一种基于LoRa通信的智能燃气表的制作方法

一种基于lora通信的智能燃气表
技术领域
1.本实用新型涉及一种基于lora通信的智能燃气表，属于智能燃气表技术领域。


背景技术：

2.近年来，针对燃气公司对燃气表监控和燃气用量大数据分析的需要，伴随着智能云服务、物联网产业和技术的逐步发展，无线远传燃气表也迅猛的发展起来。
3.现有常用的无线远传技术为lora(long range，远距离)通信，lora通信是一种扩频调制技术，与同类技术相比，它可以提供更远的通信距离和更高的接收灵敏度，并且使用lora通信技术能够以较低的发射功率获得更广的传输范围和距离。综上，lora通信不仅具有低功耗的特性，而且还具有传输距离远、网络效率高等优势，为燃气表终端的无线远传提供了强有力的技术支撑。
4.然而，由于无线通信的便利性，燃气表终端的数据均是通过无线通信的方式与燃气表公司进行通信，而与用户的交互一般是通过人机交互模块进行，余额等信息往往是通过用户主动读取得知，燃气表无法主动提醒用户。在余额不足的情况下，导致常常出现用户使用燃气时，燃气断气的状况，用户的体验效果不佳。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种基于lora通信的智能燃气表，用以解决现有燃气表终端用户体验差的问题。
6.为实现上述目的，本技术提出了一种基于lora通信的智能燃气表的技术方案，包括与主控模块连接的lora通信模块、显示模块、数据存储模块、阀门控制模块、电压检测模块和流量计量模块，还包括：
7.声音提示模块，声音提示模块包括开关管和发声器，所述开关管与发生器串联后设置在电源和地之间，开关管的控制端连接所述主控模块，用于通过发声器进行声音提示。
8.本实用新型的基于lora通信的智能燃气表的技术方案的有益效果是：本实用新型的智能燃气表通过设置包括开关管和发生器的声音提示模块，可以在燃气表上电、有开/关电磁阀动作、或者欠压、余额不足等异常状态时进行声音提示，在用户与燃气表未进行人机交互时得知燃气表的状态，余额不足时可以及时通知用户缴费，避免出现断气等，提高了用户的体验效果。
9.进一步的，所述开关管为npn型三极管。
10.进一步的，还包括按键模块，所述按键模块包括电阻r3、电阻r4和手动按键；手动按键和电阻r3串联后设置在电源和地之间；电阻r4的一端连接手动按键和电阻r3的连接点，另一端连接主控模块。
11.进一步的，所述流量计量模块为光电直读采集器。
12.进一步的，所述显示模块为段码液晶显示屏。
13.进一步的，所述电压检测模块包括由电阻组成的分压电路，分压电路的一端连接
干电池，另一端接地，分压电路的分压点连接所述主控模块。
14.进一步的，所述数据存储模块采用24aa64芯片。
15.进一步的，所述阀门控制模块采用drv8837芯片。
16.进一步的，所述lora通信模块采用sx1278芯片。
附图说明
17.图1是本实用新型基于lora通信的智能燃气表的结构框图；
18.图2是本实用新型按键模块的电路原理图；
19.图3是本实用新型声音提示模块的电路原理图；
20.图4是本实用新型显示模块的电路及显示示意图；
21.图5是本实用新型电压检测模块的电路原理图；
22.图6是本实用新型数据存储模块的电路原理图；
23.图7是本实用新型阀门控制模块的电路原理图；
24.图8是本实用新型lora通信模块的电路原理图。
具体实施方式
25.基于lora通信的智能燃气表实施例：
26.基于lora通信的智能燃气表如图1所示，包括智能控制系统和燃气表基表两部分，智能控制系统中包括与主控模块mcu连接的显示模块、按键模块、声音提示模块、数据存储模块、电压检测模块、阀门控制模块和lora通信模块；燃气表基表中包括光电直读采集器和电磁阀；光电直读采集器与主控模块连接，用于将所采集的流量发送至主控模块；阀门控制模块连接电磁阀。
