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技術方案

LoRa在無線抄表(水表、電表、氣表、熱表)中應用

時間:2020-01-13 11:13:36 點擊:1406次

一、LoRa無線抄表簡介

 

珠海市駿銳科技有限公司長距離、低復雜度、低功耗、低成本的LoRa無線通信系統適合于承載數據流量較小的業務和各種自動控制、監測、跟蹤及遠傳控制領域遠程采抄水,電,氣,熱表的首選。

LoRa技術服務于遠程抄表所產生的意義:

普通型傳感器必須用電纜與中央指揮系統相連接,造價高,且不便操作。每月水表、電表入戶抄表收費給用戶和抄表人員帶來很多麻煩,且不安全。為了有效解決入戶抄表收費存在的諸多弊端,提高效率,避免入戶抄表引發的不安全因素(如冒充收費人員入室搶劫),避免用戶受到打擾(如在家休息時)和杜絕拖欠費用等情況, 采用ZIGBEE 智能無線網絡的遠傳抄表能有效克服了上述缺點。

LoRa無線抄表系統采集穩定、可靠、方便、實用。安裝費用低廉,維護簡單,無優升級,不需要租用公網,也無須巨額運行費用。這是現代智能集抄系統的最優解決方案!

系統包括三個部分:數據采集發送模塊,中心收發模塊和與集中落地模塊,數據采集發送模塊和中心收發模塊都是由高度集成的微功率單芯片無線收發機和單片機制成,它們的體積都非常小,單芯片收發機還可有一個全世界獨一無二的廠家編號(燒錄在芯片中),這個單芯片收發機還具有接收信號強度指示功能(RSSI)。新系統的智能卡和讀寫器,使用的是無需申請的2.4G  ISM免費頻段,而且都滿足國家對2.4G頻道無線產品的相關規定。 

二、 LoRa無線抄表系統說明

一、系統結構

1、系統整體網絡結構:

社區整體組網結構 

黃色為每家每戶與三表對接的無線數據采集發送模塊(SC8836A或SC8836b),當采集模塊接收到水表脈沖信息,即發送至就近骨干收發模塊。 

紅色為骨干收發模塊(SC8836B)組建社區zigbee骨干網絡,可按在大樓外墻壁上,與需要采集的建筑物相對,也可安裝在小區照明電桿上,或者屋頂上。每一個采集點負責采集幾十到幾百個,甚至上千個水電氣表的數據,具體采集數量的多少,取決于小區的建筑環境和具體情況。上圖為虛擬設計圖,在實際應用中,根據現場環境部署增減骨干采集收發模塊數量。骨干模塊在社區以無線(也可采用有線連接)方式自組成社區骨干網絡。 

藍色定義一臺為中心模塊,其他模塊接收到抄表信息發送或中繼發送至中心模塊。中心模塊本地存儲或通過GPRS廣域網傳送至遠端計費系統。

2、系統組網拓撲:

    水表與我公司LoRa無線數據采集發送模塊(SC8836A或SC8836b)對接,水表輸出0~3v方波(脈沖)與采集發送模塊TTL接口互聯。表每發送一個脈沖,觸發zigbee模塊向骨干采集模塊發送數據,骨干數據采集模塊接收到信息,返回確認信息。水表端接收到返回信息即進入省電休眠狀態。

    使用SC8836B集中數據采集模塊,采集到的來自所有它管轄范圍內的水表的數據,進行打包,并通過如下幾種方式傳給監控中心:

A. 在每一個SC8836B中,安裝一個GPRS或 CDMA1X終端模塊,利用移動通信網傳往管理計費中心,或其它指定地點;

B. 利用SC8836B模塊自身的無線數據中轉功能,將所有SC8836B所采集到的數據匯集到某一個采集節點,再通過其它有線或無線的網絡傳往管理計費中心,包括互聯網,寬帶網或移動網;個別聯網不方便的數據采集點,可單獨使用一個GPRS或 CDMA1X終端模塊直接傳輸。

C. 利用485總線將一個小區的所有SC8836B采集點連接在一起,然后再通過其它有線或無線的網絡傳往管理計費中心,包括互聯網,寬帶網或移動網。

    中心采集模塊也可在本地設置存儲設備,由抄表人員定期采用手持終端進行一次性抄表工作。

    所有設備都具備定時自檢信息發送,確保設備運行良好。和電池低壓報警信號的發送,在電池余量到達設定范圍,即向管理系統發送低壓告警信號,提示更換電池,保證設備正常運行。

三、 系統硬件設備介紹

1、LoRa無線采集發送模塊A(SC8836A)

