一种基于LoRaWAN的远程控制电动阀系统的制作方法

本实用新型涉及涉及电动阀控制技术领域，具体涉及一种基于LoRaWAN的远程控制电动阀系统。

背景技术：

电动阀作为IC卡智能水表的核心部件，密切关系着基表的质量，目前电动阀的耐用性测试普遍采用人工插卡控制阀门开关方式实现，人工操作需要数天完成，耗时长、效率低，且插卡控制开关阀操作麻烦，手工记录数据容易有偏差，存在人工操作过程复杂、结果不精准的技术问题，不能对电动阀的开度进行有效的控制。虽然，现有的智能电动阀门执行装置在实际应用中通常采用分布式控制系统的现场总线系统，但是需要大量的I/O接口，而且在对智能电动阀门执行装置进行控制时，通常还需要安装转换控制柜等部件，以便于对智能电动阀门执行装置进行中途控制或者现场控制。因此，现有的智能电动阀门执行装置的现场接线十分繁杂，且信号传输过程受到较大的干扰，使得电动阀存在控制稳定性较差的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型要解决的问题是提供一种能够对电动阀开度进行远程控制的基于LoRa WAN的远程控制电动阀系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于LoRaWAN的远程控制电动阀系统，包括电动阀，与所述电动阀连接的开度反馈接口、开度控制接口、ARM/MCU处理器、LoRa WAN通讯单元和云服务器，所述LoRa WAN通讯单元用于实现所述ARM/MCU处理器与所述云服务器之间的无线通信，所述开度反馈接口和所述开度控制接口与所述电动阀均为电性连接，所述开度反馈接口内接有模拟量采集单元，所述模拟量采集单元用于采集所述电动阀的开度反馈信号，所述模拟量采集单元与所述ARM/MCU处理器之间电性连接有信号输入单元，所述输入单元用于将接收到的模拟信号转换为数字信号并传输至所述ARM/MCU处理器，所述开度控制接口内接有模拟量输出单元，所述模拟量输出单元用于执行所述电动阀打开或关闭的位置信号，所述ARM/MCU处理器与所述模拟量输出单元之间电性连接信号转换单元，所述信号转换单元用于将从所述ARM/MCU处理器接收到的数字信号先转换为模拟信号后传输至所述模拟量输出单元。

优选地，所述信号输入单元包括电流转电压模块和A/D模数转换器，所述电流转电压模块用于将4-20mA电流信号转变成电压信号1-5V，所述A/D模数转换器用于将模拟信号转换为电压信号输出给所述ARM/MCU处理器。

优选地，所述信号转换单元包括D/A数模转换器和电压转电流模块，所述D/A数模转换器用于接收由所述ARM/MCU处理器传输来的电压信号，并将该电压信号转换为模拟信号输出给所述电压转电流模块，通过所述电压转电流模块将1-5V电压信号转变为4-20mA电流信号传输至所述模拟量输出单元。

优选地，所述LoRa WAN通讯单元通过RS485总线与所述云服务器实现无线通讯。

优选地，所述开度反馈接口还包括压力传感器、温度传感器和流量传感器，所述压力传感器、所述温度传感器和所述流量传感器用于分别检测供水总管的压力、温度、流量的数值信息。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

(1)通过在开度反馈接口设置模拟量采集单元能够采集电动阀的开度信息，依次通过电流转电压模块和A/D模数转换器，能够先将电流信号变成电压信号再将模拟信号转换为电压信号输出给ARM/MCU处理器，ARM/MCU处理器将接收的信号通过LoRa WAN通讯单元上传至云服务器，云服务器进行信息计算得到电动阀各个理想参数设定值，将电动阀的开度设定值通过LoRa WAN单元下发给ARM/MCU处理器，然后依次经由信号转换单元中的D/A数模转换器和电压转电流模块，能够接收从ARM/MCU处理器处传输来的电压信号转换为模拟信号输出给电压转电流模块，再将电压信号变为电流信号传输给模拟量输出单元，最终通过模拟量输出单元执行电动阀开启或关闭的位置命令，从而实现对电动阀的远程控制，解决了人工操作过程复杂、结果不精准的技术问题。

