一种基于LORAWAN的数据采集器及计量系统的制作方法

一种基于lorawan的数据采集器及计量系统
技术领域
1.本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种基于lorawan的数据采集器及计量系统。


背景技术：

2.目前，户用计量仪表数据的获取或管理方式主要分为3种：第一种是人工手动抄录数剧，即人工挨家挨户的抄录相关数据，这种人工方式存在错抄、漏抄、盲抄、抄写速度慢等情况，无法做到数据的可靠抄录；对人工的要求较高，随意性较大，人工抄录繁琐且费时费力，数据反馈速度慢，管理端无法第一时间获取相关数据，也无法有效判别数据的真实性。第二种是刷卡充值式的单向管控，即计量仪表为阀控式，用户将资金充入充值卡，计量仪表获取充值卡的充值数据，当卡内资金用完后，自动关闭阀控；但是，刷卡充值式属于被动管理，无法准确获取计量仪表每天的实际使用情况，也就不能准确的进行数据监控与用量预判，无法准确获知用户的实际使用情况，从而无法进行有效的计量仪表管控。
3.第三种是远程数据获取，即计量仪表通过无线远传网络，定时将仪表数据上发至相关平台。虽然通过远传计量仪表获取数据的方式及时可靠，但需要计量仪表是无线远传计量仪表。并且，无线远传网络常采用lora自组网方式或nb(即nb-iot，窄带物联网)运营商组网方式，这两种方式都存在安装成本较高的问题，而实际应用中存在个别因无线信号覆盖问题导致的数据无法及时上报的情况，不会因个别仪表信号问题去添加相关的信号补盲设备，因此在实际应用场景中，需要人工去现场抄表后再上报平台。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于lorawan的数据采集器及计量系统，以解决现有人工抄写用户仪表数据速度慢、可靠性差的问题。
5.本实用新型实施例提供一种基于lorawan的数据采集器，连接计量仪表，其包括一壳体，所述壳体内设有一电路板，所述电路板上集成了采集电路、控制电路、通信电路、电源电路和交互电路；所述采集电路、通信电路、电源电路和交互电路均连接控制电路；
6.所述采集电路用于获取计量仪表的计量数据并传输给控制电路；
7.所述控制电路计量数据进行解析后，判断通信电路获取的所在位置的信号强度是否小于强度阈值：是则将计量数据通过通信电路上报，否则通过通信电路发送给相邻的数据采集器进行转发上报；
8.所述电源电路根据外部电源的连接状态和电池的电压在电源供电与电池供电之间进行切换；
9.所述交互电路用于显示工作状态并根据按键操作输出按键信号给控制电路，控制电路根据按键信息执行对应的按键操作。
10.可选地，所述的基于lorawan的数据采集器中，所述采集电路包括红外通讯模块、总线采集模块和拍摄模块；所述红外通讯模块、总线采集模块和拍摄模块均连接控制电路；
11.所述红外通讯模块通过红外通讯接口连接计量仪表，与设有对外通讯功能的计量仪表通信来获取计量仪表内的计量数据；
12.所述总线采集模块通过rs485接口或m-bus接口连接计量仪表，与设有对外通讯功能的计量仪表通信来获取计量仪表内的计量数据；
13.所述拍摄模块对计量仪表上显示的计量数据进行拍摄，将拍摄的图像传输给控制电路。
14.可选地，所述的基于lorawan的数据采集器中，所述通信电路包括lorawan模块和lora模块，所述lorawan模块和lora模块均连接控制电路；
15.所述lorawan模块或lora模块获取当前所在位置的信号强度，并传输给控制电路；
16.所述lorawan模块将控制电路传输的计量数据上报至lorawan网关；
17.所述lora模块将控制电路传输的计量数据发送给相邻的数据采集器，相邻的数据采集器的lora模块接收计量数据。
18.可选地，所述的基于lorawan的数据采集器中，所述控制电路包括控制器芯片、晶振、第一电容和第二电容；所述控制器芯片的pa13/lrx0脚和pa14/ltx0脚均连接红外通讯模块；控制器芯片的pa15/wkup0/svs脚、vdd脚、vdda脚均连接电源电路的供电端；控制器芯片的pa0/com0/rx4脚、pa1/com1/tx4脚、pa2/com2/lrx0脚、pa3/com3/ltx0脚、pa8/seg0脚、pa9/seg1脚、pa10/wkup1/seg2脚、pb6脚、pb7脚、pb8脚、pb9脚、pb10脚、pb11脚、pb12脚、pb13脚、pc2/xthin/lrx1脚、pc3/xthout/ltx1脚、pc4/seg13/rx5脚、pc5/seg14/tx5脚、pc6/wkup4/seg15脚、pc7/seg16/spi2_ssn脚、pc8/seg17/spi2_sck脚、pc9/seg18/spi2_miso脚、pc10/seg19/spi2_mosi脚、pc11/seg20脚和pc12/seg21脚均连接交互电路中的显示模块；控制器芯片的pa4/com4脚、pa5/com5脚、pa6/com6脚、pa7/com7脚、pb3脚、pb14脚、pc0脚、pd2/seg24/spi1_ssn脚、pd3/seg25/spi1_sck脚、pd4/seg26/spi