一种低功耗环保在线监测通讯模块的制作方法

一种低功耗环保在线监测通讯模块
【技术领域】
1.本技术涉及在线监测通讯领域，尤其涉及一种低功耗环保在线监测通讯模块。


背景技术：

2.随着我国经济的发展与环保意识的加强，大气环境、水环境、土壤环境等各个领域对环境监测的需求逐渐提高，在环保领域的在线监测中，通讯模块是整个监测系统的大脑，其负责周期控制、数据采集、数据处理、数据存储、数据发送等功能，其性能、稳定性、成本对环保在线监测系统的搭建、运行、维护有着重要的影响。
3.现有的环保在线监测通讯模块主要以监测站房、中小型监测站点的使用需求进行设计，其具有功耗较高、体积较大、扩展性较强、便于现场维护的特点。目前我国环保监测领域设备向着一体化、小型化方向发展，传统的环保在线监测通讯模块无法满足其应用需求，因此，现阶段亟需一种较好扩展性的在线监测通讯模块。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种低功耗环保在线监测通讯模块，其具有扩展性好的优点。
5.本技术提供了一种低功耗环保在线监测通讯模块，包括基板，所述基板底面设有从四周向内延伸的外围电路，所述基板底面中部设有与所述外围电路电连接的主控芯片，所述基板顶面中部设有用于数据传输通讯的通讯模组，所述通讯模组包括设于所述基板顶面上空的网络模组，所述基板顶面四周设有功能组件，所述功能组件包括用于采集数据的采集接口组件，所述采集接口组件包括用于采集rs485传感器数据的rs485传感器接口、与所述rs485传感器接口对应的rs485传感器供电指示灯、开关量传感器接口、用于采集模拟量传感器数据的模拟量传感器接口、模拟量传感器供电接口、模拟量传感器供电指示灯；所述功能组件还包括用于扩展功能的预留扩展接口。
6.进一步地，所述功能组件包括控制组件、用于供电的供电接口组件及用于状态检测的状态检测接口组件。
7.进一步地，所述控制组件包括功能按钮、与所述功能按钮对应的功能按钮转接口、功能指示灯、固件升级接口；
8.所述供电接口组件包括太阳能充电接口、供电模式切换跳针、电源接口、电源电压监测接口、电源开关按钮、电源开关转接口；
9.所述状态检测接口组件包括振动传感器、温湿度传感器、调试接口；
10.所述通讯模组包括蓝牙模组、lora模组。
11.进一步地，所述rs485传感器接口设有三个，每个所述rs485传感器接口均配有一个所述rs485传感器供电指示灯，当所述rs485传感器接口向其所接的rs485传感器供电时，所述rs485传感器接口对应的所述rs485传感器供电指示灯处于开启状态；
12.所述开关量传感器接口设有两个；
13.所述模拟量传感器接口包括电压信号模拟量传感器接口及电流信号模拟量传感器接口，所述模拟量传感器供电接口设有两个，分别为所述电压信号模拟量传感器接口及所述电流信号模拟量传感器接口供电，每个所述模拟量传感器供电接口均配有一个所述模拟量传感器供电指示灯，当所述模拟量传感器供电接口向其所接的传感器供电时，对应的所述模拟量传感器供电指示灯处于开启状态。
14.进一步地，所述功能按钮与所述功能按钮转接口在电路上并联连接，所述功能按钮与所述功能按钮转接口对应设置有三组，所述功能指示灯用于实时显示低功耗环保在线监测通讯模块状态。
15.进一步地，所述电源接口用于连接供电电源；所述电源电压监测接口用于实时监测电源电压，所述电源电压监测接口电路上与所述电源接口并联连接，所述电源电压监测接口正极与所述电源接口正极之间设置有缓冲保护电阻。
16.进一步地，所述蓝牙模组用于低功耗环保在线监测通讯模块的蓝牙配置调试数据收发，所述lora模组用于低功耗环保在线监测通讯模块之间的lora配对连接、数据转发，当低功耗环保在线监测通讯模块处于网络信号不良的环境，通过lora模组将监测数据转发至处于信号良好环境的低功耗环保在线监测通讯模块，进而转发至服务器。
17.进一步地，所述振动传感器为弹簧滚珠振动传感器，用于检测低功耗环保在线监测通讯模块是否存在异常移动，所述温湿度传感器为贴片式传感器，用于监测低功耗环保在线监测通讯模块所处环境的温度和湿度。
18.进一步地，包括用于固定安装的安装孔及用于安装存储卡的内存卡槽。