(2)通过采用LoRa WAN通讯单元的LoRa WAN通讯方式能够实现ARM/MCU处理器与云服务器之间的无线通讯，通讯距离大于10千米，具有通信距离更远的优势，解决了功耗和传输距离不能兼得的难题，且穿透力更强，此外，该LoRa WAN远程控制电动阀系统集采集器、双向通行及数据反馈响应于一体，使得电动阀控制系统变得更加的简单容易操作的同时大大提高了控制系统的稳定性能，避免了额外增加的线路对信号传输产生的干扰和负面影响，有利于整个系统信号的传输，无需复杂的施工布线，工程量小。

(3)通过LoRa WAN通讯单元的GPS+DTU与AEM/MCU处理器进行串口通信能够对现场数据进行实时采集、储存、传输和显示，进而使得决策人员能够第一时间了解第一生产线的实际情况，节省了传统人工监控的生产成本，通过互联网可以随时随地地打开手机或计算机即可查看管道和电动阀的运行状况，压力、温度、流量等数据，连接数据库插入各个站点的详细坐标信息，能够查看个站点的具体位置，使得该系统具有电子地图的功能。

附图说明

图1是本实用新型的一种基于LoRa WAN的远程控制电动阀系统的工作过程示意框图；

图2是本实用新型的一种基于LoRa WAN的远程控制电动阀系统的电流转电压模块的电路原理图；

图3是本实用新型的一种基于LoRa WAN的远程控制电动阀系统的电压转电流模块的电路原理图；

图4是本实用新型的一种基于LoRa WAN的远程控制电动阀系统的模拟量输出单元的电路原理图；

图中：1-电动阀；2-开度反馈接口；3-开度控制接口；4-ARM/MCU处理器；5-LoRa WAN通讯单元；6-云服务器；7-模拟量采集单元；8-信号输入单元；9-模拟量输出单元；10-信号转换单元；11-电流转电压模块；12-A/D模数转换器；13-D/A数模转换器；14-电压转电流模块。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述。

如图1至图4所示，本实用新型提供一种基于LoRa WAN的远程控制电动阀系统，包括电动阀1，与所述电动阀1连接的开度反馈接口2、开度控制接口3、ARM/MCU处理器4、LoRa WAN通讯单元5和云服务器6，所述LoRa WAN通讯单元5用于实现所述ARM/MCU处理器4与所述云服务器6之间的无线通信，所述开度反馈接口2和所述开度控制接口3与所述电动阀1均为电性连接，所述开度反馈接口2内接有模拟量采集单元7，所述模拟量采集单元7用于采集所述电动阀1的开度反馈信号，所述模拟量采集单元7与所述ARM/MCU处理器4之间电性连接有信号输入单元8，所述输入单元8用于将接收到的模拟信号转换为数字信号并传输至所述ARM/MCU处理器4，所述开度控制接口3内接有模拟量输出单元9，所述模拟量输出单元9用于执行所述电动阀1打开或关闭的位置信号，所述ARM/MCU处理器4与所述模拟量输出单元9之间电性连接信号转换单元10，所述信号转换单元10用于将从所述ARM/MCU处理器4接收到的数字信号先转换为模拟信号后传输至所述模拟量输出单元9。

进一步地，所述信号输入单元8包括电流转电压模块11和A/D模数转换器12，所述电流转电压模块11用于将4-20mA电流信号转变成电压信号1-5V，所述A/D模数转换器12用于将模拟信号转换为电压信号输出给所述ARM/MCU处理器4。

进一步地，所述信号转换单元10包括D/A数模转换器13和电压转电流模块14，所述D/A数模转换器13用于接收由所述ARM/MCU处理器4传输来的电压信号，并将该电压信号转换为模拟信号输出给所述电压转电流模块14，通过所述电压转电流模块14将1-5V电压信号转变为4-20mA电流信号传输至所述模拟量输出单元9。

进一步地，所述LoRa WAN通讯单元5通过RS485总线与所述云服务器6实现无线通讯。

进一步地，所述开度反馈接口2还包括压力传感器、温度传感器和流量传感器，所述压力传感器、所述温度传感器和所述流量传感器用于分别检测供水总管的压力、温度、流量的数值信息。