1_miso脚和pd5/seg27/spi1_mosi脚均连接lora模块；控制器芯片的pa11/scl脚和pa12/sda脚均连接lorawan模块，控制器芯片的pb2脚连接交互电路中的指示灯模块，控制器芯片的pb4脚和pb5脚均连接总线采集模块，控制器芯片的dp脚和dm脚均连接拍摄模块；控制器芯片的pd6/wkup7脚、pd1/seg23/tx5脚、pd0/seg22/rx5脚和pd11/wkup6/fout0脚均连接交互电路中的按键模块；控制器芯片的pd10/xt32ki脚连接晶振的一端和第一电容的一端，控制器芯片的pd9/xt32ko脚连接晶振的另一端和第二电容的一端；第一电容的另一端连接第二电容的另一端和地，控制器芯片的gnd脚和agnd脚均接地。
19.可选地，所述的基于lorawan的数据采集器中，所述红外通讯模块包括红外光发射器、红外光接收器、第一开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
20.所述红外光发射器的负极连接控制器芯片的pa14/ltx0脚，红外光发射器的正极通过第四电阻连接供电端，红外光接收器的正极连接供电端和第一电阻的一端，红外光接收器的负极通过第二电阻连接第一开关管的基极和第三电阻的一端，第一开关管的集电极连接第一电阻的另一端和控制器芯片的pa13/lrx0脚，第一开关管的发射极连接第三电阻的另一端和地。
21.可选地，所述的基于lorawan的数据采集器中，所述总线采集模块包括收发接口芯片、双向tvs二极管、第一光耦、第二光耦、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第三电容和第四电容；
22.所述收发接口芯片的busl2脚通过第五电阻连接双向tvs二极管的一端和外接的mbus通讯端口，收发接口芯片的busl1脚通过第六电阻连接双向tvs二极管的另一端和mbus通讯端口，收发接口芯片的ris脚通过第七电阻连接总线地，收发接口芯片的stc脚连接第七电容的一端和mbus通讯端口的总线供电脚，收发接口芯片的ridd脚通过第八电阻连接第七电容的另一端和总线地，收发接口芯片的gnd脚连接总线地，收发接口芯片的sc脚通过第四电容连接总线地，收发接口芯片的bat脚和vdd脚均连接总线供电脚，收发接口芯片的tx脚连接第一光耦的第2脚，收发接口芯片的rxi脚连接第二光耦的第3脚和总线地，第一光耦的第1脚和第二光耦的第4脚均连接总线供电脚，第一光耦的第4脚连接第九电阻的一端和控制器芯片的pb5脚，第九电阻的另一端连接供电端，第一光耦的第3脚接地，第二光耦的第2脚连接控制器芯片的pb4脚，第二光耦的第1脚连接供电端。
23.可选地，所述的基于lorawan的数据采集器中，所述lorawan模块包括lorawan通讯芯片、第十五电阻、第六电容和第七电容；
24.所述lorawan通讯芯片的gnd脚接地，lorawan通讯芯片的ant脚连接第十五电阻的一端和第六电容的一端；lorawan通讯芯片的uart_tx脚、uart_rx脚与控制器芯片的pa12/sda脚、pa11/scl脚一对一连接；lorawan通讯芯片的vcc脚连接供电端，第十五电阻的另一端连接第七电容的一端和lorawan天线，第六电容的另一端和第七电容的另一端均接地。
25.可选地，所述的基于lorawan的数据采集器中，所述lora模块包括lora通讯芯片、第十六电阻、第八电容和第九电容；
26.所述lora通讯芯片的ant脚连接第十六电阻的一端和第八电容的一端，lora通讯芯片的gnd脚接地，lora通讯芯片的vcc脚连接供电端；lora通讯芯片的rst脚、dio0脚、dio1脚、dio2脚、dio3脚、dio4脚、dio5脚、sck脚、miso脚、mosi脚、nss脚与控制器芯片的pc0脚、pa4/com4脚、pa5/com5脚、pa6/com6脚、pa7/com7脚、pb3脚、pb14脚、pd3/seg25/spi1_sck脚、pd4/seg26/spi1_miso脚、pd5/seg27/spi1_mosi脚、pd2/seg24/spi1_ssn脚一对一连接；第十六电阻的另一端连接第九电容的一端和lora天线，第八电容的另一端和第九电容的另一端均接地。
27.可选地，所述的基于lorawan的数据采集器中，所述电源电路包括电源控制芯片、热敏电阻、电感、第一指示灯、第十七电阻、第十八电阻、第十电容、第十一电容、第十二电容和第十三电容；
28.所述电源控制芯片的vin脚输入电源电压，电源控制芯片的iset脚通过第十七电阻接地，电源控制芯片的ts脚连接第十八电阻的一端和热敏电阻的一端，第十八电阻的另一端连接供电端，热敏电阻的另一端接地，电源控制芯片的stat脚连接第一指示灯的负极，第一指示灯的正极连接供电端，电源控制芯片的sw脚连接电感的一端和第十电容的一端，电源控制芯片的bs脚连接第十电容的另一端，电源控制芯片的vcc脚通过第十一电容连接电源控制芯片的gnd脚和地；电感的另一端是供电端，连接电源控制芯片的bat脚、第十二电容的一端、第十三电容的一端和电池的正极；第十二电容的另一端、第十三电容的另一端和电池的负极均接地。