19.进一步地，所述rs485传感器接口、所述rs485传感器供电指示灯、所述预留扩展接口设于所述基板顶面左侧边缘；所述功能按钮、所述功能按钮转接口、所述功能指示灯、所述内存卡槽设于所述基板顶面下侧边缘；所述固件升级接口、所述太阳能充电接口、所述供电模式切换跳针、所述电源接口、所述电源电压监测接口、所述电源开关按钮、所述电源开关转接口设于所述基板顶面右侧边缘；所述开关量传感器接口、所述模拟量传感器接口、所述模拟量传感器供电接口、所述模拟量传感器供电指示灯、所述温湿度传感器、所述调试接口设于所述基板顶面上侧边缘；所述蓝牙模组、所述lora模组、所述振动传感器设于所述基板顶面中部；所述安装孔设于所述基板顶面四角。
20.与现有技术相比，本技术有如下优点：
21.本技术支持rs485数字信号、开关量信号、模拟量信号的传感器，并且根据监测需求通过参数配置调用不同传感器，设有用于扩展功能的预留扩展接口，具有较好的泛用性和扩展性；通过将外围电路、低功耗的主控芯片、低功耗的功能组件及用于数据传输通讯的通讯模组集成在基板上，网络模组设于基板顶面上空，最大程度利用基板的空间；同时，将相应的功能组件集中设置，电路集成度高；另外采用低功耗主控芯片，具有体积小、功耗低的优点；并且搭载lora模组，对网络信号不良的场景有相应的转发应对方案，实现了数据稳定传输的效果。
【附图说明】
22.图1为本技术低功耗环保在线监测通讯模块的顶面视图。
23.图2为本技术低功耗环保在线监测通讯模块的侧视图。
24.图3为本技术低功耗环保在线监测通讯模块的底面视图。
【具体实施方式】
25.为让本技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本技术并不限于此。
26.如图1-3所示，本技术提供一种低功耗环保在线监测通讯模块，包括基板1、安装孔2、rs485传感器接口3、rs485传感器供电指示灯4、预留扩展接口5、功能按钮6、功能按钮转接口7、功能指示灯8、内存卡槽9、固件升级接口10、太阳能充电接口11、供电模式切换跳针12、电源接口13、电源电压监测接口14、电源开关按钮15、电源开关转接口16、开关量传感器接口17、模拟量传感器接口18、模拟量传感器供电接口19、模拟量传感器供电指示灯20、调试接口26、网络模组21、蓝牙模组22、lora模组23、振动传感器24、温湿度传感器25、主控芯片27、外围电路28。所述rs485传感器接口3、rs485传感器供电指示灯4、预留扩展接口5设置在基板顶面左侧边缘。所述功能按钮6、功能按钮转接口7、功能指示灯8、内存卡槽9设置在基板顶面下侧边缘。所述固件升级接口10、太阳能充电接口11、供电模式切换跳针12、电源接口13、电源电压监测接口14、电源开关按钮15、电源开关转接口16设置在基板顶面右侧边缘。所述开关量传感器接口17、模拟量传感器接口18、模拟量传感器供电接口19、模拟量传感器供电指示灯20、温湿度传感器25、调试接口26设置在基板顶面上侧边缘。所述网络模组21设置在基板顶面中部第二层。所述蓝牙模组22、lora模组23、振动传感器24设置在基板顶面中部。所述主控芯片27设置在基板底面中部。所述外围电路28设置在基板底面四周。
27.根据市面上常用环保监测传感器的信号类型不同，低功耗环保在线监测通讯模块设置有三个rs485传感器接口3、两个开关量传感器接口17、两个模拟量传感器接口18，用户根据监测需求对低功耗环保在线监测通讯模块配置不同的传感器参数，以接入相应的传感器进行监测。其中rs485传感器接口3、模拟量传感器接口18具有独立控制供电的功能，供电电压范围为3至24v，并且供电时对应的rs485传感器供电指示灯4、模拟量传感器供电指示灯20处于点亮状态。此外，两个模拟量传感器接口18分别支持0至5v的电压信号、0至20ma电流信号。此外，低功耗环保在线监测通讯模块配有扩展接口5，用于扩展显示屏、多功能按键以及其它扩展模块。
28.为了实现低功耗环保在线监测通讯模块的小型化，采用高集成度原则设计，基板1为尺寸不超过105mmx80mm的pcb板。安装孔2为直径3mm的圆孔，分布在基板四角，用于安装固定低功耗环保在线监测通讯模块。网络模组21使用排针设置在基板1顶面上空第二层。主控芯片27与外围电路28设置在基板1的底面，以最大程度利用基板1的空间。
