一种无线流量变送器的制作方法

本实用新型涉及流量数据远程监控技术领域，具体涉及一种无线流量变送器。

背景技术：

随着物联网的不断发展，具有远程监控功能的流量计成为发展趋势。为了能对流量计远程实时监控，可使用无线技术组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有wifi、蓝牙、zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2g/3g，现在新兴起的低功耗广域网无线技术主要有rola、nb-iot等。

组成局域网的无线技术传输距离较短，不适用于测量点比较分散的场景；组成低功耗广域网无线技术不适用于实时监控；组成广域网的无线技术中2g/3g正逐渐被淘汰。这些方式都不能解决如今对无线流量变送器的需求，所以需要一种新型的流量变送器，能够适用于测量点分散且距离较远的场景并且实时性要求高的场合。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无线流量变送器，本实用新型采用以下技术方案：

一种无线流量变送器，其特征在于，包括：传感器信号处理电路、arm(advancedriscmachines,arm处理器)单片机、电源电路、无线通信模块和rs232通信接口；

所述传感器信号处理电路与所述arm单片机连接；

所述传感器信号处理电路包括：流量传感器接口，用于通过所述流量传感器接口连接外部预设流量传感器；

所述无线通信模块包括4g模块；

所述arm单片机连接所述无线通信模块，用于通过所述无线通信模块与外部预设监控中心通信；

所述arm单片机连接所述rs232通信接口，用于通过所述rs232通信接口与外部预设上位机通信。

可选的，所述arm单片机包括uart接口；

所述arm单片机通过所述uart接口连接4g模块。

可选的，所述无线通信模块还包括sim卡和射频天线；

所述arm单片机通过所述射频天线接收监控中心发送的指令。

本实用新型的一种无线流量变送器，其特征在于，所述电源电路包括dc/dc芯片模块、第一ldo芯片模块、第二ldo芯片模块和第三ldo芯片模块；

所述电源电路连接预设电源；

所述预设电源为锂电池和/或外部电源。

可选的，所述无线流量变送器还包括tf卡；

所述tf卡连接所述arm单片机，用于存储所述arm单片机数据。

可选的，所述无线流量变送器还包括液晶显示屏；

所述液晶显示屏通过spi总线连接所述arm单片机6。

可选的，所述无线流量变送器还包括继电器驱动电路；

所述无线流量变送器通过所述继电器驱动电路连接所述继电器，控制管道阀门开关。

可选的，所述arm单片机6中设置有定时器。

可选的，还包括高速晶振和低速晶振；

所述高速晶振为所述arm单片机内核及外设提供基本时钟信息；

所述低速晶振为所述arm单片机内部的rtc提供基本时钟信息。

可选的，还包括括继电器驱动电路、液晶显示屏和tf卡；所述传感器信号处理电路、所述电源电路、所述arm单片机、所述继电器驱动电路、所述液晶显示屏、所述tf卡、所述rs232通信接口和所述无线通信模块是一体集成的。

本申请采用以上技术方案，具有如下有益效果：

本申请提供一种无线流量变送器，采用arm单片机外接传感器对流量数据进行检测，再通过与arm单片机接通的无线通讯模块实现流量变送器与监控中心的无线通信。本申请的无线流量变送器通过4g模块实现信息传输，相对于2g/3g等广域网传输效率更高，相对于局域网wifi、蓝牙、zigbee出书方式，可以实现对长距离的分散测量点进行检测，并且相对于低功耗广域网无线rola、nb-iot可以实现实时监控的效果。所以本申请提供的流量变送器，传输能够适用于测量点分散且距离较远的场景并且实时性要求高的场合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中无线通信模块的示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部的电源电路的整体结构图。

图4a是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部电源电路中的外接电源输入电路。

图4b是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部电源电路中的dc/dc模块电路图。

图4c是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部电源电路中的第一ldo模块电路图。

图4d是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部电源电路中的第二ldo模块电路图。

图4e是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部电源电路中的第三ldo模块电路图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中继电器驱动电路与arm单片机的连接示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的一张无线流量变送器中arm单片机外部高速晶振与低速晶振的电路连接图。

图中：流量传感器接口—1，锂电池—2，外接电源—3，传感器信号处理电路—4，继电器驱动电路—5，arm单片机—6，液晶显示屏—7，电源电路—8，tf卡—9，rs232通信接口—10，无线通信模块—11，sim卡—12，4g模块—13，射频天线—14。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如实用新型内容中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

