本實用新型涉及傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體涉及一種環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端及環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在自動樓宇環(huán)境管理中，環(huán)境參數(shù)的采集(例如，溫度、濕度等參數(shù))，對空調(diào)和供暖的管理至關(guān)重要，尤其是大型樓宇建筑中，中央空調(diào)的管控，都要依靠溫度和濕度等數(shù)據(jù)的支持。因此，環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)自從出現(xiàn)后就發(fā)展很快，出現(xiàn)了各種各樣的產(chǎn)品。

根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌?，環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)可以一般分為有線和無線兩種。

有線的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)，通過有線的方式將傳感器側(cè)采集的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給接收端，進(jìn)而以有線方式上傳上位機(jī)。有線通信連接使用例如串口和網(wǎng)口等。而無線的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)，通過無線方式將傳感器側(cè)采集的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給接收端，進(jìn)而發(fā)送給上位機(jī)。

現(xiàn)有的無線溫濕度采集器，一般采用GPRS、3G、4G等移動數(shù)字通信技術(shù)或ZigBee等無線技術(shù)將進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。GPRS依托于運營商，信號覆蓋范圍廣，不受地理環(huán)境影響，但需要交納數(shù)據(jù)流量費用。ZigBee不依托運營商，可以自由組網(wǎng)，更加靈活方便，但受制于其發(fā)射功率影響，覆蓋范圍較小。

同時，根據(jù)供電方式的不同，環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的發(fā)送端可分為電池供電和外接電源供電。電池供電一般采用常見的鋰電池，外接電源供電一般采購市電220v或者直流24v。而且，使用外接電源供電的有線環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)使用范圍較窄，樓宇里很多地方都無法安裝。無論采用哪種方式，如圖1所示，環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端通常都是采用一個降壓電路，將直流輸入電壓降壓后供給到不同模塊。但是，采用降壓電路損耗較大，效率較低，很容易隨著電池電壓的降低導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型提供一種環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端及環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)，能夠較長距離進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的采集發(fā)送，并且延長設(shè)備的續(xù)航時間。

第一方面，提供一種環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端，包括：

環(huán)境參數(shù)傳感器，用于采集獲取環(huán)境參數(shù)；

LoRa無線通信模塊，適于基于LoRa技術(shù)進(jìn)行通信；

發(fā)送端控制電路，與所述環(huán)境參數(shù)傳感器和所述LoRa無線通信模塊連接，用于控制所述LoRa無線通信模塊發(fā)送所述環(huán)境參數(shù)。

優(yōu)選地，所述環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端還包括：

一次性電池；以及，

電源管理電路，與所述一次性電池連接，適于工作于升壓模式，將所述一次性電池的輸出電壓升壓后輸出到所述環(huán)境參數(shù)傳感器、LoRa無線通信模塊以及發(fā)送端控制電路進(jìn)行供電。

優(yōu)選地，所述電源管理電路適于在所述一次性電池輸出電壓高于預(yù)定閾值時工作于直通模式，直接將所述一次性電池輸出電壓輸出到所述環(huán)境參數(shù)傳感器、LoRa通信模塊以及發(fā)送端控制電路進(jìn)行供電。

優(yōu)選地，所述電源管理電路包括：

電源控制芯片，型號為TPS61291DRV，包括7個引腳；

保護(hù)開關(guān)，與電源輸入端口連接；

二極管，陽極與所述保護(hù)開關(guān)連接，陰極與中間端連接；

第一電容和第二電容，并聯(lián)連接在所述中間端和接地端之間；

電感，連接在所述中間端和所述電源控制芯片的第一引腳之間；

第三電容和第四電容，并聯(lián)連接在電源控制芯片的第二引腳和接地端之間；

其中，所述電源控制芯片的第三引腳與所述中間端連接，第四引腳輸入直通使能信號，第五引腳至第七引腳均與接地端連接。

優(yōu)選地，所述環(huán)境參數(shù)為溫度和/或濕度。

第二方面，提供一種環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)，包括：

如上所述的環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端；以及

環(huán)境參數(shù)接收端，包括：

LoRa無線通信模塊，適于基于LoRa技術(shù)進(jìn)行通信；

以太網(wǎng)電路，適于基于以太網(wǎng)進(jìn)行通信；

接收端控制電路，與所述LoRa無線通信模塊以及以太網(wǎng)電路連接，適于將LoRa無線通信模塊接收的環(huán)境參數(shù)經(jīng)由所述以太網(wǎng)電路發(fā)送。