29.用户进行低功耗环保在线监测通讯模块调试时，使用功能按键6实现低功耗环保在线监测通讯模块工作模式切换、lora配对与其它功能设置。其中，功能按钮6与功能按钮转接口7设置有三组，功能按钮转接口7与其对应的功能按钮6在电路上为并联关系，当低功耗环保在线监测通讯模块需要被安装至防水外壳中，用户通过功能按钮转接口7将功能按键6转接至外壳处。用户根据功能指示灯8实时查看低功耗环保在线监测通讯模块开关机状态、rs485数据收发、lora连接状态、当前工作模式、网络状态以及其它状态。并且通过支持ttl信号的调试端口26实时读取低功耗环保在线监测通讯模块的调试信息。
30.为了提高低功耗环保在线监测通讯模块数据传输的稳定性，低功耗环保在线监测
通讯模块设置有内存卡槽9，用于安装micro sd卡，实现低功耗环保在线监测通讯模块的配置参数与监测数据本地存储功能，最大支持64gb的microsd卡。当低功耗环保在线监测通讯模块所处环境信号不良时，低功耗环保在线监测通讯模块将自动取消数据发送，待信号恢复后，低功耗环保在线监测通讯模块将本地储存的数据进行自动补发。
31.用户通过固件升级接口10用于升级低功耗环保在线监测通讯模块固件，具体地，固件升级接口10为st-link接口。
32.为了满足多种供电环境需求，低功耗环保在线监测通讯模块的电源接口13用于连接供电电源，供电电源电压范围为5-30v。并且配有电源电压监测接口14，用于实时监测电源电压，其电路上与电源接口13为并联关系，并且两者正极之间设置有缓冲保护电阻。此外，低功耗环保在线监测通讯模块还配有供电模式切换跳针12、太阳能充电接口11，供电模式切换跳针12为三选二跳针，用于切换不可充电的锂亚电池与可充电的锂电池供电模式。当用户选择太阳能充电模式时，供电模式切换跳针12切换至太阳能充电模式，太阳能充电接口11连接至太阳能充电板，其支持12至24v太阳能充电板，并具有mppt最大功率点跟踪功能。
33.用户使用电源开关按钮15与电源开关转接口16控制低功耗环保在线监测通讯模块的开关机，电源开关按钮15与电源开关转接口16在电路上为并联关系，当低功耗环保在线监测通讯模块需要被安装至防水外壳中，用户通过电源开关转接口16将电源开关按钮15转接至外壳处。
34.为了满足多种通讯方式的使用需求，低功耗环保在线监测通讯模块配有网络模组21、蓝牙模组22、lora模组23。其中，网络模组21支持nb-iot、gsm、3g/4g多种通讯方式，支持tcp与udp的传输协议，并且支持北斗与gps定位方式，用于低功耗环保在线监测通讯模块的数据收发、定位。蓝牙模组22用于低功耗环保在线监测通讯模块的蓝牙配置调试数据收发。lora模组23用于低功耗环保在线监测通讯模块之间的lora配对连接、数据转发，当低功耗环保在线监测通讯模块处于网络信号不良的环境，通过lora模组将监测数据转发至处于信号良好环境的低功耗环保在线监测通讯模块，进而转发至服务器。
35.为了进一步提高低功耗环保在线监测通讯模块的防护性能，低功耗环保在线监测通讯模块配有温湿度传感器25、振动传感器24。其中，温湿度传感器25为贴片式传感器，用于监测低功耗环保在线监测通讯模块所处环境的温度、湿度，以判断低功耗环保在线监测通讯模块所处环境是否存在漏水、短路的情况，温度监测范围为0至100摄氏度，湿度监测范围为0至99％rh。振动传感器24为弹簧滚珠振动传感器，用于检测低功耗环保在线监测通讯模块是否存在异常移动情况，当低功耗环保在线监测通讯模块检测到异常移动，低功耗环保在线监测通讯模块将立即获取当前定位并向服务器发送警报。
36.为了实现低功耗环保在线监测通讯模块的低功耗效果，低功耗环保在线监测通讯模块的主控芯片27为低功耗的stm32芯片，具体型号为stm32l151vdt6，其用于低功耗环保在线监测通讯模块的电路控制、数据采集、数据处理以及其它相关控制功能。
37.本技术支持rs485数字信号、开关量信号、模拟量信号的传感器，并且根据监测需求通过参数配置调用不同传感器，设有用于扩展功能的预留扩展接口5，具有较好的泛用性和扩展性；通过将外围电路28、低功耗的主控芯片27、低功耗的功能组件及用于数据传输通讯的通讯模组集成在基板1上，网络模组21设于基板1顶面上空，最大程度利用基板1的空
间；同时，将相应的功能组件集中设置，电路集成度高；另外采用低功耗主控芯片27，具有体积小、功耗低的优点；并且搭载lora模组23，对网络信号不良的场景有相应的转发应对方案，实现了数据稳定传输的效果。