本發(fā)明屬于遠程無線控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于nb-iot技術(shù)的排氣閥遠程監(jiān)測電路。

背景技術(shù)：

排氣閥是市政管道工作中的一個非常關(guān)鍵的部件，排氣閥的作用如下：污水管道中有時候會有氣體溢出，當氣體進入排氣閥閥腔聚集在排氣閥的上部，隨著閥內(nèi)氣體的增多壓力會增加，當氣體壓力大于系統(tǒng)壓力時，氣體會使腔內(nèi)水面下降，浮筒隨水位一起下降，打開排氣口；氣體排盡后，水位上升，浮筒也隨之上升，關(guān)閉排氣口。當系統(tǒng)中產(chǎn)生負壓，閥腔中水面下降，排氣口打開，此時外界大氣壓力比系統(tǒng)壓力大，所以大氣會通過排氣口進入系統(tǒng)，防止負壓的危害。

但是在長期使用過程中，由于污物的堵塞，排氣閥的自動排氣和自動關(guān)閉功能有時候會失效，當管道里空氣積蓄過量時會產(chǎn)生氣阻，影響流量，有甚者可能會引起管道破裂，而傳統(tǒng)人工現(xiàn)場排查方式往往不能保證及時性，故單純通過傳統(tǒng)現(xiàn)場排查排氣閥功能是否正常，從而進行必要檢修，可能會導致污水外溢，嚴重影響農(nóng)田等生態(tài)環(huán)境，因此有必要實施遠程監(jiān)測手段實現(xiàn)污水閥狀態(tài)的實時監(jiān)測。

由于污水管道覆蓋到偏遠地區(qū)，基于有線纜的數(shù)據(jù)監(jiān)測手段無法普遍適用?；趃prs數(shù)據(jù)傳輸方式的無線數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)存在著無法全覆蓋、耗電量較大、流量費用較高等缺陷，因此本發(fā)明提出了一種基于nb-iot技術(shù)的排氣閥遠程監(jiān)測電路。基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（narrowbandinternetofthings，nb-iot）成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡的一個重要分支。nb-iot構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡，只消耗大約180khz的帶寬，可直接部署于gsm網(wǎng)絡、umts網(wǎng)絡或lte網(wǎng)絡，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明由nb-iot通信電路、雙路模擬信號調(diào)理電路、工業(yè)微處理器電路、太陽能供電電路、壓力變送器、流量傳感器組成。

本發(fā)明所述的nb-iot通信電路由nb-iot模塊u1、sim卡座u2、sma天線j1、三極管q1、電容c1、發(fā)光二極管d1組成。nb-iot模塊u1的第45、46引腳接vcc，nb-iot模塊u1的第2、43、47、48、51、52、54、59、60、61、62、63、64、65、66、71、72、73、74、81、82、83、92、93、94引腳接gnd，nb-iot模塊u1的第53引腳接sma天線j1，sma天線j1的另一端接gnd。nb-iot模塊u1的第38、39、40、41、42引腳分別接sim卡座u2的第6、5、4、3、2、1引腳，sim卡座u2的第1引腳與電容c1一端相連，電容c1的另一端連接sim卡座u2的第6引腳。nb-iot模塊u1的第18引腳接發(fā)光二極管d1的陽極，發(fā)光二極管d1的陰極接地。nb-iot模塊u1的第29、30、34引腳分別接r7f0c806處理器u4的第11、12、13引腳相連。nb-iot模塊u1的第15引腳連接三極管q1的集電極，三極管q1的發(fā)射極接gnd，三極管q1的基極接r7f0c806處理器u4的第5引腳。

本發(fā)明所述的雙路模擬信號調(diào)理電路由雙路運放芯片u3、電阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9，電容c2、c3，穩(wěn)壓二極管d2、d3組成。雙路模擬信號調(diào)理電路用于接壓力變送器和流量傳感器。壓力變送器的一端接電阻r1、電容c2、電阻r2的一端，壓力變送器的另一端接電阻r1和電容c2的另一端、以及電阻r3的一端，電阻r2、r3的另一端分別接雙路運放芯片u3的第3、2引腳，雙路運放芯片u3的第1引腳接電阻r5的一端，電阻r5的另一端接電阻r4的一端、穩(wěn)壓二極管d2的陰極、r7f0c806處理器u4的第15引腳，電阻r4的另一端接雙路運放芯片u3的第2引腳，穩(wěn)壓二極管d2的陽極接地。流量傳感器的一端接電容c3、電阻r6的一端，流量傳感器的另一端接電容c3的另一端和電阻r7的一端，電阻r6、r7的另一端分別接雙路運放芯片u3的第5、6引腳，雙路運放芯片u3的第7引腳接電阻r9的一端，電阻r9的另一端接電阻r8的一端、穩(wěn)壓二極管d3的陰極、r7f0c806處理器u4的第14引腳，電阻r8的另一端接雙路運放芯片u3的第6引腳，穩(wěn)壓二極管d3的陽極接地。雙路運放芯片u3的第8引腳接vcc，第4引腳接gnd。