29.本实用新型实施例第二方面提供了一种计量系统，其包括计量仪表、lorawan网关、管理平台和所述的基于lorawan的数据采集器；所述数据采集器连接计量仪表和lorawan网关，lorawan网关连接管理平台；
30.所述数据采集器获取计量仪表的计量数据，检测信号能远程传输时，将解析后的计量数据上发至lorawan网关，lorawan网关计量数据上发至管理平台；
31.检测信号不支持远程传输时，数据采集器将计量数据发送给相邻的数据采集器，相邻的数据采集器将接收的计量数据上发至lorawan网关，lorawan网关将计量数据上发至管理平台。
32.本实用新型实施例提供的技术方案中，所述基于lorawan的数据采集器包括采集电路、控制电路、通信电路、电源电路和交互电路；采集电路用于获取计量仪表的计量数据并传输给控制电路；控制电路计量数据进行解析后，判断通信电路获取的所在位置的信号强度是否小于强度阈值：是则将计量数据通过通信电路上报，否则通过通信电路发送给相邻的数据采集器进行转发上报；电源电路根据外部电源的连接状态和电池的电压在电源供电与电池供电之间进行切换；交互电路用于显示工作状态并根据按键操作输出按键信号给控制电路，控制电路根据按键信息执行对应的按键操作。实现了计量数据的自动抄写与远程实时上报，解决现有人工抄写用户仪表数据速度慢、可靠性差的问题，降低了人工的参与度，提高数据获取的准确性与可靠性。
附图说明
33.图1为本实用新型实施例中基于lorawan的数据采集器的结构框图。
34.图2为本实用新型实施例中控制电路的电路示意图。
35.图3为本实用新型实施例中红外通讯模块的电路示意图。
36.图4为本实用新型实施例中总线采集模块的电路示意图。
37.图5为本实用新型实施例中lorawan模块的电路示意图。
38.图6为本实用新型实施例中lora模块的电路示意图。
39.图7为本实用新型实施例中电源电路的电路示意图。
40.图8为本实用新型实施例中指示灯模块的电路示意图。
41.图9为本实用新型实施例中按键模块的电路示意图。
42.图10为本实用新型实施例中计量系统的结构框图。
具体实施方式
43.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.请参阅图1，本实用新型实施例提供一种符合cj/t188户用计量仪表传输技术条件要求的基于lorawan的数据采集器，其包括一壳体，所述壳体内设有一电路板，所述电路板上集成了采集电路100、控制电路200、通信电路300、电源电路400和交互电路500。所述采集电路100、通信电路300、电源电路400和交互电路500均连接控制电路200。所述采集电路100用于获取计量仪表的计量数据并传输给控制电路200。所述控制电路200为数据采集器的核心组件，其对计量数据进行解析后，判断通信电路300获取的所在位置的信号强度是否小于强度阈值(如-120dbm)：是则选择将计量数据通过通信电路300上报，否则通过通信电路300
发送给相邻的数据采集器(信号较弱至不支持网络传输时使用中继功能)；由信号较好(支持网络传输)数据采集器转发上报。所述电源电路300根据外部电源的连接状态和电池的电压在电源供电与电池供电之间进行切换。所述交互电路500用于显示工作状态并根据按键操作输出按键信号给控制电路200，控制电路200根据按键信息执行对应的按键操作。
45.实现了计量数据的自动抄写与远程实时上报，解决现有人工抄写用户仪表数据速度慢、可靠性差的问题，降低了人工的参与度，提高数据获取的准确性与可靠性。作为自动化计量仪表的管理中的一种辅助实现计量数据读取的技术手段，可应用在仪表行业的终端数据收集领域。
46.本实施例中，所述采集电路100包括红外通讯模块110、总线采集模块120和拍摄模块130；所述红外通讯模块110、总线采集模块120和拍摄模块130均连接控制电路200。所述红外通讯模块110和总线采集模块120均是直接对外通讯的模块，红外通讯模块110通过红外通讯接口连接计量仪表、按照cj/t188通信标准与外部的计量仪表(此处主要是具有对外通讯功能的计量仪表)通信来获取计量仪表内的计量数据。总线采集模块120可采用现有的rs485模块或m-bus(简称仪表总线，是一项专为自动抄表系统设计的总线标准)模块(两者任选一种)，rs485模块通过rs485接口连接计量仪表，m-bus模块通过m-bus接口连接计量仪表，都可按照cj/t188通信标准来获取计量仪表内的计量数据。此时，控制电路200可直接对计量数据进行相应的处理(如格式转换、数据解析等)后，通过通信电路300上传给管理平台。
47.若计量仪表没有对外通讯功能(其表盘上有窗口来显示计量数据)，其可通过拍摄模块130拍照或拍短视频记录计量仪表上显示的计量数据，则数据采集器在安装时，需将拍摄模块130的摄像头对准计量仪表上的显示区域，以确保能拍到计量数据。所述拍摄模块130为现有技术，例如由型号优选为wx150hd的摄像头及其配对的连接器组成，摄像头通过连接器连接控制电路200，即可将拍到的计量数据传输给控制电路200。由于拍摄模块130传输的是图像或短视频，则控制电路200会对图像里面的数据进行识别提取(此为现有技术)，短视频则分解为多个帧，对最后一帧图像的数据进行识别提取，从而获得相应的计量数据，再将计量数据通过通信电路300上传给管理平台。