優(yōu)選地，所述環(huán)境參數(shù)接收端還包括：

降壓電路，用于基于輸入電壓對所述LoRa無線通信模塊、以太網(wǎng)電路以及接收端控制電路供電。

優(yōu)選地，所述環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)還包括：

上位機(jī)，與所述環(huán)境參數(shù)接收端的以太網(wǎng)電路通過網(wǎng)線連接。

通過利用基于LoRa技術(shù)的無線通信模塊進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的無線發(fā)送和接收，可以在不依賴于現(xiàn)有的運營商網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)采集，同時具有較小的功耗以及較大的通信范圍。

進(jìn)一步地，通過利用一次性電池以及升壓型電源管理電路的組合來進(jìn)行供電，可以最大化電池的使用效率，延長使用時間，同時降低成本。

附圖說明

通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：

圖1是現(xiàn)有的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本實用新型實施例的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的示意圖；

圖3是本實用新型實施例的電源管理電路的電路圖。

具體實施方式

以下基于實施例對本實用新型進(jìn)行描述，但是本實用新型并不僅僅限于這些實施例。在下文對本實用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實用新型。為了避免混淆本實用新型的實質(zhì)，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細(xì)敘述。

此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。

同時，應(yīng)當(dāng)理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構(gòu)成的導(dǎo)電回路。當(dāng)稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節(jié)點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結(jié)合。相反，當(dāng)稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。

除非上下文明確要求，否則整個說明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

圖2是本實用新型實施例的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的示意圖。如圖2所示，環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)包括環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端1和環(huán)境參數(shù)接收端2。環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端1用于采集環(huán)境參數(shù)(例如溫度、濕度等)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以無線方式向環(huán)境參數(shù)接收端2。環(huán)境參數(shù)接收端2通過網(wǎng)線與上位機(jī)3連接。環(huán)境參數(shù)接收端2通過與環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端1對應(yīng)的無線通信接口接收環(huán)境參數(shù)，并上報匯總至上位機(jī)3。上位機(jī)3用于匯總獲取所有環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端1獲取的環(huán)境參數(shù)，并結(jié)合具體應(yīng)用場景進(jìn)行控制。

具體地，環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端1包括環(huán)境參數(shù)傳感器11、LoRa無線通信模塊12和發(fā)送端控制電路13。其中，環(huán)境參數(shù)傳感器11用于采集獲取環(huán)境參數(shù)。在環(huán)境參數(shù)為溫度/濕度時，環(huán)境參數(shù)傳感器11為溫濕度傳感器。

LoRa無線通信模塊12適于基于LoRa技術(shù)進(jìn)行通信。LoRa(Long Range)技術(shù)是Semtech公司向業(yè)界發(fā)布了一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。其接受靈敏度達(dá)到了驚人的-148dbm，與業(yè)界其他先進(jìn)水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收靈敏度改善了20db以上，這確保了網(wǎng)絡(luò)連接可靠性。它使用線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，即保持了像FSK(頻移鍵控)調(diào)制相同的低功耗特性，又明顯地增加了通信距離，同時提高了網(wǎng)絡(luò)效率并消除了干擾，即不同擴(kuò)頻序列的終端即使使用相同的頻率同時發(fā)送也不會相互干擾，因此在此基礎(chǔ)上研發(fā)的集中器/網(wǎng)關(guān)(Concentrator/Gateway)能夠并行接收并處理多個節(jié)點的數(shù)據(jù)，大大擴(kuò)展了系統(tǒng)容量。線性擴(kuò)頻已在軍事和空間通信領(lǐng)域使用了數(shù)十年，因為其可以實現(xiàn)長通信距離和干擾的魯棒性，而LoRa是第一個用于商業(yè)用途的低成本實現(xiàn)。隨著LoRa的引入，嵌入式無線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。這一技術(shù)改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，提供一種簡單的能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長電池壽命、大容量、低成本的通訊系統(tǒng)。LoRa主要在全球免費頻段運行(即非授權(quán)頻段)，包括433、868、915MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端(內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(guān)(或稱基站)、服務(wù)器和云四部分組成，應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。LoRa無線技術(shù)有很強的抗干擾能力，非常高的接收靈敏度和發(fā)射功率，并且工作在相對空閑的無線頻段區(qū)域，避開了常見的800Mhz到2.4Ghz頻率，同時采用擴(kuò)頻通信機(jī)制和高效的糾錯編碼，使其可以工作在較復(fù)雜的環(huán)境中，數(shù)據(jù)傳輸可靠性很高。以本實施例的一個實施方式為例，LoRa無線模塊可以在2.6-3.6V的電壓范圍內(nèi)工作，其發(fā)射時的電流僅為120mA左右，而且由于溫濕度數(shù)據(jù)量很小，發(fā)射的實際非常短，僅有幾十ms，因此非常省電。并且在待機(jī)狀態(tài)下，電流只有1.13uA。在數(shù)據(jù)量較小的溫濕度采集應(yīng)用情景下，一次性鋰電池就可以使用1到2年的時間，完全不需要人工干預(yù)，節(jié)省了電池成本及維護(hù)成本。

