一种基于LoRA扩频方式组网的智能供水控制系统的制作方法

本实用新型属于供水控制技术领域，尤其涉及一种基于LoRA扩频方式组网的智能供水控制系统。

背景技术：

随着物联网和无线通信技术的飞速发展，人们与信息网络已经密不可分，无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，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和大容量的系统，进而扩展网络的覆盖规模，LoRA通信技术在各个领域都得到了广泛应用。现有的供水控系统多采用这种通信的方式运行，在学校学生用水管理领域应用里，主要采用机械水表、IC接触式非接触式阀控水表和传统射频无线远传水表等对供水系统进行监控，而且经常会遇到严重的偷水行为；对于机械水表而言无法实现远程监控，会消耗大量的人力物力进行抄表，而且安装供水系统会需要大量的布线，IC接触式非接触式阀控水表和传统射频无线远传水表能有效地解决了布线问题，但通信距离近，抗干扰性差，安装时需要大量的网关和中继，而且供水系统安装成本高、运行通信费用贵、管理复杂化，为了对供水控制进行监管，就要将水控终端接入实时通信网络，对水控终端进行实时监控以及避免偷水行为的产生，同时减少安装成本和管理运行成本，从而采用低功耗长距离无线通信技术成为了供水控制系统急需解决的热点问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于LoRA扩频方式组网的智能供水控制系统，本实用新型能快速对用水数据进行快速采集和计量，从而对供水系统进行实时监控，避免偷水行为的产生，并将采集的用水数据实时上传至远程的服务器，数据传输采用基于LoRA扩频通信方式组网进行实时通信，组网方式更简捷，具有覆盖距离远，为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：

根据本发实用新型的一个方面，提供了一种基于LoRA扩频方式组网的智能供水控制系统，所述智能供水控制系统包括若干个储水箱、至少一个LoRA无线网关和一个远程服务器以及连接在储水箱顶端的入水管、连接在储水箱底端出的水总共上的多根分支出水管和设置在储水箱外壁上的智能控制盒，在入水管上设置有入水控制阀和入水流量传感器，在每根分支出水管上设置有出水控制阀和出水流量传感器，所述智能控制盒包括设置于智能控制盒内的MCU中央控制器、LoRA通信模块、读卡器和二维码扫描器，所述入水控制阀、入水流量传感器、出水控制阀、出水流量传感器、LoRA通信模块、读卡器和二维码扫描器分别通过数据线与所述MCU中央控制器连接，所述MCU中央控制器通过LoRA通信模块和LoRA无线网关与所述远程服务器进行通信连接。

上述方案进一步优选的，所述智能控制盒还包括第一控制电路和第二控制电路，所述MCU中央控制器的第一控制输出端通过第一控制电路与所述入水控制阀电气连接，所述MCU中央控制器的第二控制输出端通过第二控制电路与所述出水控制阀电气连接。

上述方案进一步优选的，在储水箱内固定有水位传感器和温度传感器，所述水位传感器和温度传感器分别通过数据线与所述MCU中央控制器连接。

上述方案进一步优选的，在所述入水流量传感器前端的入水管上还设置有手动入水阀，在所述出水流量传感器后端的出水管上还设置有手动出水阀。

上述方案进一步优选的，所述LoRA无线网关为多个时，每个LoRA无线网关之间相互组网通信，每个所述LoRA无线网关包括通信控制单元、LoRA通信单元、wifi通信单元和远程无线通信单元，所述LoRA通信模单元、wifi通信单元和远程无线通信单元分别与所述通信控制单元进行通信连接，所述通信控制单元通过远程无线通信单元与所述远程服务器进行通信连接，每个所述LoRA无线网关中的LoRA通信单元相互组网通信，所述通信控制单元通过LoRA通信单元和LoRA通信模块与所述MCU中央控制器进行无线通信连接。

上述方案进一步优选的，所述LoRA通信单元包括LoRA射频通信芯片和射频通信天线，LoRA射频通信芯片依次通过射频通信天线和LoRA通信模块与所述MCU中央控制器进行无线通信连接。

上述方案进一步优选的，所述LoRA射频通信芯片采用470MHz～510MHz公共频段进行组网通信。

上述方案进一步优选的，所述LoRA通信模块与所述MCU中央控制器通过SPI接口或CAN总线接口进行实时通信连接。上述方案进一步优选的，

上述方案进一步优选的，所述远程无线通信单元为GPRS通信单元或3G/4G/5G通信单元。

综上所述，由于本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

(1)、本适用新型的能快速对用水数据进行快速采集和计量，从而对供水系统进行实时监控，避免偷水行为的产生，并将采集的用水数据实时上传至远程的服务器，数据传输采用基于LoRA扩频通信方式组网进行实时通信，组网方式更简捷，具有覆盖距离远，安全性高，抗干扰能力更强，不需要大量的布线，有效节省操作员的劳动力，降低了劳动强度。

