Счетчик газа с функцией дистанционного контроля на базе технологии LoRa

Полезная модель относится к приборам учета расхода газа и может использоваться в автоматизированных системах дистанционного контроля и учета потребления газа.
Известен счетчик газа (патент RU 2337323, опубл. 27.10.2008 г., МПК G01F 1/20), содержащий корпус с помещенными в него последовательно соединенными генератором колебаний со струйными дискретными элементами и первым пьезопреобразователем, а также второй пьезопреобразователь, расположенный на корпусе, последовательно соединенные дифференциальный усилитель, компаратор, вычислительный блок, жидкокристаллический индикатор. Прямой вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого пьезопреобразователя, инверсный вход дифференциального усилителя соединен с выходом второго пьезопреобразователя. Недостатком счетчика газа является отсутствие возможности дистанционной передачи показаний счетчика.
Известен блок электронный счетчика газа (патент RU 126823, опубл. 10.04.2013 г., МПК G01F 1/00), включающий шину входного сигнала, усилитель, компаратор, вычислительный блок, жидкокристаллический индикатор, электроконтактный блок связи с системой поверки, оптоэлектронный блок связи с внешним контролирующим устройством, датчик температуры, источник питания гальванического типа. Вычислительный блок, блок коррекции характеристики преобразования, таймер, блок преобразования сигнала от датчика температуры конструктивно объединены в единый вычислительный блок, выполненный с использованием одного микропроцессора. Вход усилителя соединен с шиной входного электрического синусоидального сигнала, выход усилителя соединен со входом компаратора, выход компаратора соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход вычислительного блока соединен с выходом датчика температуры, первый выход вычислительного блока соединен со входом жидкокристаллического индикатора, второй выход вычислительного блока соединен с входом электроконтактного блока связи с системой поверки, третий выход вычислительного блока соединен с входом оптоэлектронного блока связи с внешним контролирующим устройством, причем положительные и отрицательные шины питания усилителя, компаратора, вычислительного блока, жидкокристаллического индикатора, датчика температуры, соединены соответственно с положительными и отрицательными выводами источника питания гальванического типа. Недостатком аналога является отсутствие возможности дистанционной передачи показаний счетчика.
Известен счетчик газа (RU 2488780, МПК G01F 1/20, опубл. 27.07.2012 г.), принятый за прототип, содержащий размещенные в корпусе струйный генератор колебаний и связанный с ним первый пьезопреобразователь, выход которого подключен к каналу обработки сигнала, состоящему из последовательно соединенных усилителя, компаратора и вычислительного устройства, снабженного жидкокристаллическим индикатором. На внешней поверхности корпуса счетчика установлен второй пьезопреобразователь, подключенный ко второму каналу обработки сигнала, состоящему из последовательно связанных второго усилителя и второго компаратора, выход которого соединен с входом вычислительного устройства на базе микропроцессора, осуществляющего программную оценку входных сигналов и вычисления их взаимной корреляции. Недостатком прототипа является отсутствие возможности дистанционной передачи показаний счетчика.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в обеспечении возможности дистанционной передачи показаний счетчика при низком энергопотреблении в условиях плотной городской застройки.
Для достижения указанного технического результата счетчик газа с функцией дистанционного контроля на базе технологии LoRa, содержащий корпус, размещенные в корпусе струйный генератор и пьезопреобразователь, последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор и микропроцессор, выход которого связан с жидкокристаллическим индикатором, дополнительно содержит модем LoRa с антенной, при этом пьезопреобразователь выполнен встроенным в струйный генератор, микропроцессор включает частотомер, вычислитель объемного расхода и модуль обработки протокола LoRaWAN. При этом выход компаратора соединен со входом частотомера, выход которого соединен с вычислителем объемного расхода, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входами жидкокристаллического индикатора и модуля обработки протокола LoRaWAN, второй вход и выход которого соединены с выходом и входом модема LoRa соответственно.
Полезная модель поясняется фигурой, на которой представлена структурная схема заявляемого счетчика газа.
Счетчик газа с функцией дистанционного контроля на базе технологии LoRa содержит размещенный в корпусе 1 струйный генератор 2 колебаний со встроенным пьезопреобразователем 3, последовательно соединенные приемный усилитель 4, компаратор 5, микропроцессор 6, выходы которого соединены со входами жидкокристаллического индикатора 7 и модема LoRa 8 с антенной. Микропроцессор 6 включает частотомер 9, вычислитель объемного расхода 10 и модуль обработки 11 протокола LoRaWAN (протокол управления доступом к среде, MAC - уровень). Выход струйного генератора 2 соединен со входом приемного усилителя 4. Компаратор 5, частотомер 9, вычислитель объемного расхода 10 и жидкокристаллический индикатор 7 соединены последовательно. Первый вход модуля обработки 11 протокола LoRaWAN соединен со вторым выходом вычислителя объемного расхода 10. Второй вход и выход модуля обработки 11 протокола LoRaWAN соединены с выходом и входом модема LoRa 8 соответственно.
Счетчик газа работает следующим образом.
Газ, проходя через корпус 1, воздействует на струйный генератор 2. Колебания струи газа, генерируемые струйным генератором 2, воздействуют на встроенный в него пьезопреобразователь 3, который, воспринимая пульсации давления, вырабатывает выходной электрический сигнал с частотой, пропорциональной величине расхода газа. Этот сигнал усиливается приемным усилителем 4 и преобразуется компаратором 5 в сигналы, пригодные для цифровой обработки микропроцессором 6. В микропроцессоре 6 сигнал попадает в частотомер 9, в котором измеряется его частота. Далее в вычислителе объемного расхода 10 частота преобразуется в показания расхода газа, которые направляются на жидкокристаллический индикатор 7 и в модуль обработки 11 протокола LoRaWAN. Модуль обработки 11 протокола LoRaWAN упаковывает информацию о расходе газа в пакеты протокола LoRaWAN и отправляет их в модем LoRa 8. Модем LoRa 8 через антенну передает пакеты по радиоканалу на базовую станцию. В случае успешного приема пакета базовая станция передает пакет подтверждения приема, который принимается через антенну модемом LoRa 8 и направляется в модуль обработки 11 протокола LoRaWAN микропроцессора 6. В случае потери пакета протокола LoRaWAN модуль обработки 11 протокола LoRaWAN осуществляет повторную передачу.
Информация о расходе газа представляет собой небольшие пакеты данных, поэтому их передача может осуществляться на низкой скорости передачи данных, тем самым обеспечивая экономичное энергопотребление. Кроме того низкое энергопотребление обеспечено тем, что модем LoRa 8 работает в режиме передачи краткие промежутки времени, после которых открывается временное окно на прием данных, остальное время модем LoRa 8 находится в спящем состоянии.
Использование модема LoRa 8 обеспечивает стабильное функционирование в условиях плотной городской застройки, при воздействии сильных интерференционных помех от субгигагерцовых сигналов оборудования стандартов 4G/LTE, также обеспечивает возможность дистанционной передачи данных при низком энергопотреблении.