一种基于LoRa的低功耗无线可燃气体检测装置的制作方法

本实用新型涉及可燃气体检测技术领域，特别涉及一种基于LoRa的低功耗无线可燃气体检测装置。

背景技术：

可燃气体检测报警装置广泛应用于石油、燃气、化工、油库等存在有毒气体的石油化工行业，能够检测室内外及管道内危险场所的泄漏情况。

LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。

现有技术中，1、缺少将LoRa无线技术应用于可燃气体检测报警的装置；2、也没有配合LoRa低功耗的特点设计锂电池供电的带休眠和苏醒功能的低功耗的无线气体检测装置。基于LoRa的低功耗无线可燃气体检测装置无需外接任何接线，可用于没有供电电源和接线不方便的场所，具有很大的应用价值。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种基于LoRa的低功耗无线可燃气体检测装置，采用低功耗的LoRa无线传输技术，配以锂电池供电模式，并设有省电模式的休眠按键和苏醒按键，无需外接供电电源和外接通讯信号传输线，可用于没有供电电源和接线不方便的场所，具有很大的应用价值。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种基于LoRa的低功耗锂电池无线可燃气体检测装置，所述装置包括单片机MCU和与其连接的气体浓度传感器和LCD液晶显示屏，所述装置还包括LoRa无线通讯模块、稳压电路、交流电压检测电路、休眠按键、苏醒按键和锂电池。

所述的LoRa无线通讯模块、稳压电路、交流电压检测电路、休眠按键、苏醒按键均与单片机MCU相连接；所述的稳压电路输入端连接锂电池，输出端连接单片机MCU，锂电池经由稳压电路向单片机MCU供电；所述的交流电压检测电路输入端连接外部电源端口，输出端连接单片机MCU，当检测到没有外部交流供电时，由单片机MCU控制切换到锂电池供电模式。

所述的LoRa无线通讯模块采用ZM470SX-M或YL-1278RF型LoRa通讯芯片。

所述装置还包括锂电池充电管理电路，锂电池充电管理电路输入端连接外部的电源端口，输出端连接锂电池。

所述装置还包括环境温度传感器，环境温度传感器采用DS18B20，设置于所述装置的壳体内，直接通过引脚与单片机MCU相连接。

所述的单片机MCU设有多个I2C端口，通过I2C端口连接管道进口压力传感器和管道出口压力传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的一种基于LoRa的低功耗锂电池无线可燃气体检测装置，采用低功耗的LoRa无线传输技术，配以锂电池供电模式，并设有省电模式的休眠按键和苏醒按键，无需外接供电电源和外接通讯信号传输线，可用于没有供电电源和接线不方便的场所，具有很大的应用价值。

2、本实用新型在不需要实时检测时可以通过休眠按键设置休眠模式，在需要检测时，用苏醒按键唤醒单片机MCU，可以进一步降低功耗。

3、本实用新型还增加了环境温度传感器，可以同时检测环境温度并通过LCD显示，为用户提供方便。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图；

图2是本实用新型的单片机电路原理图；

图3是本实用新型的LoRa无线通讯芯片采用ZM470SX-M电路原理图；

图4是本实用新型的LoRa无线通讯芯片采用YL-1278RF电路原理图；

图5是本实用新型的稳压电路原理图；

图6是本实用新型的锂电池充电管理电路原理图；

图7是本实用新型的交流电压检测电路原理图；

图8是本实用新型的休眠按键、苏醒按键电路原理图；

图9是本实用新型的DS18B20温度传感器接口电路原理图；

图10是本实用新型的LCD显示屏电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种基于LoRa的低功耗锂电池无线可燃气体检测装置，所述装置包括单片机MCU和与其连接的气体浓度传感器和LCD液晶显示屏，所述装置还包括LoRa无线通讯模块、稳压电路、交流电压检测电路、休眠按键、苏醒按键和锂电池。

