本實用新型屬于低功耗擴頻通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計一種應用LoRa技術(shù)的流量采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著物聯(lián)網(wǎng)和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們與信息網(wǎng)絡已經(jīng)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(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)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(shù)的低功耗、及其對等通信特征等適應了飛速發(fā)展的便捷信息傳輸?shù)男枨?。在技術(shù)、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(shù)成為了當今通信領(lǐng)域研究的熱點。

目前市面上的流量采集終端主要是基于RTU技術(shù)，通過GPRS，3G,4G網(wǎng)絡傳輸采集到的數(shù)據(jù)，每個采集終端造價高，而且在運營中需要支付給通信公司高額的流量使用費，通信數(shù)據(jù)受運營商接口的限制，只能遵循運營公司的標準來做傳輸受到很大的局限，數(shù)據(jù)傳輸延時比較大，由于RTU服務器的限制每條數(shù)據(jù)傳輸需要有一定的時間間隔，達不到實時性數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

每個終端需要配置大功率的太陽能供電系統(tǒng)，維護成本很高，使用壽命低每隔2年就需要更換蓄電池。

高成本的流量采集終端導致每個地區(qū)的流量采集器部署非常有限，稀疏的流量采集數(shù)據(jù)不足已給防汛抗旱提供準確有效數(shù)據(jù)分析能力，給國家防汛抗旱工作造成很大的困難，近期大部分地區(qū)暴雨災害非常頻繁，迫切需要部署一套有效的低成本遙測終端。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的高成本、傳輸距離近和高功耗的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種應用在智慧水利中的流量采集系統(tǒng)，有效利用LoRa技術(shù)，低成本，傳輸距離遠，功耗低。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案為：一種基于LoRa技術(shù)的遙測流量采集系統(tǒng)，包括PCB板和安裝在PCB板上的微控制器、超聲波測速探頭、流量傳感器和流量修正器，微控制器的信號輸入端與流量修正器的信號輸出端連接，流量修正器的信號輸入端與流量傳感器的信號輸出端連接，流量傳感器的信號輸入端與超聲波測速探頭連接，微控制器的信號輸出端與LoRa射頻模塊連接，LoRa射頻模塊與LoRa網(wǎng)關(guān)無線連接。

微控制器為總的信號處理終端，超聲波測速探頭將測到的流速信號傳輸給流量傳感器，流量傳感器對流速信號進行計算和處理，并將流速信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱髁啃盘枺髁總鞲衅鲗⒘髁啃盘杺鬏斀o微控制器進行處理，流量修正器對流量傳感器的流量信號進行修正，保證整個系統(tǒng)的信號處理精確度，LoRa射頻模塊將微控制器的信號傳輸給LoRa射頻模塊，將LoRa技術(shù)應用在流量采集系統(tǒng)中，成本低，低功耗，實現(xiàn)遠距離通信。

LoRa網(wǎng)關(guān)包括嵌入式處理器，嵌入式處理器與LoRa射頻收發(fā)器之間通過SPI總線連接，SPI總線為高速、同步的通信總線，節(jié)約PCB板的結(jié)構(gòu)布局，LoRa射頻收發(fā)器與LoRa射頻模塊無線連接，嵌入式處理器通過通信模塊與互聯(lián)網(wǎng)模塊連接，嵌入式處理器的信號傳輸給互聯(lián)網(wǎng)模塊。

LoRa網(wǎng)關(guān)與LoRa射頻模塊之間采用LoRa擴頻通信技術(shù)，采用LoRa WAN協(xié)議，更好地實現(xiàn)了多接點通信，LoRa網(wǎng)關(guān)繼承了8通道無線接收器，更好地保證了數(shù)據(jù)接收穩(wěn)定性。LoRa射頻收發(fā)器通過擴頻技術(shù)使得此類接收機在125kHz的寬帶下使用獲得接近-140dBm的靈敏度。與FSK系統(tǒng)相比，這種新的擴頻方式在靈敏度上改善了30dB，這樣使得同樣的通信距離發(fā)射功率就會降低，從而實現(xiàn)低功耗長距離的通信。

PCB板上設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器與微控制器連接，溫度傳感器將溫度信號傳輸給微控制器進行處理。

PCB板上設(shè)有指示燈，指示燈與微控制器連接，指示燈用于指示整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

PCB板上設(shè)有電源模塊，電源模塊與微控制器連接，電源模塊為微控制器供電。

PCB板上設(shè)有欠壓檢測模塊，欠壓檢測模塊與微控制器連接，欠壓檢測模塊用于檢測整個系統(tǒng)是否欠壓，避免整個系統(tǒng)在欠壓的工作下工作，

PCB板上設(shè)有故障檢測模塊，故障檢測模塊與微控制器連接，故障檢測模塊用于對整個系統(tǒng)的故障點進行檢測，實時報告整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障點，實現(xiàn)自動控制。