27.按键模块如图2所示，包括电阻r3、电阻r4和手动按键s5；电源vcc为干电池电压e+经过稳压片输出的3.3v系统供电电压，手动按键s5和电阻r3串联后设置在电源vcc和地之间；电阻r4的一端连接手动按键s5和电阻r3的连接点，另一端连接主控模块mcu的p5.4引脚。电阻r3的阻值为470k、电阻r4的阻值为1k。燃气表上电后，主控模块采用轮询的方式判断按键处于按下或是断开状态，进而做出相应的处理。
28.本实施例中，燃气表设计为远程开阀，即远程开发允许，本方案中考虑到燃气用户的用气安全，燃气表收到远程开阀指令后，并不立即执行开阀动作，而是必须用户在确认安全的前提下通过手动按键方可打开阀门。按键模块的主要作用首先是打开阀门、其次可以出发显示模块和声音提示模块工作，再次按键还可以触发燃气表主动通信，上传相应的运行信息。
29.声音提示模块如图3所示，包括npn型的三极管vt1和发生器bz，发生器的一端连接电源e+，另一端连接三极管vt1的集电极，三极管vt1的发射极接地，三极管vt1的基极(即控制端)通过限流电阻r6连接主控模块mcu的p9.1引脚，且主控模块mcu的p9.1引脚和三极管vt1的发射极之间设置有电阻r5。三极管所采用的型号为mmbt5551lt1，电阻r5的阻值为10k、电阻r6的阻值为3k。声音提示模块用于在满足声音提示的情况下，通过主控模块发出控制指令，使得三极管vt1导通，进而发生器bz带电发出声音。满足声音提示的条件包括：燃气表上电、有开/关电磁阀动作、欠压、余额不足等异常状态时，对于不同的提示条件，发生
器bz可以通过不同的声音对用户进行提示。
30.显示模块如图4所示，显示模块采用段码液晶显示屏，用于显示用户所用的燃气总量、用户的余额(在余额不足时显示请够气的提示)、所读燃气卡的状态(读卡错误的情况下显示读卡错的提示)、干电池的电量(在干电池电量不足的情况下显示换电池的提示)、电磁阀的开关状态(在电磁阀关闭的情况下显示阀关提示)。段码液晶显示模块的引脚与主控模块的引脚连接关系如图，引脚较多，不一一赘述，举例说明：显示模块的引脚22连接主控模块mcu的引脚p8.3；显示模块的引脚21连接主控模块mcu的引脚p8.2等。当主控模块输出相应的显示信息后通过点亮相应的液晶段码进行显示，并且，为了实现低功耗，显示模块一般不进行显示，只有在用户按键或者上电时显示燃气表当前的运行状态信息。
31.电压检测模块如图5所示，包括由电阻r16和电阻r17构成的分压电路，分压电路的一端连接电源e+(即干电池)，另一端接地；分压电路的分压点，也即电阻r16和电阻r17的连接点连接主控模块mcu的p9.3引脚，且主控模块mcu的p9.3引脚和地之间设置有电容c6。电阻r16的阻值为3.3m，电阻r17的阻值为1.5m，电容c6的容值为104。燃气表采用干电池供电，电压检测模块用于采集干电池的电压，当干电池的电压低于设定的正常工作电压阈值时，主控模块控制燃气表实施欠压保护，关闭电磁阀，保存燃气运行信息，指导用户更换电池后，恢复正常工作状态。
32.数据存储模块如图6所示，包括存储器d5及其外围电路，存储器d5采用24aa64芯片，24aa64芯片的scl端连接主控模块的p4.4引脚；sda端连接主控模块的p4.5引脚。24aa64芯片为电可擦除可编程rom，即eerom，保证存入的燃气运行信息在欠压及掉电情况下不丢失，24aa64芯片可存储过去一年的历史用气信息和异常状态，便于燃气公司查询和追溯。