(2)、本实用新型提供的供水控系统通过二维码扫描或IC卡扫描进行刷卡即可完成支付进行供水消费，简化了支付过程，根据学生根据用水的需求选择其中一种支付方式进行供水消费，支付方式多样化，更好的满足用水者的需求。从而也避免偷水行为的产生，本供水控制系统结构科学合理，操作简单方便、安全性高以及便捷。

附图说明

图1是本实用新型一种基于LoRA扩频方式组网的智能供水控制系统的原理示意图；

图2是本实用的LoRA扩频方式组网通信原理图；

图3是本实用的智能控制盒与LoRA无线网关的通信控制原理图；

附图中，1-储水箱，2-LoRA无线网关，3-远程服务器，4-入水管，5-分支出水管，6-智能控制盒，7-水位传感器，8-温度传感器，9-智能手机，20-通信控制单元、21-LoRA通信单元，22-wifi通信单元，23-远程无线通信单元，40-入水控制阀，41-入水流量传感器，42-手动入水阀，50-出水控制阀，51-出水流量传感器，52-手动出水阀，60-MCU中央控制器，61-LoRA通信模块，62-读卡器，63-二维码扫描器，64-第一控制电路，65-第二控制电路。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1、图2和图3所示，根据本实用新型提供的一种基于LoRA扩频方式组网的智能供水控制系统，所述智能供水控制系统包括若干个储水箱1、至少一个LoRA无线网关2和一个远程服务器3以及连接在储水箱1顶端的入水管4、连接在储水箱1底端的出水总共上的多根分支出水管5和设置在储水箱1外壁上的智能控制盒6，在入水管4上设置有入水控制阀40和入水流量传感器41，在每根分支出水管5上设置有出水控制阀50和出水流量传感器51，所述智能控制盒6包括设置于智能控制盒6内的MCU中央控制器60、LoRA通信模块61、读卡器62和二维码扫描器63，取水者根据需求选择刷卡或二维码扫描支付方式进行支付，实现自动供水和售卖，从而更好地满足了支付供水消费的需求。所述入水控制阀40、入水流量传感器41、出水控制阀50、出水流量传感器51、LoRA通信模块61、读卡器62和二维码扫描器63分别通过数据线与所述MCU中央控制器60连接，所述MCU中央控制器60通过LoRA通信模块61和LoRA无线网关2与所述远程服务器3进行通信连接；在储水箱1内固定有水位传感器7和温度传感器8，所述水位传感器7和温度传感器8分别通过数据线与所述MCU中央控制器60连接，所述水位传感器7用于测量储水箱1内的水位高度，当水位低于储水箱1内的警戒高度时，开启入水控制阀进行补水，此时入水流量传感器41测量入水管4的入水流量，所述出水控制阀50用于控制分支出水管5的输出控制，所述出水流量传感器51用于测量分支出水管5出水的流量；所述温度传感器8用于测量储水箱1内的水温度，当水的温度达不到设置温度时(低于65℃时)，出水控制阀50不开启，并对储水箱1内的水进行加热操作达到100℃时停止加热；在所述入水流量传感器41前端的入水管4上还设置有手动入水阀42，通过手动入水阀42对入水管的水进行总体控制，在所述出水流量传感器41后端的出水管5上还设置有手动出水阀52，当出水控制阀50打开后，有手开启手动出水阀，可以获取分支出水管流出的水，在本实用新型中，所述储水箱1底端的出水总管上需要安装3至5个出水阀，将分支出水管5分别安装在总出水管上，然后对出水控制阀50和出水流量传感器51进行编号，以及还分别对储水箱1的每个入水管4上的入水控制阀40和入水流量传感器41进行编号，从而使MCU中央控制器60输出的控制命令对出水控制阀和流量传感器进行控制；所述智能控制盒6还包括第一控制电路64和第二控制电路65，所述MCU中央控制器60的第一控制输出端通过第一控制电路64与所述入水控制阀40电气连接，所述MCU中央控制器60的第二控制输出端通过第二控制电路65与所述有出水控制阀50电气连接，所述第一控制电路64和第二控制电路65分别包括前置驱动放大电路、光耦隔离器和后置驱动放大电路，其中，MCU中央控制器60的第一控制输出端与对应的前置驱动放大电路、光耦隔离器和后置驱动放大电路依次连接后输出的驱动信号对入水控制阀40进行打开或闭合控制，MCU中央控制器60的第二控制输出端与对应的前置驱动放大电路、光耦隔离器和后置驱动放大电路依次连接后输出的驱动信号对出水控制阀50进行开启或闭合控制，其中，前置驱动放大电路和后置驱动放大电路都采用三极管作为驱动放大管实现控制阀的开启或闭合控制。