48.所述通信电路300包括lorawan模块310和lora模块320，所述lorawan模块310和lora模块320均连接控制电路200。lora和lorawan都是lora的无线网络，区别在于lora是一种低功耗局域网无线标准，是私有通讯协议；lorawan是为lora远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构，是一种公有通讯协议。lorawan模块310或lora模块320都可以获取当前所在位置的信号强度，传输给控制电路200来判断当地的信号强度优劣；信号强度为优(信号强度大于-70dbm)和良好(信号强度小于等于-70dbm且大于等于-120dbm)时，控制电路200输出计量数据给lorawan模块310，在信号强度较差时输出计量数据给lora模块320来实现中继转发上报。
49.lorawan模块310将控制电路200输出的计量数据上传给管理平台，采用lorawan协议与管理平台进行无线远程通信，通过串口与控制电路200进行数据通讯。lorawan模块310的系统采用了维护简单、扩展性好的星型网络拓扑结构，从逻辑架构来看主要有节点层、基站层、服务层和应用层；计量数据通过lorawan模块310，以lorawan协议发送至lorawan网关，lorawan网关再通过有线局域网、或无线、或4g、或5g、或wifi等网络将计量数据解析后
转发至管理平台。
50.所述lora模块320主要起到中继作用，当某个数据采集器处在信号盲区或信号较差时，不能通过lorawan模块310上传；lora模块320可将本数据采集器获得的计量数据通过lora私有通讯协议发送给相邻(即通信范围内距离最近)的数据采集器，相邻的数据采集器的lora模块接收计量数据，若相邻的数据采集器的信号较好，控制电路200控制lora模块320运行lorawan公有通讯协议，lora模块320将计量数据发送给控制电路200，再通过lorawan模块上发给管理平台；若信号较差，控制电路200控制lora模块将计量数据发给其他相邻的数据采集器，通过层层中继转发直至能上传给管理平台为止。lora模块的这种支持lora私有通讯协议和lorawan公有通讯协议的双轨模式，控制电路200通过现场的应用场景来自动控制lora模块运行lora私有通讯协议还是lorawan公有通讯协议。
51.lora属于低功耗广域技术，此技术基于线性扩频调制的远距离无线通讯技术，相较于传统的无线传输技术，lora无线网络明显地增加了通讯距离，提升数据传输的抗干扰性及信号绕障能力，为用户提供了一种能实现远距离、低成本、高容量、低功耗、抗干扰能力强的无线通讯手段。
52.所述电源电路400采用bms系统(即电源电池管理系统)，由于计量仪表的计量数据获取频次较低，常规获取频次为1天2次，其它时间均处于休眠状态；数据采集器的电源供应包括内置的电池和外接的电源这两种方案，因此，通过电源电路400来管理用电。当无外接的电源时，电源电路400控制电池对整个数据采集器供电；当电池的电压不足时，关闭电池的输出，当外接电源时，电源电路400将外接的电源输出来供电并对电池充电，同时还监测电池的电压电量并及时反馈给控制电路200。
53.所述交互电路500用于实现人机交互，包括显示模块510、指示灯模块520和按键模块530，所述显示模块510、指示灯模块520和按键模块530均连接控制电路200。显示模块520(可采用现有的型号优选为kny12864-20m的22位高亮度低延迟的lcd显示屏)可显示的内容包括：1是显示所获取的计量仪表的型号与计量数据；2是显示对该计量数据的处理结果，如上发失败、上发中、上发成功、数据缓存等；3是提供计量数据获取方式的选择界面，由用户根据实际情况，从红外通讯模块、总线采集模块和拍摄模块中选择其中一种来获取所需要的计量数据。
54.指示灯模块520用于控制指示灯的亮灭状态来辅助显示对应的功能状态(如充电、正常工作、异常、电量不足等，此处对其不做限定)，以方便用户查看数据采集器是否正常工作；所述按键模块530用于根据用户的按键操作输入对应的控制指令，用户可通过按键模块530来控制数据采集器的工作状态，如计量数据的读取与传输。
55.请一并参阅图2，所述控制电路200包括控制器芯片u1、晶振y1、第一电容c1和第二电容c2；所述控制器芯片u1的pa13/lrx0脚和pa14/ltx0脚均连接红外通讯模块110；控制器芯片u1的pa15/wkup0/svs脚、vdd脚、vdda脚均连接电源电路400提供的供电端；控制器芯片u1的pa0/com0/rx4脚、pa1/com1/tx4脚、pa2/com2/lrx0脚、pa3/com3/ltx0脚、pa8/seg0脚、pa9/seg1脚、pa10/wkup1/seg2脚、pb6脚、pb7脚、pb8脚、pb9脚、pb10脚、pb11脚、pb12脚、pb13脚、pc2/xthin/lrx1脚、pc3/xthout/ltx1脚、pc4/seg13/rx5脚、pc5/seg14/tx5脚、pc6/wkup4/seg15脚、pc7/seg16/spi2_ssn脚、pc8/seg17/spi2_sck脚、pc9/seg18/spi2_miso脚、pc10/seg19/spi2_mosi脚、pc11/seg20脚和pc12/seg21脚均连接显示模块510；控