本發(fā)明所述的工業(yè)微處理器電路由r7f0c806處理器u4、電容c4、電阻r10、模擬接口j2組成。r7f0c806處理器u4的第11、12、13引腳分別連接nb-iot模塊u1的第29、30、34引腳，r7f0c806處理器u4的第5引腳連接三極管q1的基極，r7f0c806處理器u4的第15、14引腳分別連接穩(wěn)壓二極管d2、d3的陰極。r7f0c806處理器u4的第9引腳接gnd。r7f0c806處理器u4的第10引腳接vcc、電容c4的一端，電阻r10的一端，電容c4的另一端接地，電阻r10的另一端接r7f0c806處理器u4的第1引腳。r7f0c806處理器u4的第16、17、18、19引腳分別接模擬接口j2的第4、3、2、1引腳，模擬接口j2的第5、6、7、8引腳接gnd。

本發(fā)明所述的太陽能供電電路由太陽能電板、蓄電池、mc34063充電芯片u5、電阻r11、r12、r13，電容c5、c6、c7，電感l(wèi)，二極管d4、d5組成。太陽能電板的正極與二極管d4的陽極連接，太陽能電板的負極與gnd相連，二極管d4的陰極與電容c5、電阻r11的一端和mc34063充電芯片u5的第6引腳相連，電容c5的另一端接gnd，電阻r11的另一端與mc34063充電芯片u5的第7、8、1引腳相連。mc34063充電芯片u5的第2引腳連接電感l(wèi)的一端和二極管d5的陰極，二極管d5的陽極接gnd，電感l(wèi)的另一端接電容c7、電阻r12的一端和蓄電池的正極，為vcc輸出端。電容c7的另一端接地，電阻r12的另一端接電阻r13的一端和mc34063充電芯片u5的第5引腳，電阻r13的另一端接gnd，蓄電池的負極接gnd。vcc為直流5v。所述的太陽能電板為輸出12v的普通太陽能電板，蓄電池為普通的5v電壓蓄電池。

本發(fā)明所用的nb-iot模塊u1采用上海移遠通信技術(shù)有限公司的bc95模塊，雙路運放芯片u3采用德州儀器的lm358芯片，r7f0c806處理器u4采用瑞薩電子的r7f0c006微控制器，mc34063充電芯片u5采用意法半導體公司mc34063芯片。

本發(fā)明提出的基于nb-iot技術(shù)的排氣閥遠程監(jiān)測電路采用了工業(yè)級處理器和數(shù)據(jù)通信模塊進行設計，可以實現(xiàn)排氣閥內(nèi)壓力和流量數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，通信覆蓋廣、硬件成本低、系統(tǒng)耗電省，采用太陽能進行系統(tǒng)供電，還可以外擴溫度、重金屬、放射性等多種模擬傳感器接口，可作為一種綜合的智能排氣閥配套監(jiān)測電路，具有較強的實用性與廣泛的市場前景。

相比較于背景技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

（1）采用了nb_iot（窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)作為無線遠程數(shù)據(jù)的通信方式，具有覆蓋廣、功耗低和成本低等優(yōu)點。

（2）采用太陽能供電方式，可長期工作，無需維護。

（3）可采集壓力數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)，還可以擴展多達4路的模擬數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的nb-iot通信電路。

