d1的正极、所述三极管q1的集电极和所述三极管q5的集电极与所述电容c5的一端连接并通过节点m+与所述阀门接口j1连接，所述电容c5的另一端与所述二极管d2的正极、所述三极管q2的集电极和所述三极管q6的集电极连接并通过节点m-与所述阀门接口j1连接，所述三极管q5的发射极、所述三极管q6的发射极、所述电容c6的一端和所述电阻r6的一端连接并通过节点1_detect接入所述主控模块2的adc_in6引脚，所述电容c6和所述电阻r6并联且另一端共同接地，所述三极管q1的基极通过所述电阻r3与所述三极管q4的集电极连接，所述三极管q4的发射极与所述三极管q6的基极连接，所述三极管q4的基极通过电阻r5与所述主控模块2的pf4引脚连接，所述三极管q2的基极通过所述电阻r2与所述三极管q3的集电极连接，所述三极管q3的基极通过电阻r4与所述主控模块2的pf3引脚连接。
45.本实施例中，通过使用4个三极管控制阀门开关，从而减少了现有技术中6个三极
管的阀门控制，从而使得本水表的成本相较于现有技术中的成本更低。
46.本实施例中，如图5所示，所述led显示模块包括：电阻r1、发光二极管led1，所述发光二极管led1的正极通过电阻r1连接至所述主控模块2的pa12引脚，所述发光二极管led1的负极接地。
47.本实施例中，led显示模块用作于状态指示，例如在入网注册时，led显示模块亮1秒灭1秒闪烁，在主动上报数据时，led显示模块亮0.5秒一次，在接收数据时，led显示模块快速闪烁3次，从而使得用户可以快速通过led显示模块了解本水表当前的通讯状态。
48.本实施例中，如图6所示，所述触摸输入模块5包括：微控制器mcu2、电容c3、电容c4、接口j2和触摸传感器，所述微控制器mcu2的in引脚通过接口j2与所述触摸传感器连接，所述微控制器mcu2的in引脚还通过电容c3接地，所述微控制器mcu2的vcc引脚与电源vcc连接并通过电容c4接地，所述微控制器mcu2的out引脚与所述主控模块2的pa13引脚连接。
49.本实施例中，触摸输入模块通过0.5秒检测一次触摸传感器信号，在连续6次确认为有效时，认为用户触发了触摸输入模块，并向服务器发送主动上报命令，从而使得服务器获取当前水表的水量信息，并判断其是否可以继续使用，在判断结果为是的时候，下发开阀指令至主控模块，使得主控模块通过阀门控制模块打开阀门。
50.本实施例中，如图7所示，所述水量采集模块4包括：接口j3和两个霍尔传感器，两个霍尔传感器分别通过接口j3连接至所述主控模块2的adc_in7引脚和adc_in8引脚；所述霍尔传感器用于对所述基表1中字轮的转动角度进行检测。
51.本实施例中，通过两个霍尔传感器来读取本水表的水量信息，其中一个霍尔传感器用于计量，另外一个霍尔传感器用于磁干扰检测，两个霍尔传感器轮流周期性的断开闭合，例如：ab断开状态
→
a闭合状态b断开状态
→
ab断开状态
→
b闭合状态a断开状态
→
ab断开状态，上述一个周期性的断开闭合为一个有效计量脉冲(闭合时输出脉冲)，对应的水量为0.01m3，当两个霍尔传感器同时闭合状态时长大于等于30秒时，判断为磁干扰状态，磁干扰计数器加一，并记录与报警，在其中任一霍尔传感器断开状态大于等于3秒时，磁干扰状态自动消除。
52.本实施例中，如图8所示，所述主控模块2还连接有一个可选时钟电路。所述可选时钟电路可用于协助其它电路进行辅助计时。
53.本实施例中，如图9所示，所述主控模块2包括：控制芯片mcu3、电容c7、电容c8和电容c9，所述控制芯片mcu3的vdd引脚、所述电容c8一端和所述电容c9的一端共同接入供电电压，所述电容c8和所述c9的另一端共同接地，所述控制芯片mcu3的vdd15通过所述电容c7接地；所述控制芯片mcu3的型号为fm33g043。
54.本实施例中，主控模块作为本水表的控制核心，用于与与之连接的模块进行数据交互和指令交互，例如：用户发送阀门控制指令给阀门控制模块，用于与水量采集模块进行水量数据交互，用于发送数据至lora通讯模块与服务器进行数据交互等。还通过内置的pcn脉冲计数器用来精确计量和防磁干扰。
55.如图10所示，本实施例的水表还设有程序烧录端口j4，该程序烧录端口与主控模块通信连接。由于设置程序烧录端口为现有技术中的常规的技术手段，本实施例中不再赘述。
56.工作原理：
57.本实施例提供的lora物联网无线远程抄表水表，通过主控模块连接阀门控制模块来控制基表上阀门的开关状态，通过主控模块连接水量采集模块来获取水量数据，通过主控模块连接触摸输入模块用来主动上报指令，通过主控模块连接lora通讯模块用来与服务器进行数据交互，通过led显示模块来进行状态显示。本实用新型的lora物联网无线远程抄表水表的电路结构简单，采用lora通讯电路实现了远距离通信又保证了通讯质量，阀门控制模块减少了两个三极管的使用节省了设备成本，值得推广。
58.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。