環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)量相對于其他類型的數(shù)據(jù)來說比較小，一般一次發(fā)送的數(shù)據(jù)在幾個KB以內(nèi)。并且需求量小，因為在室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)變化本身不會非常劇烈，沒有必要頻繁采集，一般5分鐘一次數(shù)據(jù)就足夠使用了。因此沒有必要使用常規(guī)的高速網(wǎng)絡(luò)。而且溫濕度數(shù)據(jù)上傳的終端都比較一致，基本都是單向上傳，沒有必要采用復(fù)雜的組網(wǎng)技術(shù)。因此采用單向傳輸機(jī)制的LoRa無線技術(shù)，使得溫濕度數(shù)據(jù)采集成本更低，更簡單

在發(fā)送機(jī)制上，可以采用了單向發(fā)送機(jī)制和溫濕度中斷發(fā)送機(jī)制結(jié)合的方式。單向發(fā)送機(jī)制，由發(fā)送終端自動發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)到接收終端。實際使用中，會有多個發(fā)送終端的情況出現(xiàn)，因此采用分時發(fā)送的機(jī)制，使得多個發(fā)送終端的數(shù)據(jù)不會沖突。溫濕度中斷發(fā)送機(jī)制則是由MCU定時監(jiān)測溫濕度數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度和濕度的變化超過預(yù)設(shè)的門限值時，才發(fā)送當(dāng)前的溫濕度數(shù)據(jù)。

發(fā)送端控制電路13與環(huán)境參數(shù)傳感器11和所述LoRa無線通信模塊12連接，用于控制所述LoRa無線通信模塊向預(yù)定位置(例如配對好的LoRa無線通信模塊)發(fā)送環(huán)境參數(shù)。發(fā)送端控制電路13可以采用MCU或數(shù)字信號處理電路DSP或?qū)Ｓ眉呻娐沸酒?/p>

進(jìn)一步地，為了進(jìn)一步延長環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端1的續(xù)航時間，環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端1的電源部分采用一次性電池14(優(yōu)選大容量一次性鋰電池)和電源管理電路15來為環(huán)境參數(shù)傳感器11、LoRa無線通信模塊12和發(fā)送端控制電路13供電。具體地，電源管理電路15與所述一次性電池14連接，適于工作于升壓模式，將所述一次性電池的輸出電壓升壓后輸出到所述環(huán)境參數(shù)傳感器11、LoRa無線通信模塊12以及發(fā)送端控制電路13進(jìn)行供電。采用升壓模式的電源管理電路15可以在一次性電池由于電量衰減導(dǎo)致輸出電壓下降時，將其升壓后供應(yīng)到負(fù)載，保證環(huán)境參數(shù)采集發(fā)送端1中的各電路在電池電量較低時仍然可以正常工作，進(jìn)一步延長了續(xù)航時間。

在一個優(yōu)選實施方式中，電源管理電路15還可以所述一次性電池14的輸出電壓高于預(yù)定閾值時工作于直通模式。在直通模式下，電源管理電路15直接將所述一次性電池輸出電壓輸出到環(huán)境參數(shù)傳感器11、LoRa無線通信模塊12以及發(fā)送端控制電路進(jìn)行供電。

例如，在電池電壓為3.0v到3.6v之間，此時電池電壓就可以滿足電源供電需求，可以控制電源管理電路15工作于直通模式下。在電池低于3.0v時，尤其是低到2.6v左右時，LoRa無線模塊已經(jīng)無法穩(wěn)定工作，而此時電池電量仍然沒有耗盡。此時通過控制電源控制芯片U1的直通使能引腳，將其切換到升壓模式，不論電池電壓在2.3v到3.0v之間如何變化，芯片的輸出則恒定為3.3v，使得輸出電壓穩(wěn)定可靠，可以延長電池的使用時間，充分發(fā)揮電池的性能，同時還能保證后端供電的穩(wěn)定。