进一步地，所述电流转电压单元包括一分压电路以及与所述分压电路连接的运算放大器，所述分压电路由于对输入的4-20mA电流信号进行采样，所述运算放大器用于对分压电路采集到的电压信号进行放大，间歇性采样，即不采样的时候关闭采样通道来进一步降低功耗，采集的数据需要经过数字滤波来去除干扰，为了获得一次仪表的测量结果，我们设计了RS232接口和RS485接口，实际的通讯协议需要由仪表厂商提供，采集仪内部编程来读取测量结果。

LoRa WAN通讯单元5涵盖有GPRS与DTU相结合的通信方式，GPRS网络有着良好的覆盖，基于TCP/IP协议，具有地图功能，能够实现使用者通过手持终端设备对电动阀的开度位置、管道的温度信息、压力信息和流量信息均能够进行查看，进行远程控制。通过LoRa WAN通讯单元5的GPS+DTU与AEM/MCU处理器4进行串口通信能够对现场数据进行实时采集、储存、传输和显示，进而使得决策人员能够第一时间了解第一生产线的实际情况，节省了传统人工监控的生产成本，通过互联网可以随时随地地打开手机或计算机即可查看管道和电动阀的运行状况，压力、温度、流量等数据，连接数据库插入各个站点的详细坐标信息，能够查看个站点的具体位置，使得该系统具有电子地图的功能。

本实用新型的工作原理和工作过程如下：首先，开度反馈接口2的模拟量采集单元7采集所述电动阀1的开度信息，同时，模拟量采集单元7中的温度信息采集单元、压力信息采集单元和流量信息采集单元分别对管路的温度信息、压力信息和流量信息进行数据采集，依次通过电流转电压模块11和A/D模数转换器12，电流转电压模块11用于将4-20mA电流信号转变成电压信号1-5V，A/D模数转换器12用于将模拟信号转换为电压信号输出给ARM/MCU处理器4，ARM/MCU处理器4将接收的信号通过LoRa WAN通讯单元5上传至云服务器6，云服务器6进行信息计算得到电动阀1各个理想参数设定值，传输到用户的手持终端可进行远程控制电动阀1开度位置信息，将电动阀1的开度设定值通过LoRa WAN单元5下发给ARM/MCU处理器4，然后依次经由信号转换单元10中的D/A数模转换器13和电压转电流模块14，D/A数模转换器13用于接收从ARM/MCU处理器4处传输来的电压信号，并将该电压信号转换为模拟信号输出给电压转电流模块14，通过电压转电流模块14能够将1-5V电压信号转变为4-20mA电流信号传输给开度控制接口3的模拟量输出单元9，最终通过模拟量输出单元9执行电动阀1开启或关闭的位置命令，从而实现对电动阀1的远程控制，解决了人工操作过程复杂、结果不精准的技术问题，通过LoRa WAN通讯单元5的GPS+DTU与AEM/MCU处理器4进行串口通信能够对现场数据进行实时采集、储存、传输和显示，进而使得决策人员能够第一时间了解第一生产线的实际情况，节省了传统人工监控的生产成本，通过互联网可以随时随地地打开手机或计算机即可查看管道和电动阀的运行状况，压力、温度、流量等数据，连接数据库插入各个站点的详细坐标信息，能够查看个站点的具体位置，使得该系统具有电子地图的功能。

本实用新型的特点在于：通过采用LoRa WAN通讯单元5的LoRa WAN通讯方式能够实现ARM/MCU处理器4与云服务器6之间的无线通讯，通讯距离大于10千米，具有通信距离更远的优势，解决了功耗和传输距离不能兼得的难题，且穿透力更强，此外，该LoRa WAN远程控制电动阀系统集采集器、双向通行及数据反馈响应于一体，使得电动阀控制系统变得更加的简单容易操作的同时大大提高了控制系统的稳定性能，避免了额外增加的线路对信号传输产生的干扰和负面影响，有利于整个系统信号的传输。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。