圖3是本發(fā)明的雙路模擬信號調(diào)理電路。

圖4是本發(fā)明的工業(yè)微處理器電路。

圖5是本發(fā)明的太陽能供電電路。

圖6是本發(fā)明的應用示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明由nb-iot通信電路、雙路模擬信號調(diào)理電路、工業(yè)微處理器電路、太陽能供電電路、壓力變送器、流量傳感器組成。壓力變送器為4-20ma輸出，流量傳感器為0-5v電壓輸出，連接到雙路模擬信號調(diào)理電路實現(xiàn)電流/電壓轉(zhuǎn)換以及電壓變換，雙路模擬信號調(diào)理電路將輸出模擬電壓量傳輸?shù)焦I(yè)微處理器電路的ad接口進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，工業(yè)微處理器電路經(jīng)uart接口傳輸數(shù)據(jù)至nb-iot通信電路，最終由nb-iot通信電路將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端服務器。太陽能供電電路為整個系統(tǒng)提供5v電源。

如圖2所示，所述的nb-iot通信電路由nb-iot模塊u1、sim卡座u2、sma天線j1、三極管q1、電容c1、發(fā)光二極管d1組成。nb-iot模塊u1的第45、46引腳接vcc，nb-iot模塊u1的第2、43、47、48、51、52、54、59、60、61、62、63、64、65、66、71、72、73、74、81、82、83、92、93、94引腳接gnd，nb-iot模塊u1的第53引腳接sma天線j1，sma天線j1的另一端接gnd。nb-iot模塊u1的第38、39、40、41、42引腳分別接sim卡座u2的第6、5、4、3、2、1引腳，sim卡座u2的第1引腳與電容c1一端相連，電容c1的另一端連接sim卡座u2的第6引腳。nb-iot模塊u1的第18引腳接發(fā)光二極管d1的陽極，發(fā)光二極管d1的陰極接地，發(fā)光二極管d1用以指示連接狀態(tài)。nb-iot模塊u1的第29、30、34引腳分別接r7f0c806處理器u4的第11、12、13引腳相連，用于進行uart接口數(shù)據(jù)傳輸。nb-iot模塊u1的第15引腳連接三極管q1的集電極，三極管q1的發(fā)射極接gnd，三極管q1的基極接r7f0c806處理u4的第5引腳，用以控制nb-iot模塊復位操作。nb-iot模塊u1采用上海移遠通信技術(shù)有限公司的bc95模塊，nb-iot是物聯(lián)網(wǎng)（iot）領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，nb-iot支持待機時間長、對網(wǎng)絡連接要求較高設備的高效連接。nb-iot設備電池壽命可以提高至10年，同時還能提供非常全面的蜂窩數(shù)據(jù)覆蓋，因此具有廣泛的應用前景。本發(fā)明通過nb-iot通信電路將排氣閥的各種狀態(tài)參數(shù)傳輸?shù)竭h程服務器，實現(xiàn)實時自動監(jiān)測。

如圖3所示，所述的雙路模擬信號調(diào)理電路由雙路運放芯片u3、電阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9，電容c2、c3，穩(wěn)壓二極管d2、d3組成。雙路模擬信號調(diào)理電路用于接壓力變送器和流量傳感器，所述的壓力變送器為輸出范圍為4-20ma的壓力變送器，流量傳感器為輸出范圍為0-5v的流量傳感器。壓力傳感器輸出的4-20ma電流在電阻r1上產(chǎn)生電壓，然后通過雙路運放芯片u3實現(xiàn)電壓變換。流量傳感器輸出的0-5v電壓通過雙路運放芯片u3實現(xiàn)電壓變換。壓力變送器的一端接電阻r1、電容c2、電阻r2的一端，壓力變送器的另一端接電阻r1、電容c2的另一端和電阻r3的一端。電阻r2、r3的另一端分別接雙路運放芯片u3的第3、2引腳，雙路運放芯片u3的第1引腳接電阻r5的一端，電阻r5的另一端接電阻r4的一端、穩(wěn)壓二極管d2的陰極、r7f0c806處理器u4的第15引腳，電阻r4的另一端接雙路運放芯片u3的第2引腳，穩(wěn)壓二極管d2的陽極接地。流量傳感器的一端接電容c3、電阻r6的一端，流量傳感器的另一端接電容c3的另一端和電阻r7的一端。電阻r6、r7的另一端分別接雙路運放芯片u3的第5、6引腳，雙路運放芯片u3的第7引腳接電阻r9的一端，電阻r9的另一端接電阻r8的一端、穩(wěn)壓二極管d3的陰極、r7f0c806處理器u4的第14引腳，電阻r8的另一端接雙路運放芯片u3的第6引腳，穩(wěn)壓二極管d3的陽極接地。雙路運放芯片u3的第8引腳接vcc，第4引腳接gnd。雙路運放芯片u3采用德州儀器的lm358芯片，進行模擬信號緩沖與變換，雙路運放芯片u3第1、7引腳輸出的電壓輸入到r7f0c806處理器u4的ad接口進行數(shù)據(jù)采集。穩(wěn)壓二極管d2和穩(wěn)壓二極管d3用于保護r7f0c806處理器u4，以使接口電壓不至于超過端口電壓限制。