PCB板上布置有RS232接口，RS232接口與微控制器連接，RS232接口與處理器連接,RS232為一種串行物理接口，此種接口應用范圍廣泛、價格便宜、編程容易，通信速度快，保證了數(shù)據(jù)的正常傳輸。

作為其中一種通信方式，通信模塊包括路由器，路由器的信號輸入端與嵌入式處理器連接，路由器的信號輸出端與互聯(lián)網(wǎng)模塊連接，通信模塊的信號通過路由器傳輸給互聯(lián)網(wǎng)模塊進行處理。

作為另一種優(yōu)選的通信方式，通信模塊包括無線AP，無線AP的信號輸入端與嵌入式處理器連接，無線AP的信號輸出端與互聯(lián)網(wǎng)模塊連接，通信模塊的信號通過無線AP傳輸給互聯(lián)網(wǎng)模塊進行處理。

LoRa射頻模塊上設(shè)有射頻天線，射頻天線為470MHz射頻天線，射頻天線與LoRa網(wǎng)關(guān)無線連接。

其中，作為優(yōu)選的，微控制器與LoRa射頻模塊通過SPI總線連接。

作為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)布局，電源模塊、欠壓檢測模塊與指示燈置于同一側(cè)，溫度傳感器、流量傳感器和流量修正器置于同一側(cè)。

電源模塊為3000mAh高能鋰電池，3000mAh高能鋰電池可以使用5-10年，與傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)供電采集終端相比，成本更低。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果主要體現(xiàn)在：

一、低成本：本系統(tǒng)利用LoRa擴頻通信技術(shù)，實現(xiàn)了終端數(shù)據(jù)到云端服務器的采集，流量采集數(shù)據(jù)通過LoRa網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)模塊，每個LoRa網(wǎng)關(guān)可以接入多達5000個流量采集器，只需要一條互聯(lián)網(wǎng)接入通道，很大程度地節(jié)約了終端采集器的成本。

二、遠距離通信：LoRa網(wǎng)關(guān)和流量采集器終端采用擴頻無線通信技術(shù)，最遠可達20公里的通信距，多個流量采集器和LoRa網(wǎng)關(guān)之間采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，同時，流量采集器可以在不通的網(wǎng)關(guān)之間無縫漫游通信，采用此通信模式延時小，更好地提高系統(tǒng)通信實時性要求。

三、低功耗：節(jié)點終端采用低功耗設(shè)計，采用單節(jié)高能電池供電，一節(jié)3000mAh電池可以使用5-10年，和傳統(tǒng)太陽能系統(tǒng)供電采集終端相比，成本更低。

附圖說明

圖1為本實用新型的控制簡圖。

圖2為本實用新型的控制原理圖。

圖3為本實用新型的結(jié)構(gòu)布局圖。

圖4為圖1中LoRa網(wǎng)關(guān)的控制原理圖。

圖中，1為PCB板，2為微控制器， 3為超聲波測速探頭，4為流量傳感器，5為流量修正器，6為LoRa射頻模塊，7為LoRa網(wǎng)關(guān)，8為嵌入式處理器，9為射頻收發(fā)器，10為SPI總線，11為通信模塊，12為互聯(lián)網(wǎng)模塊，13為溫度傳感器，14為射頻天線，15為指示燈，16為電源模塊，17為欠壓檢測模塊，18為故障檢測模塊，19為RS232接口，20為路由器，21為無線AP。

具體實施方式

為了使本實用新型所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1-4所示，一種基于LoRa技術(shù)的遙測流量采集系統(tǒng)，包括PCB板1和安裝在PCB板1上的微控制器2、超聲波測速探頭3、流量傳感器4和流量修正器5，所述微控制器2的信號輸入端與流量修正器5的信號輸出端連接，流量修正器5的信號輸入端與流量傳感器4的信號輸出端連接，流量傳感器4的信號輸入端與超聲波測速探頭3連接，微控制器2的信號輸出端與LoRa射頻模塊6連接，LoRa射頻模塊6與LoRa網(wǎng)關(guān)7無線連接。