具體地，如圖3所示，電源管理電路15包括電源控制芯片U1、保護(hù)開關(guān)S1、二極管D1、第一電容C1、第二電容C2、電感L1、第三電容C3以及第四電容C4。其中，電源控制芯片U1型號為TPS61291DRV，包括7個引腳。保護(hù)開關(guān)S1與電源輸入端口連接，用于通斷電池的供電。二極管D1的陽極與所述保護(hù)開關(guān)連接，陰極與中間端m連接，其中用于防止升壓后產(chǎn)生的高壓倒灌回電池，降低電池壽命。第一電容C1和第二電容C2并聯(lián)連接在中間端m和接地端之間，用于濾除輸入線路上的高頻干擾。電感L1為功率電感，連接在所述中間端和所述電源控制芯片的第一引腳之間，用于存儲能量。第三電容C3和第四電容C4并聯(lián)連接在電源控制芯片的第二引腳和接地端之間，用于提高輸出電壓的穩(wěn)定性，降低電壓紋波。其中，電源控制芯片U1的第三引腳與中間端m連接，第四引腳輸入直通使能信號。所述直通使能信號可以由一個輸出電壓檢測電路產(chǎn)生或有發(fā)送端控制電路產(chǎn)生。第五引腳至第七引腳均與接地端連接。在電源控制芯片U1中，第一引腳L為電感引腳，第二引腳VOUT為輸出引腳，第三引腳VIN為輸入電壓引腳，第四引腳EN/BYP為直通使能引腳，第五引腳VSEL為選擇電壓引腳，第六引腳GND為接地引腳，第七引腳PAD為接地焊盤引腳。其中,接地焊盤引腳用于給芯片散熱。

在一個優(yōu)選實施例中，可以采用單節(jié)的一次性鋰電池，例如，力興公司生產(chǎn)的的ER26500P鋰電池，容量達(dá)到9000mAh。一次性鋰電池的自身放電率低于可充電鋰電池，壽命長，至少有5年的壽命。放電終止電壓低，同時工作溫度范圍寬，零下40到85攝氏度都可以正常使用。

一節(jié)一次性鋰電池，理論使用可以達(dá)到5年以上，完全可以不用任何人工干預(yù)和維護(hù)。同時由于是電池供電，可以隨意安裝在需要的任何位置，不需要任何人力施工成本。

同時，對于環(huán)境參數(shù)接收端2，其可以包括LoRa無線通信模塊21、以太網(wǎng)電路22和接收端控制電路23。其中，LoRa無線通信模塊21與發(fā)送端的LoRa無線通信模塊12對應(yīng)設(shè)置，適于基于LoRa技術(shù)進(jìn)行通信，接收環(huán)境參數(shù)。以太網(wǎng)電路22適于基于以太網(wǎng)進(jìn)行通信，其可以基于以太網(wǎng)接口與上位機(jī)3通信。接收端控制電路23與所述LoRa無線通信模塊21以及以太網(wǎng)電路22連接，適于將LoRa無線通信模塊接收的環(huán)境參數(shù)經(jīng)由以太網(wǎng)電路22發(fā)送。

進(jìn)一步地，在電源方面，所述環(huán)境參數(shù)接收端由于可以選擇設(shè)置位置，具有較好的安裝靈活性，因此，可以采用可充電電池供電或市電供電。其可以包括降壓電路24，用于基于輸入電壓(例如可充電電池提供的24伏直流電源)對所述LoRa無線通信模塊21、以太網(wǎng)電路22以及接收端控制電路23供電。

由此，可以以較低的功耗和較長的續(xù)航時間完成環(huán)境參數(shù)采集。

通過利用基于LoRa技術(shù)的無線通信模塊進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的無線發(fā)送和接收，可以在不依賴于現(xiàn)有的運營商網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)采集，同時具有較小的功耗以及較大的通信范圍。

進(jìn)一步地，通過利用一次性電池以及升壓型電源管理電路的組合來進(jìn)行供電，可以最大化電池的使用效率，延長使用時間，同時降低成本。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本實用新型可以有各種改動和變化。凡在本實用新型的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。