制器芯片u1的pa4/com4脚、pa5/com5脚、pa6/com6脚、pa7/com7脚、pb3脚、pb14脚、pc0脚、pd2/seg24/spi1_ssn脚、pd3/seg25/spi1_sck脚、pd4/seg26/spi1_miso脚和pd5/seg27/spi1_mosi脚均连接lora模块320；控制器芯片u1的pa11/scl脚和pa12/sda脚均连接lorawan模块310，控制器芯片u1的pb2脚连接指示灯模块520，控制器芯片u1的pb4脚和pb5脚均连接总线采集模块120，控制器芯片u1的dp脚和dm脚均连接拍摄模块130；控制器芯片u1的pd6/wkup7脚、pd1/seg23/tx5脚、pd0/seg22/rx5脚和pd11/wkup6/fout0脚均连接按键模块530；控制器芯片u1的pd10/xt32ki脚连接晶振y1的一端和第一电容c1的一端，控制器芯片u1的pd9/xt32ko脚连接晶振y1的另一端和第二电容c2的一端；第一电容c1的另一端连接第二电容c2的另一端和地，控制器芯片u1的gnd脚和agnd脚均接地。
56.其中，所述控制器芯片u1的型号优选为fm33lc046u，其具有64kb的ram与256kb的rom，超低功耗，最小可知1ua的休眠电流，同时支持1组usb的信号接入分析，支持lcd屏幕显示控制功能，同时32.768khz的晶振y1可以为整个系统提供精准的时间管控。所述控制器芯片u1的nrst脚输入复位信号mcu_nrst，其可外接一复位电路，如现有的按键复位电路或rc复位电路，此为现有技术，此处不做赘述。控制器芯片u1的pd8/swio脚和pd7/swclk脚是升级程序引脚，用于烧录程序。控制器芯片u1的vdd15脚是模拟电源输出脚。控制器芯片u1的工作原理将结合下述各个模块来阐述。
57.请一并参阅图3，所述红外通讯模块110包括红外光发射器t_led1、红外光接收器r_led1、第一开关管q1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；所述红外光发射器t_led1的负极连接控制器芯片u1的pa14/ltx0脚，红外光发射器t_led1的正极通过第四电阻r4连接供电端，红外光接收器r_led1的正极连接供电端和第一电阻r1的一端，红外光接收器r_led1的负极通过第二电阻r2连接第一开关管q1的基极和第三电阻r3的一端，第一开关管q1的集电极连接第一电阻r1的另一端和控制器芯片u1的pa13/lrx0脚，第一开关管q1的发射极连接第三电阻r3的另一端和地。
58.其中，红外光发射器t_led1和红外光接收器r_led1的波长均是940nm，采用半双工红外通讯，红外通讯协议cj/t188。第一开关管q1是npn三极管。控制器芯片u1输出红外发射信号h_tx(获取指令)控制红外光发射器t_led1的亮灭来发出对应的红外光向计量仪表发送获取指令，请求获取计量仪表的计量数据；计量仪表收到获取指令时将采集的计量数据通过对应的红外光发射，由数据采集器的红外光接收器r_led1接收后将红外光转换为ttl信号格式的红外接收信号h_rx，传输给控制器芯片u1。具体为：没红外光照时红外光接收器r_led1的电阻很大，与r2和r3组合后的分压较小，第一开关管q1截止，红外接收信号h_rx被第一电阻r1上拉为高电平；有红外光照时电阻很小，与r2和r3组合后的分压较大，第一开关管q1导通，红外接收信号h_rx被下拉为低电平；通过红外光的断断续续照射，即可获得高低电平对应变化的红外接收信号h_rx，这些高低电平的变化组成了对应的计量数据，控制器芯片u1对红外接收信号h_rx进行解析即可获得对应的计量数据。
59.请一并参阅图4，所述总线采集模块120采用m-bus(一种专用于各种类型仪表的远程通信的总线系统)模块时，其包括收发接口芯片u2、双向tvs(瞬态抑制)二极管d1(型号优选为smdj36ca)、第一光耦u3、第二光耦u4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第三电容c3和第四电容c4；所述收发接口芯片u2的busl2脚通过第五电阻r5连接双向tvs二极管d1的一端和外接的mbus通讯端口的一个数据脚，收发接口芯片u2的