随着物联网的不断发展，具有远程监控功能的流量计成为发展趋势。为了能对流量计远程实时监控，可使用无线技术组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有wifi、蓝牙、zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2g/3g等，现在新兴起的低功耗广域网无线技术主要有rola、nb-iot等。

组成局域网的无线技术传输距离较短，不适用于测量点比较分散的场景；组成低功耗广域网无线技术不适用于实时监控；组成广域网的无线技术中2g/3g正逐渐被淘汰。这些方式都不能解决如今对无线流量变送器的需求，所以需要一种新型的流量变送器，能够适用于测量点分散且距离较远的场景并且实时性好的场合。

例如实时监控和监控到异常时的及时报警，以上手段是不能解决的，所以需要一种可以对流量数据进行远距离的监控，并且数据传输量要大，实时性要强的新的技术方案来解决相关问题。

图1是本实用新型实施例一提供的一种无线流量变送器的结构示意图，如图1所示：

本申请提供一种无线流量变送器，包括：传感器信号处理电路4、arm单片机6、电源电路8、无线通信模块11和rs232通信接口10；

传感器信号处理电路4与arm单片机6连接；

传感器信号处理电路4包括：流量传感器接口1，传感器信号处理电路4通过流量传感器接口1连接外部预设流量传感器；

具体的，在流量管道中设置流量传感器，本申请提供的无线流量变送器通过在arm单片机6中连接传感器信号处理电路4，在传感器信号处理电路4中接通流量传感器，将流量传感器中检测到的信号经传感器信号处理电路4传至arm单片机6中，进行后续处理。

无线通信模块11包括4g模块13；

arm单片机6连接无线通信模块11，用于通过无线通信模块11与外部预设监控中心通信；

具体的，无线通信模块11中包括4g模块13、sim卡12和射频天线14，通过4g模块13使无线通信模块11具备了连接4g的功能，再通过sim卡12获取网络运营商流量使用权，最后通过射频天线14发送和接收arm单片机6与远程监控中心之间的信息。

arm单片机6连接rs232通信接口10，通过rs232通信接口10与外部预设上位机通信。

具体的，除了在远程监控中心中可以对单片机中的数据进行修改，从而改变管道内流体的流速等状态，还可以通过在arm单片机6中连接上位机，在上位机中对单片机中的数据参数进行修改，从而控制管道内流体的流速等状态。

在实际应用中，用rs232通信接口10连接arn单片机6和上位机，在上位机中安装ft232芯片将ttl与rs232的电平转换，实现上位机与arm单片机6的信息交流。

本申请提供的一种无线流量变送器采用arm单片机6外接传感器对流量数据进行检测，再通过与arm单片机6接通的无线通信模块11实现流量变送器与监控中心的无线通信；通过4g传输，可以实现对长距离的分散测量点进行检测，而且传输的数据量大，具有很高的实时性。

图2是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中无线通信模块的示意图。

如图2所述，本申请提供的无线流量变送器的无线通信模块11包括：4g模块13、sim卡12和射频天线14；

4g模块13具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活等特点。4g模块是指硬件加载到指定频段，软件支持标准的lte协议，软硬件高度集成模组化的一种产品的统称。硬件将射频、基带集成在一块pcb小板上，完成无线接收、发射、基带信号处理功能，支持语音拨号、短信收发、拨号联网等功能。

4g模块与目前的流量变送器中的2g相比兼容性更好，支持更多平台，可以在多种平台中进行使用和转换；通信数据量更大，4g模块下行速率最高可以达到150mbps，上行速率最高可以达到50mbps，为客户提供高速互联网接入与无线数据连接等功能，适合大数据量传输的应用，在无线流量变送器中使用，可以更好的完成流量数据的传输，对远程监控流量信息数据有着很大的改善；通信速度快，4g模块较2g/3g模块有更低的ping值，模块发送数据包到收到服务器应答的时间更短，适合对响应速度要求高的应用，在无线流量变送器中使用，可以更快速的实现对监控数据的传输，达到实时监控流量数据，并且由于其相应速度快，可以在流量数据异常时，及时发出远程报警，使异常能够及时的被发现，进而进行维修。