微控制器2為總的信號處理終端，超聲波測速探頭3將測到的流速信號傳輸給流量傳感器4，流量傳感器4對流速信號進行計算和處理，并將流速信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱髁啃盘?，流量傳感?將流量信號傳輸給微控制器2進行處理，流量修正器5對流量傳感器4的流量信號進行修正，保證整個系統(tǒng)的信號處理精確度，LoRa射頻模塊6將微控制器2的信號傳輸給LoRa射頻模塊6，將LoRa技術(shù)應用在流量采集系統(tǒng)中，成本低，低功耗，實現(xiàn)遠距離通信。

LoRa網(wǎng)關(guān)7包括嵌入式處理器8，嵌入式處理器8與LoRa射頻收發(fā)器9之間通過SPI總線10連接，SPI總線10為高速、同步的通信總線，節(jié)約PCB板1的結(jié)構(gòu)布局，LoRa射頻收發(fā)器9與LoRa射頻模塊6無線連接，嵌入式處理器8通過通信模塊11與互聯(lián)網(wǎng)模塊12連接，嵌入式處理器8的信號傳輸給互聯(lián)網(wǎng)模塊12。

其中，單個流量采集系統(tǒng)簡稱為LoRa節(jié)點，LoRa網(wǎng)關(guān)7與LoRa節(jié)點通信，LoRa網(wǎng)關(guān)7和云端服務器采用標準IP網(wǎng)絡協(xié)議，通用性和可靠性得到保障。

LoRa網(wǎng)關(guān)7與LoRa射頻模塊6之間采用LoRa擴頻通信技術(shù)，采用LoRa WAN協(xié)議，更好地實現(xiàn)了多接點通信，LoRa網(wǎng)關(guān)7繼承了8通道無線接收器，更好地保證了數(shù)據(jù)接收穩(wěn)定性。LoRa射頻收發(fā)器9通過擴頻技術(shù)使得此類接收機在125kHz的寬帶下使用獲得接近-140dBm的靈敏度。與FSK系統(tǒng)相比，這種新的擴頻方式在靈敏度上改善了30dB，這樣使得同樣的通信距離發(fā)射功率就會降低，從而實現(xiàn)低功耗長距離的通信。

LoRa網(wǎng)關(guān)7和LoRa節(jié)點采用Lora擴頻通信技術(shù)，該技術(shù)具有低功耗，遠距離傳輸特點，采用LoRa WAN 協(xié)議更好的實現(xiàn)了多節(jié)點通信，LoRa網(wǎng)關(guān)7集成了8通道LoRa射頻收發(fā)器9，更好的保證了數(shù)據(jù)接收的穩(wěn)定性。8通道無線接收器通過擴頻技術(shù)使得此類接收機在125kHz的帶寬下使用獲得接近-140dBm的靈敏度。與FSK系統(tǒng)相比，這種新的擴頻方式在靈敏度上改善了30dB，這樣使得同樣的通信距離發(fā)射功率就會降低，從而實現(xiàn)低功耗長距離的通信。

LoRa節(jié)點采用STM32L052低功耗32位MCU做主控器,內(nèi)嵌LoRaWAN無線通信協(xié)議，有信號碰撞檢測機制，自適應速率，面對復雜的環(huán)境有超強抗干擾機制。LoRa節(jié)點自帶了ACK信號確認，有效保障了通信可靠性要求，發(fā)射功率根據(jù)通信距離的RISS值自動調(diào)整，有效的實現(xiàn)了低功耗通信的要求。

LoRa節(jié)點設(shè)計了4-20mA電流環(huán)采集模塊，用于采集超聲波流量傳感器4電流信號。該LoRa節(jié)點設(shè)計滿足大部分傳感器接口的要求做到了通用性，升級更換傳感器或應用方式改變時候無需更換LoRa節(jié)點。

流量采集裝置是由超聲波測速探頭3發(fā)出高頻脈沖聲波遇到被測物位（物料）表面被反射折回反射回波被換能器接收轉(zhuǎn)換成電信號，電信號再通過高精度AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過LoRaWan傳送到LoRa網(wǎng)關(guān)7，每個LoRa節(jié)點有一個唯一的ID碼做標識，服務器通過ID碼來識別流量傳感器4的安裝位置。

LoRa節(jié)點內(nèi)有數(shù)字濾波器，對采集的數(shù)據(jù)做分析，去掉雜波有干擾的數(shù)據(jù)。保證數(shù)據(jù)的準確性。

內(nèi)部集成了8Mbyte的Flash存儲器，可對采集數(shù)據(jù)進行記錄，可以對節(jié)點運行參數(shù)做日志記錄。

長距離低功耗是本系統(tǒng)的特點，體現(xiàn)在實際應用中是成本大范圍的降低。使得流量采集的密度提高，有效的為防洪抗旱提供第一手數(shù)據(jù)資料，對抗旱防汛決策起了至關(guān)重要的作用。