busl1脚通过第六电阻r6连接双向tvs二极管d1的另一端和外接的mbus通讯端口的另一个数据脚，收发接口芯片u2的ris脚通过第七电阻r7连接总线地(m_gnd，与其他图中的地(用三根逐渐缩短的横线表示)是隔离的)，收发接口芯片u2的stc脚连接第七电容c7的一端(正极)和mbus通讯端口的总线供电脚(提供总线电压mpwr)，收发接口芯片u2的ridd脚通过第八电阻r8连接第七电容c7的另一端(负极)和总线地，收发接口芯片u2的gnd脚连接总线地，收发接口芯片u2的sc脚通过第四电容c4连接总线地，收发接口芯片u2的bat脚和vdd脚均连接总线供电脚，收发接口芯片u2的tx脚连接第一光耦u3的第2脚，收发接口芯片u2的rxi脚连接第二光耦u4的第3脚和总线地，第一光耦u3的第1脚和第二光耦u4的第4脚均连接总线供电脚，第一光耦u3的第4脚连接第九电阻r9的一端和控制器芯片u1的pb5脚，第九电阻r9的另一端连接供电端，第一光耦u3的第3脚接地，第二光耦u4的第2脚连接控制器芯片u1的pb4脚，第二光耦u4的第1脚连接供电端。
60.其中，收发接口芯片u2的型号优选为se721，其通过外接mbus通讯端口与计量仪表进行数据传输。需要获取计量数据时，控制器芯片u1输出mbus_rx信号(此时加载的是读取指令)来控制第二光耦u4(起到隔离作用)的通断，输出对应的高低电平信号至收发接口芯片u2的rxi脚，通过收发接口芯片u2转换为mbus_1信号和mbus_2信号(此时加载的是总线获取指令)、即m_bus格式的数据信号，通过mbus通讯端口传输给计量仪表。
61.计量仪表接收到mbus端口的读取指令后通过mbus通讯端口将计量数据传输给收发接口芯片u2，收发接口芯片u2将mbus_1信号和mbus_2信号(此时加载的计量数据)转换后再通过第一光耦u3和相关的外围电路，将信号转换为控制器芯片u1所能识别的ttl数字信号，即从u2的tx脚输出，控制第一光耦u3的通断，输出mbus_tx信号(此时加载的是计量数据)给控制器芯片u1。
62.当总线(即mbus_1信号和mbus_2信号)上有数据时，mbus通讯端口的总线供电脚输出的总线电压mpwr对收发接口芯片u2进行充电，电能储存在mpwr网络(由c7、xx组成，)，电能存储的作用是什么？
63.优选地，所述总线采集模块120还包括第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14和第五电容c5；所述第十电阻r10的一端连接收发接口芯片u2的vdd脚，第五电容c5的一端连接收发接口芯片u2的bat脚，第十电阻r10的另一端连接第五电容c5的另一端和总线地，第十一电阻r11的一端连接收发接口芯片u2的rxi脚和第二光耦u4的第3脚，第十一电阻r11的另一端连接总线地，第十二电阻r12连接在第一光耦u3的第1脚与总线供电脚之间，第十三电阻r13连接在第二光耦u4的第4脚与总线供电脚之间，第十四电阻r14连接在第二光耦u4的第1脚与供电端之间。
64.其中，第十电阻r10和第五电容c5用于对输入的总线电压mpwr进行rc滤波。第十一电阻r11为下拉电阻，用于在第二光耦u4截止时将rxi脚下拉，避免误触发。第十二电阻r12、第十三电阻r13和第十四电阻r14用于限流，以避免高压损坏光耦。
65.请一并参阅图5，所述lorawan模块310包括lorawan通讯芯片u5、第十五电阻r15、第六电容c6和第七电容c7；所述lorawan通讯芯片u5的gnd脚(包括gnd1脚～gnd4脚)接地，lorawan通讯芯片u5的ant脚连接第十五电阻r15的一端和第六电容c6的一端；lorawan通讯芯片u5的uart_tx脚、uart_rx脚与控制器芯片u1的pa12/sda脚、pa11/scl脚一对一连接；lorawan通讯芯片u5的vcc脚连接供电端，第十五电阻r15的另一端连接第七电容c7的一端
和lorawan天线(ant_con表示天线，在图5中以接口的形式体现)，第六电容c6的另一端和第七电容c7的另一端均接地。
66.其中，所述lorawan通讯芯片u5优选型号为lwt_v10，其通过lorawan_tx信号和lorawan_rx信号与控制器芯片u1以串口协议进行通讯，无线频率范围为470-510mhz。具体为：发射时，控制器芯片u1将处理后的计量数据通过lorawan_tx信号加载at指令并传输给lorawan通讯芯片u5，输出ant信号通过lorawan天线ant_con上传给管理平台。接收数据时，管理平台下发lora或lorawan格式的数据指令，由lorawan天线ant_con接收，输出对应的ant信号、通过u5的控制芯片进行数据转换后，再将数据通过lorawan_rx信号发送给u1控制芯片。第十五电阻r15、第六电容c6和第七电容c7组成π型滤波来对lora信号(即对ant信号进行滤波后通过lorawan天线ant_con发送，将lorawan天线ant_con接收的信号滤波后转换为ant信号)进行阻抗匹配。