在实际应用中，4g模块主要是采用usb接口与其他设备进行连接，但流量变送器中一般使用单片机行进数据监测和处理，而单片机使用的接口是串行接口，所以相对于接口的转换以及不同数据类型的数据行进交流是很困难的，本申请提供的技术方案中采用将4g模块13与arm单片机6之间通过高速uart口通信连接，高速uart口一端连接在arm单片机6的io口，另一端连接到4g模块13的外接口中，实现两者的连接。这样arm单片机6可以通过io口对4g模块13进行开机、关机、休眠、唤醒等操作。这样，arm单片机6就可以与4g模块13实现信息数据的交流，并且4g模块13利用ppp拨号上网方式连接互联网，用于实现单片机与预设监控中心的信息交流。

其中，4g模块13的安装，只是实现具备了连接4g的功能，但并不具备使用4g流量进行数据传输的功能，本申请中无线流量变送器的无线通信模块11除了4g模块13，还包括sim卡12以及射频天线14；

在实际应用中，sim卡12获得网络运营商流量的使用权；射频天线14接收来自网络运营商基站的信号，并发送数据信息发送到网络运营商基站的信号。sim卡12、射频天线14与4g模块13共同完成arm单片机6与预设监控中心之间的通信；

在实际应用中，预设监控中心通过4g无线通信对无线流量变送器进行远程监控。

具体的，该无线流量变送器可通过4g模块13实现远程监控。arm单片机6根据内部程序或者4g模块13的指令，将流量、数据通过4g模块13发送到监控中心，实现远程监测；4g模块13还可以接收来自监控中心的指令，要求arm单片机6完成上传数据、更改设置参数、完成继电器开关等任务，实现远程控制。

该无线流量变送器可通过广域网4g传输方式实时远程报警，且实时性高。

具体的，当流量数值超过设定的阈值，arm单片机6会立即通过4g模块13将报警信息上传到监控中心，实现实时远程报警。

本申请提供一种无线流量变送器，通过与arm单片机6接通的无线通信模块11实现流量变送器与监控中心的无线通信。通过无线通信模块11中的4g模块13和sim卡12获取网络运营商流量，在通过射频天线14发射和接收，实现进行无线流量变送器与监控中心的信息交流，通过使用网络运营商的基站，实现测量点分散且距离远的测量，并且通过4g传输方式实现信息的大量传输，提供较高的实时性。

图3是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部的电源电路的整体结构图。

如图3所示：

电源模块采用外接电源3供电和锂电池2供电两种供电方式。两种供电方式都先将电压降至5v给整块无线流量变送器以及5v继电器供电，其中外接电源3供电方式采用dc/dc芯片模块将电压降到5v，而锂电池2供电方式采用第一ldo芯片模块将电压降到5v。采用第二ldo芯片模块将5v电压降到3.3v给arm单片机6和液晶显示屏7供电，第三ldo芯片模块将5v电压电压降至3.8v给4g模块13供电。

该系统具有锂电池2供电和外接电源3供电两种供电方式，输出的电源给所有器件供电。为了适应外部不同的电源输入要求，设计的外接电源3供电输入采用9～30v供电，能与外部常用直流电压相匹配；当外部无供电时，可以采用锂电池2供电，其内部采用2节大容量3.7v锂离子电池，而且内部设计充电电路，外部可直接用5v电源进行充电。

图4a是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部的电源电路的外接电源输入电路。

图4b是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部电源电路中的dc/dc模块电路图。

如图4b所示采用lm2576r-12芯片,以实现将外接电源电压转化为5v电压。

lm2576r-12芯片的管脚vin连接节点dc_in，还连接电容c21的正极。其中电容c21负极接地；lm2576r-12芯片的管脚vout连接二极管d3负极，还连接电感l1；其中二极管d3正极接地，电感l1连接节点dc_5v和电感c22正极；其中电感c22负极接地；lm2576r-12芯片的管脚gnd和管脚on/off接地；lm2576r-12芯片的管脚fb连接节点电感l1。

图4c是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部电源电路中的第一ldo模块电路图。

如图4c所示，采用lm1117mpx-5.0/nopb芯片，实现将锂电池的电压由7.4v转化为5v的功能。

lm1117mpx-5.0/nopb芯片的管脚vin连接并联的电容c1、c2，并连接con2，其中通过c1、c2与con2，并且c1、c2接地；lm1117mpx-5.0/nopb芯片的管脚out连接电容c7、c8正极，并连接二极管d3正极，输出5v电压；其中c7、c8负极接地。如此，实现将锂电池的电压由7.4v转化为5v。