    頻率:2.4 GHz–2.488 GHz 免費頻段,83個頻道,3822個信道, 32/64位 PN 碼 
    接收靈敏度:-97dBm
    輸出功率:可達 +4dBm 
    控制單片機配置: Atmega88 
    自身通信距離: 150/ 250米(僅指 SC8836A 與 SC8836A 模塊之間,使用微帶(PCB天線/內置天線時的通信距離,SC8836與其它模塊的通信距離可以遠得多,例如SC8836A(作為接收端)與SC8836b (作為發射端,使用5-10厘米小天線)其通信距離則可達1500米,參見本公司產品說明)可提供SMA外接天線接口(選項)
    傳輸速率: 250 kbits/sec,125kbs,  38.4 kps, 19.2kps,…….1.2kps 可設置
    直序擴頻: DSSS通信方式,抗干擾力強,保密性高;
    高集成度,只有很少分離元器件,可靠性高,低成本
    提供TTL電平接口(3 – 15);(RS232/RS485接口為選項)
    12-MHz 輸入時鐘運行
    休眠電流 接收 &amp; 接收 => 發射)
    模塊尺寸:40 X 17 mm x 5 mm (可根據用戶需要尺寸進行設計)
    典型應用:門禁系統,定位系統,不停車收費系統,遙控玩具,無線身份識別卡等;
    發射功率,頻道信道,模塊編號可通過有線或無線的方式,可由用戶自己設置。

2、LoRa無線采集發送模塊b(SC8836b)

    頻率:2.4 GHz–2.488 GHz 免費頻段,83個信道,3822個信道, 32/64位 PN 碼
    接收靈敏度:-95 dBm
    輸出功率:可達 18dBm 
    控制單片機配置: Atmega88
    可視通信距離: 2000 米(PCB內置微帶天線/與SC8836B的通信距離),
    傳輸速率: 250 kbits/sec,125kps,  38.4 kps, 19.2kps,…….1.2kps等 可設置
    直序擴頻: DSSS通信方式,抗干擾力強,保密性高;
    高集成度,只有很少分離元器件,可靠性高,低成本
    直序擴頻可重新設置基帶相關系數
    提供多路TTL電平接口;
    12-MHz 輸入時鐘運行
    集成 64-bit 廠家 ID 編號
    最大接收信號 –20 –6 dBm
    具有測量電池電壓功能
    工作溫度 –40° to 85°C
    發射電流:約 200 mA
    接收電流:約 26 mA
    工作電壓 1.8 V to 3.6V (一般為可充電電池,或220V電源
    天線類型:PCB/內置
    數據速率:250kps (DSSS模式) 1Mps (GFSK模式)
    晶振啟動時間: 接收 & 接收 => 發射)
    模塊尺寸:40X 25 mm x2.5 mm (可根據用戶需要尺寸進行設計)
    典型應用:工業現場遠距終端離數據采集和監控,水電氣無線抄表,遙控玩具等;
    發射功率,頻道信道,模塊編號可通過有線或無線的方式,由用戶自己設置。

3、集中采集(中心)模塊(SC8836B)

    頻率:2.4 GHz–2.488 GHz 免費頻段,83個信道 32/64位 PN 碼
    接收靈敏度:-100 dBm
    輸出功率:可達 20dBm 
    控制單片機配置: Atmega88 或 MSP430
    自身通信距離: 2000 米(天線高度8米以上,無阻擋;增加全向中饋天線可傳輸8000米)
    傳輸速率: 250 kbits/sec, 38.4 kps, 19.2kps,…….1.2kps 可設置
    直序擴頻: DSSS通信方式,抗干擾力強,保密性高;
    高集成度,只有很少分離元器件,可靠性高,低成本
    直序擴頻可重新設置基帶相關系數
    提供RS232或RS485 接口;
    12-MHz 輸入時鐘運行
    休眠電流:10 μA
    集成 64-bit 廠家 ID 編號
    最大接收信號 –20 –6 dBm
    具有測量點電池電壓功能
    工作溫度 –40° to 85°C
    發射電流:約 300 mA
    接收電流:約 30 mA
    工作電壓 1.8 V to 3.6V (一般為可充電電池,或220V電源)
    天線類型:外接天線
    數據速率:250kps (DSSS模式) 1Mps (GFSK模式)
    晶振啟動時間:1mS
    頻綜穩定時間:100uS
    收發轉換時間:30uS (發射 => 接收 & 接收 => 發射)
    模塊尺寸:65 X 30 mm x 6 mm (可根據用戶需要尺寸進行設計)
    典型應用:遠距離數據傳輸模塊,數據中繼模塊等;

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