33.阀门控制模块如图7所示，包括drv8837芯片及其外围电路，drv8837芯片的第一输入端(in2/phase，对应引脚5)和第二输入端(in1/phase，对应引脚6)连接主控模块，第一输出端(out2，对应引脚3)连接电磁阀的引出线on，第二输出端(out1，对应引脚2)连接电磁阀的引出线off，用于根据主控模块的指令，驱动相应的输出端输出移动时间的高低电平进而控制电磁阀的打开和关闭。drv8837芯片的连接关系为现有技术，这里不做赘述。
34.lora通信模块如图8所示，包括sx1278芯片及as179射频开关芯片，用于实现燃气表终端与燃气公司的无线通信。sx1278芯片采用扩频调制和前向纠错技术，与传统的无线调制技术相比，不仅扩大了无线通讯链路的覆盖范围，实现了远距离无线传输，提高了链路的稳定性，而且具有更强的抗干扰性。对于同信道干扰信号的抑制能力达到20db。sx1278芯片spi片选输入nss与主控模块mcu的p1.6相连，sx1278芯片spi时钟输入sck与主控模块mcu的p1.7相连，sx1278芯片spi数据输出miso与主控模块mcu的p2.0相连，sx1278芯片spi数据输出mosi与主控模块mcu的p2.1相连，用于主控模块对sx1278芯片进行寄存器配置。sx1278芯片数字io口dio0与主控模块mcu的p5.5相连，sx1278芯片数字io口dio1与主控模块mcu的p2.4相连，sx1278芯片数字io口dio2与主控模块mcu的p5.3相连，sx1278芯片数字io口dio3与主控模块mcu的p5.2相连，sx1278芯片数字io口dio4与主控模块mcu的p5.1相连，sx1278芯片数字io口dio5与主控模块mcu的p5.0相连，用于实现主控模块mcu和无线芯片sx1278之间的数据传输。sx1278芯片复位触发输入脚nreset与主控模块mcu的p5.6相连，用于主控模块mcu控制sx1278芯片进行复位。sx1278芯片开关控制rxctrl引脚与主控模块mcu的p4.7相连，同时经过电阻r171与射频开关as179的v1引脚相连，sx1278芯片的rxtx/rfmod引脚经过
电阻r201与射频开关as179的v2引脚相连，用于主控模块mcu控制射频开关as179中v1和v2为高电平或低电平。sx1278芯片的rfi_lf引脚与射频开关as179的rf1相连，sx1278芯片的rfo_lf引脚与射频开关as179的rf2相连。当as179中v1为低电平，as179中v2为高电平，此时rf1射频输出打开，此时rf1射频输出与sx1278芯片的rfi_lf引脚连通,sx1278芯片处于接收模式。当as179中v1为高电平，as179中v2为低电平，此时rf2射频输出与sx1278芯片的rfo_lf引脚连通，sx1278芯片处于发送模式。
35.主控模块采用超低功耗的mcu，在无外部输入信号或中断的情况下，主控模块工作在休眠模式，此时智能控制系统可以以极低的电流消耗维持系统运行，一旦有外部输入信号，主控模块又能在极端的时间内快速进入工作状态，保证智能控制系统极低的电池消耗。
36.上述实施例中，为了提高燃气表计量的准确性，采用光电直读采集器作为流量计量模块采集流量，作为其他实施方式，还可以采用脉冲计数的方式计算流量，本实用新型对此不做限制。
37.上述实施例中，npn型的三极管vt1作为开关管设置在按键模块中，以控制发声器的通电/关闭，作为其他实施方式，开关管也可以为mos管等，本实用新型对开关管的类型不做限制。
38.关于显示模块、按键模块、电压检测模块、数据存储模块、lora通信模块均可以采用现有技术中的相关技术手段进行替换，能够实现相应的功能即可，本实用新型并不做限制。
39.本实用新型的智能燃气表可以在燃气表上电、有开/关电磁阀动作、或者欠压、余额不足等异常状态时进行声音提示，在用户与燃气表未进行人机交互是得知燃气表的状态，余额不足时可以及时通知用户缴费，避免出现断气等，提高了用户的体验效果。