所述的LoRa无线通讯模块、稳压电路、交流电压检测电路、休眠按键、苏醒按键均与单片机MCU相连接；所述的稳压电路输入端连接锂电池，输出端连接单片机MCU，锂电池经由稳压电路向单片机MCU供电；所述的交流电压检测电路输入端连接外部电源端口，输出端连接单片机MCU，当检测到没有外部交流供电时，由单片机MCU控制切换到锂电池供电模式。

所述的LoRa无线通讯模块采用ZM470SX-M或YL-1278RF型LoRa通讯芯片。

所述装置还包括锂电池充电管理电路，锂电池充电管理电路输入端连接外部的电源端口，输出端连接锂电池。

所述装置还包括环境温度传感器，环境温度传感器采用DS18B20，设置于所述装置的壳体内，直接通过引脚与单片机MCU相连接。

所述的气体浓度传感器可以选择甲烷气体浓度传感器，例如Skyealee的SK-600-CH4-SR型甲烷气体浓度传感器。

本实用新型的单片机MCU还设有多组I2C接口，用于连接管道检测用的管道进口压力传感器和管道出口压力传感器。所述的管道进口压力传感器和管道出口压力传感器为具有I2C接口功能的压力变送器。例如IPD50RC型智能压力变送器。

具体实施电路：

1、单片机MCU：如图2所示，为单片机MCU采用STM32F103RBT6的具体电路，图中，单片机STM32F103RBT6的引脚中，设有3组I2C总线端口，分别为：I2CSCK、I2CSDA，I2CSCK1、I2CSDA1和I2CSCK2、I2CSDA2，气体浓度传感器SK-600-CH4-SR的I2C接口可以直接与其中的任意一组I2C总线直接相连接。另外两组I2C总线端口可以连接管道检测用的管道进口压力传感器和管道出口压力传感器。

单片机MCU的其它连接引脚具体说明在下面的电路连接中介绍。

2、LoRa无线通讯模块，提供两种实施例，一种为图3所示的的采用LoRa无线通讯芯片ZM470SX-M，另一种为图4所示的YL-1278RF型LoRa通讯芯片，两种实施例芯片的管脚均在图2中的单片机MCU的管脚中预留了连接管脚，具体见图2。

3、稳压电路，图5为本实施例的稳压电路图，稳压电路采用稳压芯片TPS70633DBVR，其输入端的3.6V为锂电池的电压输出端(图中的BAT标识处)，稳压芯片的输出端输出3.3V的芯片电压，供单片机MCU电源(图2的1、32、48、64、19、13号引脚)。图4的稳压电路中还设有电源开关键S1和电源复位键S2。

4、锂电池充电管理电路(图6)及交流电压检测电路(图7)，图6实施例中的锂电池充电管理电路采用PWM降压模式锂电池充电管理芯片CN3761，芯片的VG端通过整流桥ZP10，连接外部的交流电源端口(图中最左侧的2P端子P101)，芯片的DRV端输出至锂电池(图中最右侧的BAT标识端)。另外，图6中整流桥ZP10的输出端，还作为交流电压检测电路的检测端(ZP10的3号管脚，5V标识处)，交流电压检测电路将外部交流电压整流后的输出端作为检测端，当外部交流供电时，整流后的电压值为0，即为没有外部供电。

图7为交流电压检测电路，是一个光耦隔离电路，其输入端为图6中的5V标识处，其输出端Check Vcc2连接至图2的单片机MCU的引脚上。

5、休眠按键、苏醒按键，如图8所示，图中，S4为休眠按键，S5为苏醒按键，两个安装于本实用新型装置的外壳上，供操作人员操作，单片机MCU与休眠按键、苏醒按键连接的端口为PutIO1和PutIO2。

6、DS18B20温度传感器接口电路，如图9所示，为DS18B20温度传感器接口电路图，DS18B20通过标号为18B20的引脚与单片机MCU相连接。

7、LCD液晶显示屏，如图10所示，为LCD液晶显示屏的电路图，LCD显示屏LCD12864的6-12号管脚与单片机MCU的引脚相连(见图2中的管脚标号)。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。