此系統(tǒng)利用LoRa擴頻通信技術(shù)，實現(xiàn)了終端數(shù)據(jù)到互聯(lián)網(wǎng)通信模塊11的采集。LoRa節(jié)點通過LoRa網(wǎng)關(guān)7接入互聯(lián)網(wǎng)，每個LoRa網(wǎng)關(guān)7可以接入多達5000個LoRa節(jié)點，只需要一條互聯(lián)網(wǎng)接入通道，很大程度的節(jié)約了終端采集器的成本。以一個RTU終端通信服務費每年120元計算，5000個LoRa節(jié)點每年產(chǎn)生的流量月租費用達5000*120=60萬元，而采用此系統(tǒng)運營費用僅需一條普通4m ADSL線路或光纖接入的費用，此費用大約在每年600-2000元。

LoRa網(wǎng)關(guān)7和LoRa節(jié)點采用擴頻無線通信技術(shù)最遠可達3-10公里的通信距，LoRa節(jié)點和LoRa網(wǎng)關(guān)7之間采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，同時LoRa節(jié)點可以在不通的LoRa網(wǎng)關(guān)7之間無縫漫游通信，采用此通信模式延時小，更好的提高系統(tǒng)通信實時性要求。

PCB板1上設(shè)有溫度傳感器13，溫度傳感器13與微控制器2連接，溫度傳感器13將溫度信號傳輸給微控制器2進行處理。

PCB板1上設(shè)有指示燈15，指示燈15與微控制器2連接，指示燈15用于指示整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

PCB板1上設(shè)有電源模塊16，電源模塊16與微控制器2連接，電源模塊16為微控制器2供電。

PCB板1上設(shè)有欠壓檢測模塊17，欠壓檢測模塊17與微控制器2連接，欠壓檢測模塊17用于檢測整個系統(tǒng)是否欠壓，避免整個系統(tǒng)在欠壓的工作下工作，

PCB板1上設(shè)有故障檢測模塊18，故障檢測模塊18與微控制器2連接，故障檢測模塊18用于對整個系統(tǒng)的故障點進行檢測，實時報告整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障點，實現(xiàn)自動控制。

PCB板1上布置有RS232接口19，RS232接口19與微控制器2連接，RS232接口19與處理器連接,RS232為一種串行物理接口，此種接口應用范圍廣泛、價格便宜、編程容易，通信速度快，保證了數(shù)據(jù)的正常傳輸。

作為其中一種通信方式，通信模塊11包括路由器20，路由器20的信號輸入端與嵌入式處理器連接，路由器20的信號輸出端與互聯(lián)網(wǎng)模塊12連接，通信模塊11的信號通過路由器20傳輸給互聯(lián)網(wǎng)模塊12進行處理。

作為另一種優(yōu)選的通信方式，通信模塊11包括無線AP21，無線AP21的信號輸入端與嵌入式處理器連接，無線AP21的信號輸出端與互聯(lián)網(wǎng)模塊12連接，通信模塊11的信號通過無線AP21傳輸給互聯(lián)網(wǎng)模塊12進行處理。

互聯(lián)網(wǎng)通信模塊11是數(shù)據(jù)匯總的中心數(shù)據(jù)庫，該系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，節(jié)點終端設(shè)備管理，遠程設(shè)備維護升級，大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)智能校準數(shù)據(jù)。自建私有云系統(tǒng)，保障數(shù)據(jù)私密性，數(shù)據(jù)可視化，數(shù)據(jù)Web查看、下載、統(tǒng)計分析功能。

LoRa射頻模塊6上設(shè)有射頻天線14，射頻天線14為470MHz射頻天線14，射頻天線14與LoRa網(wǎng)關(guān)7無線連接。

其中，作為優(yōu)選的，微控制器2與LoRa射頻模塊6通過SPI總線10連接。

作為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)布局，電源模塊16、欠壓檢測模塊17與指示燈15置于同一側(cè)，溫度傳感器13、流量傳感器4和流量修正器5置于同一側(cè)。

電源模塊16為3000mAh高能鋰電池，3000mAh高能鋰電池可以使用5-10年，與傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)供電采集終端相比，成本更低。

工作流程：LoRa網(wǎng)關(guān)7接收LoRa射頻模塊6的無線信號，在系統(tǒng)內(nèi)部做差錯校驗和完整性檢測以后，把正確的完整數(shù)據(jù)發(fā)送給云服務器，LoRa同時擔任服務器發(fā)來的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給LoRa射頻模塊6。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包在本實用新型范圍內(nèi)。