如圖4所示，所述的工業(yè)微處理器電路由r7f0c806處理器u4、電容c4、電阻r10、模擬接口j2組成。r7f0c806處理器u4的第11、12、13引腳分別連接nb-iot模塊u1的第29、30、34引腳，與nb-iot模塊之間實現(xiàn)uart數(shù)據(jù)傳輸，r7f0c806處理器u4的第5引腳連接三極管q1的基極，用于控制nb-iot模塊u1復位，r7f0c806處理器的第15、14引腳分別連接穩(wěn)壓二極管d2、d3的陰極。r7f0c806處理器u4的第9引腳接gnd，第10引腳接vcc、電容c4和電阻r10的一端，電容c4的另一端接地，電阻r10的另一端接r7f0c806處理器u4的第1引腳。r7f0c806處理器u4的第16、17、18、19引腳分別接模擬接口j2的第4、3、2、1引腳，模擬接口j2的第5、6、7、8引腳接gnd。模擬接口j2可接外部4路模擬量數(shù)據(jù)，可用于擴展溫度數(shù)據(jù)等傳感器。r7f0c806處理器u4采用瑞薩電子的r7f0c006微控制器，瑞薩電子r7f0c006微控制器采用了rl78內(nèi)核，在同類產(chǎn)品中實現(xiàn)了以最低功耗實現(xiàn)高處理性能，同時集成了一個智能的lcd控制器/驅(qū)動器。r7f0c006擁有高精度(±1%)片上振蕩器、24mhz工作頻率的cpu，以及其他增強外圍設備，適合用于家用電器、醫(yī)療保健設備及其他消費類電子。

如圖5所示，所述的太陽能供電電路由太陽能電板、蓄電池、mc34063充電芯片u5、電阻r11、r12、r13，電容c5、c6、c7，電感l(wèi)，二極管d4、d5組成。太陽能電板的正極與二極管d4的陽極連接，太陽能電板的負極與gnd相連，二極管d4的陰極與電容c5、電阻r11的一端和mc34063充電芯片u5的第6引腳相連，電容c5的另一端接gnd，電阻r11的另一端與mc34063充電芯片u5的第7、8、1引腳相連。mc34063充電芯片u5的第2引腳連接電感l(wèi)的一端和二極管d5的陰極，二極管d5的陽極接gnd，電感l(wèi)的另一端接電容c7的一端、電阻r12的一端和蓄電池的正極，為vcc輸出端。電容c7的另一端接地，電阻r12的另一端接電阻r13的一端和mc34063充電芯片u5的第5引腳，電阻r13的另一端接gnd，蓄電池的負極接gnd。vcc為直流5v。太陽能供電電路可用于給整個系統(tǒng)供電，所述的太陽能電板為輸出12v的普通太陽能電板，蓄電池為普通的5v電壓蓄電池。mc34063充電芯片u5采用意法半導體公司mc34063芯片。

本發(fā)明的應用示意圖如圖6所示，流量傳感器和壓力變送器探頭置于排氣閥內(nèi)部，流量傳感器和壓力變送器連接到本發(fā)明所述的基于nb-iot技術(shù)的排氣閥遠程監(jiān)測電路，負責將傳感器檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚艢忾y遠程監(jiān)測電路，同時與太陽能板連接，由太陽能板提供工作電源。

基于nb-iot技術(shù)的排氣閥遠程監(jiān)測電路采用了nb_iot技術(shù)作為數(shù)據(jù)遠程無線通信方式，具有覆蓋廣、功耗低和成本低等優(yōu)點，電路不僅可采集壓力閥中的壓力數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)，還可以擴展多達4路的其他模擬傳感器，可以增加污水重金屬、放射性等參數(shù)監(jiān)測功能，具有廣泛的適用性。系統(tǒng)采用太陽能供電方式，可以長期工作，維護簡單方便。