图4d是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部电源电路中的第二ldo模块电路图。

如图4d所示采用tc1107-3.3voa芯片实现输出3.3v电压的功能。

tc1107-3.3voa芯片的管脚vin、shdn连接节点dc_5v；

tc1107-3.3voa芯片的管脚bypass通过电容c39接地，管脚gnd直接接地；

tc1107-3.3voa芯片的管脚vout输出3.3v电压，并且连接电容c34正极；其中电容c34负极接地。

图4e是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机内部电源电路中的第三ldo模块电路图。

如图4e所示，采用mic29302wu芯片实现输出3.8v电压的功能。

mic29302wu芯片的管脚adj连接电阻r17和r12，通过r12接地,通过r17连接管脚vout。

mic29302wu芯片的管脚vout通过电阻r22接地，且并联电容c16和电容c15的正极，输出3.8v电压；其中c16和c15的负极都接地；

mic29302wu芯片的管脚gnd接地；

mic29302wu芯片的管脚vin通过r19连接管脚en，并联电容c19、c20的正极，且连接dc_5v节点；其中电容c19、c20负极都接地；

mic29302wu芯片的管脚en连接三极管的集电极，且连接r19；

其中，三极管基极连接电阻r25和r26,发射极连接r26和接地；其中，r25连接vcc节点；

通过上述电源电路为无线流量变送器器进行供电，可以实现从外部电源以及内部蓄电池两种方式供电，更加可靠有效。

图5是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中继电器驱动电路与arm单片机6的连接示意图。

继电器驱动电路5利用arm单片机6的io口来控制5v继电器的通断。原理图如图5。通过控制arm单片机6的io口的输出电压来控制图5中三极管的通断，从而控制继电器通断。

在实际应用中，继电器驱动电路5通过其内部的接口外接5v继电器，完成对管道阀门开关的控制，实现远程控制流量通断。

图6是根据一示例性实施例示出的一种无线流量变送器中arm单片机6中外部高速晶振与低速晶振的连接图。

如图6所述，arm单片机6采用stm32f103cbt6芯片，采用8mhz外部高速晶振给arm单片机内核及外设提供基本时钟信息，采用32.768khz外部低速晶振给rtc提供基本时钟信息。

采用外部晶振相对于单片机内部晶振精度更高，在使用效果上更加优秀。

在本申请中，传感器信号处理电路4通过外接流量传感器，并且接受从流量传感器中传来的信号，对流量传感器输出的脉冲信号进行滤波、放大等，转为标准的脉冲信号和0-2v的电压信号。

将0-2v的电压信号接入arm单片机6内部的12位adc通道，然后通过现有的相关算法计算出流体瞬时流量；另外通过将标准的脉冲信号接入arm单片机6的定时器，通过输入捕获模式计算脉冲个数，再通过相关算法计算出累计流量。该无线流量变送器通过传感器信号处理电路4对流量信号进行处理。然后通过arm单片机6读取出流体的瞬时流量和累积流量。

具体的传感器信号处理电路4，在本领域为常用的技术手段，在这里不在进行赘述。

在本申请提供的无线流量变送器中，该无线流量变送器还可通过rs232通信接口10与上位机通信。

其中，上位机可以是电脑，该rs232通信接口10连接单片机与电脑，实现可以在电脑端实现阈值等参数设置、读取瞬时流量、累计流量、电量值。

在实际应用中，arm单片机6使用uart收发数据，使用ft232芯片进行ttl与rs232的电平转换，在安装ft232驱动后，电脑即可通过串口助手与arm单片机6通信。

在本申请提供的无线流量变送器中，arm单片机6中还可以连接液晶显示屏7；

该无线流量变送器可通过液晶显示屏7显示流体的瞬时流量值、累计流量值、电池电量值、时间。

具体的，选择自带驱动芯片的0.96寸ips液晶显示屏7，通过spi总线方式与arm单片机6通信。其中，该显示屏通过3.3v电压供电，电源电路中，通过芯片转化，将电压转换为3.3v的电压，实现供电，使液晶显示屏7能够显示流体的瞬时流量值、累计流量值、电池电量值、时间。

在本申请提供的无线流量变送器中，arm单片机6中还可以连接tf卡9；本申请提供的无线流量变送器通过外接tf卡9存储数据。

具体的，tf卡9接到arm单片机6的spi总线，就可以实现tf卡9与arm单片机6的连接和信息传递交流。

在实际应用中，也可以采用usb、sd卡、u盘代替tf卡9与arm单片机6进行连接，实现相同的存储功能。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。