在本实用新型中，结合图1、图2和图3，所述LoRA无线网关2包括通信控制单元20、LoRA通信单元21、wifi通信单元22和远程无线通信单元23，所述LoRA通信模单元21、wifi通信单元22和远程无线通信单元23分别与所述通信控制单元20进行通信连接，所述通信控制单元20通过远程无线通信单元20与所述远程服务器3进行通信连接，所述通信控制单元20通过LoRA通信单元21和LoRA通信模块61与所述MCU中央控制器60进行无线通信连接，所述LoRA通信单元包括LoRA射频通信芯片和射频通信天线，LoRA射频通信芯片依次通过射频通信天线和LoRA通信模块与所述MCU中央控制器进行无线通信连接；所述LoRA无线网关2是用来连接储水箱1的智能控制盒6与远程服务器3之间的桥梁，它通过LoRA通信模块61实时将用水控制信息上传至远程服务器3，每一层学生宿舍设置一个或多个储水箱1，每3～5层学生宿舍设置一个LoRA无线网关2，每个储水箱中的LoRA通信模块61能连接LoRA无线网关2，LoRA无线网关2直接面对远程服务器3且相互之间可以通过wifi通信单元22、GPRS通信单元或3G/4G/5G通信单元等路径进行通信，将采集到的储水箱1的供水数据经过协议转换器转换后并通过LoRA通信模块61上传至LoRA无线网关2，并由LoRA无线网关通过GPRS、WIFI或4G/5G无线通信方式将数据传输至上位机；所述MCU中央控制器60采用基于Cortex-M4系列的LPC4337微控制器，所述通信控制单元20采用基于ARM Cortex-A8微处理器的AM3356芯片，所述LoRA射频通信芯片采用SX1301射频通信芯片且采用470MHz～510MHz公共频段进行组网扩频通信，传输距离可达15km以上，灵敏度低至-142.5dBm，所述远程无线通信单元为GPRS单元或3G/4G/5G通信单元，所述LoRA通信模块61与所述MCU中央控制器60通过SPI接口或CAN总线接口进行实时通信连接，所述LoRA通信模块61采用基于433MHz的SX1278扩频通信芯片，其最大灵敏度可达-148dBm，支持0.2kbps-37.5kbps空口传输速率，高灵敏度及高信噪比使得LoRa通信模块具备高抗扰性的能力，传输距离达3km以上，能够很好解决数据传输过程中出现的干扰问题。

在本实用新型中，结合图1、图2和图3，所述LoRA无线网关2为多个时，每个LoRA无线网关2之间相互组网通信，每个所述LoRA无线网关2包括通信控制单元20、LoRA通信单元21、wifi通信单元22和远程无线通信单元23，所述LoRA通信模单元21、wifi通信单元22和远程无线通信单元23分别与所述通信控制单元20进行通信连接，所述通信控制单元20通过远程无线通信单元20与所述远程服务器3进行通信连接，每个所述LoRA无线网关2中的LoRA通信单元21相互组网通信，从而增加多个独立的扩频通信局域网络，降低了数据传输网络的复杂性，增加无线组网的规模，而且LoRA无线网关2接收来自LoRA通信模块61发送来的数据进行校验和检测，再把完整的数据转发至远程服务器3中，所述通信控制单元通过LoRA通信单元21和LoRA通信模块61与所述MCU中央控制器60进行无线通信连接，每个LoRA无线网关2可同多个LoRA通信模块61组成无线局域网进行通信，LoRA无线网关2采用跳频技术，其载波频率的不断变化从而防止了外界信号的干扰，采用多个LoRA无线网关进行组网通信，从而对储水箱1供水端较为分散或传输距离较远的区域进行组网，使得组网的规模覆盖面更大，而且相互之间的通信互不干扰，每个网关具备自行实时判断和自动优化传输链路，在很大程度上节约了无线传输设备的成本，而且还具有大面积覆盖的应用需求，具有网络覆盖率高、结构灵活、可靠性高、通用性强、施工铺设简单、维护方便的优点，跟其它的通信方式相比较，其信号穿墙的能力更强，可以有效的减少中继设备的使用数量。

结合图1、图2和图3，对本实用新型的智能供水控制系统的工作原理作进一步阐述，在学生宿舍楼层可安装的1至3个储水箱1进行供水并对学生的用水量进行实时计量控制，当学生需要用水时，通过读卡器62进行刷卡(IC卡)操作并记录卡片中的金额，IC卡内的余额满足消费条件后MCU中央控制器60会向出水控制阀50发出开启指令使其开启让水通过。不满足用水条件时，反之出水控制阀50不开启，从而不向外供水，对用水者的消费金额、用水量进行计量和控制并将消费计量数据通过LoRA通信模块61和LoRA无线网关2传送到远程服务器端3，远程服务器端3用于管理卡片及查询消费数据；当采用二维码扫描器63扫描支付取水时，需要打开用智能手机9内的支付APP(微信APP或支付宝APP)，二维码扫描器63扫描微信APP或支付宝APP上的支付链接二维码，输入支付金额并完成支付，二维码扫描器63会将扫描支付的结果上传至远程服务器3，所述远程服务器3将支付结果下发送给MCU中央控制器60，MCU中央控制器60手到发送支付结果信号后并输出供水指令使出水控制阀50开启放水，出水控制阀50开启并用手打开手动出水阀52则开始供水，此时出水流量传感器51开始计水流量，并实时地将水流量信息发送至MCU中央控制器60并上传至远程服务器3，流量计费结束之后，MCU中央控制器60输出关闭控制命令使出水控制阀50关闭，从而完成实现对本次供水消费付款进行控制。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。