67.请一并参阅图6，所述lora模块320包括lora通讯芯片u6、第十六电阻r16、第八电容c8和第九电容c9；所述lora通讯芯片u6的ant脚连接第十六电阻r16的一端和第八电容c8的一端，lora通讯芯片u6的gnd脚接地，lora通讯芯片u6的vcc脚连接供电端；lora通讯芯片u6的rst脚、dio0脚、dio1脚、dio2脚、dio3脚、dio4脚、dio5脚、sck脚、miso脚、mosi脚、nss脚与控制器芯片u1的pc0脚、pa4/com4脚、pa5/com5脚、pa6/com6脚、pa7/com7脚、pb3脚、pb14脚、pd3/seg25/spi1_sck脚、pd4/seg26/spi1_miso脚、pd5/seg27/spi1_mosi脚、pd2/seg24/spi1_ssn脚一对一连接；第十六电阻r16的另一端连接第九电容c9的一端和lora天线(rf_con表示天线，在图6中以接口的形式体现)，第八电容c8的另一端和第九电容c9的另一端均接地。
68.在具体实施时，lora通讯芯片u6的rst脚、dio0脚、dio1脚、dio2脚、dio3脚、dio4脚、dio5脚、sck脚、miso脚、mosi脚和nss脚可分别通过一个电阻连接控制器芯片u1的对应引脚，这样控制芯片u1能够通过spi通讯接口(nss脚、mosi脚、miso脚和sck脚)与lora模块进行数据通讯，以此来控制lora通讯芯片的上发或接收功能；其中5个dio数字引脚(dio0脚～dio5脚)用来做功能脚映射，以此来辅助进行对lora芯片的功能控制或读取。rst脚为对lora芯片进行复位引脚，以此来控制对lora芯片的复位重启功能。lora通讯芯片u6的型号优选为ra-01，与控制器芯片u1通过spi通讯接口进行数据交换，对外无线网络频段支持430-510mhz，通过控制器芯片u1的软件处理来实现lora通讯芯片u6支持lora私有协议或lorawan公有协议。
69.lora通讯芯片u6作为中继功能使用时，若本数据采集器的网络信号较差，控制器芯片u1通过spi通讯接口或5个dio数字引脚控制lora通讯芯片u6改为lora中继功能，并将lora芯片的数据通过lora通讯芯片u6输出对应的rf_ant信号并通过lora天线发送给相邻的数据采集器，相邻的数据采集器的lora天线接收计量数据后，通过相邻的数据采集器的lora通讯芯片u6进行处理，并通过spi通讯引脚将数据反馈给控制芯片u1，以此实现u1获取计量仪表的计量数据的目的。其中，rf_nss为spi通讯接口的片选引脚，rf_mosi为spi通讯接口的数据获取引脚，rf_miso为数据的发送引脚，rf_sck为spi通讯接口的时钟引脚，由这4个引脚来构成完整的spi通讯接口。
70.请一并参阅图7，所述电源电路400包括电源控制芯片u7、热敏电阻rs、电感l、第一指示灯led1、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十电容c10、第十一电容c11、第十二电容
c12和第十三电容c13；所述电源控制芯片u7的vin脚输入电源电压pwr_in，电源控制芯片u7的iset脚通过第十七电阻r17接地，电源控制芯片u7的ts脚连接第十八电阻r18的一端和热敏电阻rs的一端，第十八电阻r18的另一端连接供电端，热敏电阻rs的另一端接地，电源控制芯片u7的stat脚连接第一指示灯led1的负极，第一指示灯led1的正极连接供电端，电源控制芯片u7的sw脚连接电感l1的一端和第十电容c10的一端，电源控制芯片u7的bs脚连接第十电容c10的另一端，电源控制芯片u7的vcc脚通过第十一电容c11连接电源控制芯片u7的gnd脚和地；电感l的另一端是供电端，连接电源控制芯片u7的bat脚、第十二电容c12的一端、第十三电容c13的一端和电池bat的正极；第十二电容c12的另一端、第十三电容c13的另一端和电池bat的负极均接地。
71.其中，所述电源控制芯片u7的型号优选为mt2011-p9，其支持4.0v～6.5v的直流电源输入，具有温度监测与过载输入输出保护功能，输出供电电压vcc为整个数据采集器供电。
72.当外接电源时，外部输入的电源电压pwr_in通过电源控制芯片u7、第十电容c10和电感l组成的buck降压电路，将电源电压pwr_in降至标准电压，即供电电压vcc，电感l的另一端即供电端，输出供电电压vcc。电源控制芯片u7的bat脚实时监测输出的供电电压vcc的电压值，iset脚监测输出电流，以此达到供电电压vcc部分的恒流输出；再通过c11、c12、c13对输出的供电电压vcc进行输出整流与滤波，使供电端上的供电电压vcc的电平维持在一个恒定且低纹波的恒定电流输出，输出的电流一方面对整个系统做电源供电，另一方面对电池bat进行恒流充电，当电池bat的电压达到电源控制芯片u7所限定的电压后，不再进行恒流充电改为恒压放电，同时电池不再进行充电。
73.当没有外接电源时，无电源电压pwr_in输入，电源控制芯片u7改为电池bat放电来维持供电电压vcc的恒定电平，此时由电池为整个系统供电。
74.第十七电阻r17是配置电阻，通过设置r17阻值大小来设定输出电流的最大值，当检测输出电流高于设定的最大值后，电源控制芯片u7停止恒流输出并改为恒压输出，以此来避免输出过流的情况。当温度升高时热敏电阻rs的阻值变大，当温度降低时热敏电阻rs的阻值变小，热敏电阻rs与第十八电阻r18形成串联电阻分压到ts脚，电源控制芯片u7通过监测ts脚上的电平电压来控制后端的供电电压的输出。当数据采集器内温度过高或电池温度过高时，可能会出现电池爆炸等风险，通过热敏电阻rs对环境温度的监测，即可避免因高温出现的不良状况。电源控制芯片u7控制第一指示灯led1在充电状态下闪烁，放电状态下常亮，在无输出情况下关闭。
75.优选地，所述电源电路400还包括第十九电阻r19、第二十电阻r20、第十四电容c14和第十五电容c15；所述第十九电阻r19与热敏电阻rs并联，第二十电阻r20连接在第一指示灯led1的正极与供电端之间，第十四电容c14的一端连接第十五电容c15的一端和电源控制芯片u7的vin脚，第十四电容c14的另一端和第十五电容c15的另一端均接地。
76.其中，第十九电阻r19用于与热敏电阻rs形成基准电压，第二十电阻r20用于限流以保护第一指示灯，第十四电容c14和第十五电容c15用于对输入的电源电压pwr_in进行滤波。
77.所述指示灯模块520的电路如图8所示，第二指示灯led2可采用绿色指示灯，用于辅助显示数据采集器各个功能的状态；例如：快速闪烁代表在搜寻无线网络，慢速闪烁代表
在联网激活状态，忽快忽慢代表在发送数据中等。
78.所述按键模块530的电路如图9所示，采用4个机械式的按键(s1～s4)，分别限定为设置按键、左选择按键、右选择按键和确认按键(可以设置按键s1为设置按键，也可设为其他，此处对其不做限定)；对应按键被按下时输出相应的按键信号(key1～key2)给控制器芯片u1，实现对应的按键功能。
79.基于上述的数据采集器，本实施例还提供一种计量系统，请一并参阅图10，其包括计量仪表、基于lorawan的数据采集器、lorawan网关和管理平台；所述数据采集器连接计量仪表和lorawan网关，lorawan网关连接管理平台；其中，数据采集器可采用红外、总线、拍照等方式连接计量仪表；数据采集器通过lora无线网络连接lorawan网关，lorawan网关通过无线或局域网网络与管理平台进行远程通信连接。
80.当计量仪表没有通讯功能时(其表盘上有窗口来显示计量数据)，数据采集器可通过拍摄模块130拍照方式拍摄计量仪表上显示的计量数据，之后可通过两种方式上发计量数据。一种是控制电路200对拍摄的图像进行处理，获取计量数据后直接上发，具体为：控制电路200对拍摄的图像进行图形解析，提取出相关的计量数据((如表号、用量等))，将解析后的计量数据通过lorawan模块310以lorawan协议的方式，上发至lorawan网关，lorawan网关再将相关计量数据上发至对应的管理平台。另一种是直接将图像上发，不对图像进行解析，具体为：控制电路200将拍摄模块130传输的图像数据直接打包，通过lorawan模块310上发至lorawan网关，lorawan网关将图像数据上发至管理平台后，由管理平台做相关的图像解析和数据提取。
81.当计量仪表有通讯功能时，可通过红外通讯模块110或总线采集模块120，按照cj/t188标准协议或私有协议的方式读取计量仪表的计量数据，传输给控制电路200进行解析后，通过lorawan模块310将计量数据上发至lorawan网关，再由lorawan网关将计量数据上发至管理平台。
82.当计量仪表有远传通讯功能时，若因信号问题，或其它技术故障导致计量数据无法可靠上传时，通过红外通讯模块110按照cj/t188协议标准，与计量仪表直接通讯，获取计量数据后传输给控制电路200进行解析，通过lorawan模块310将计量数据上发至lorawan网关，再由lorawan网关将计量数据上发至管理平台。
83.当数据采集器所处环境的lora信号不够稳定或较差时，数据采集器(作为发送端)获取到计量数据后，采用lora私有网络，通过lora模块320将计量数据发送相邻(即通信范围内距离最近)的数据采集器(作为接收端)。此时，相邻的数据采集器的lora模块接收计量数据并传输给控制电路，接收端的数据采集器的lorawan模块将计量数据上发至lorawan网关，再由lorawan网关将计量数据上发至管理平台，从而实现中继功能。
84.需要理解的是，图2至图9所示的各个电路图中，信号的箭头只用于表示此处是信号网络名，相同的信号网络名表示连接关系，不限定信号的传输方向(即该信号是输出还是输入)。
85.综上所述，本实用新型提供的基于lorawan的数据采集器及计量系统，包含了3种抄表方案(即通过rs485/m-bus、红外、拍照来获取计量数据)，能满足数据采集器的多功能应用场景使用需求，而现有技术只采用mbus/rs485的单种获取方式，无法做到多场景适配；支持lorawan与lora双重协议标准，完全满足户用计量仪表数据传输的技术条件要求，并且
无线通讯采用的是lora无线通讯，与传统的手持式采集器或固定式采集器对比，具有成本低、传输距离远、灵敏度高、易维护以及大容量的特点；采用lorawan协议的lora模块，其具有适配性好、可靠性高、传输效率好等优势，数据采集器既能作为发送端上报计量数据，又能在信号不良时作为接收端来实现中继转发功能；同时，以bms为核心的电源管理系统，具有直流直接供电与电池双重供电方式，保障了数据采集器的多元化应用场景。
86.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。