一种基于LoRa技术的多通道气体检漏装置
技术领域
本实用新型涉及一种基于LoRa技术的多通道气体检漏装置，属于管道气体检漏设备领域。
背景技术
传统的管道气体检漏设备都是手持式的，即由巡检工人手持设备，带上耳机，在需要检测的厂房、设备区域进行巡检，以发现相关设备的泄漏隐患。这种方式，需要大量的人员去巡检，故障发现率低，故障初期可能存在漏报，且故障上报很大的迟滞性，很多故障发现时泄漏已经很严重，对工厂企业造成巨大的损失。为了解决上述隐患，市场上出现了无线气体检漏设备，通常使用wifi或GPRS通讯技术进行数据传输，实时性较强，但是这种设备功耗大，需要市电供电或经常更换电池，且检测方向固定的单一方向，对工厂企业来说，安装部署成本高，需求数量多，维护也不方便。
实用新型内容
本实用新型提供了一种基于LoRa技术的多通道气体检漏装置，解决了现有无线气体检漏设备存在的上述问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种基于LoRa技术的多通道气体检漏装置，包括壳体、LoRa天线、控制电路、电池和若干检漏探头；控制电路设置在壳体内，LoRa天线和所有检漏探头均设置在壳体表面，并且均连接控制电路，各检漏探头朝向不同的方向，电池连接控制电路，为各用电部件供电。
壳体表面设置有SMA连接器，LoRa天线与SMA连接器插接，并通过SMA连接器连接控制电路。
各检漏探头分别位于不同的壳体侧面上。
控制电路包括DCDC电路、滤波采样电路和LoRa通讯电路，DCDC电路的输入端连接电池，DCDC电路的输出端为滤波采样电路和LoRa通讯电路供电，滤波采样电路的输入端连接检漏探头，滤波采样电路的输出端连接LoRa通讯电路的输入端，LoRa通讯电路的输出端连接LoRa天线。
DCDC电路包括稳压管D1、输入滤波电容C1、输入滤波电容C2、DCDC转换芯片U1、输出储能电感L1、分压电阻R1、分压电阻R2、输出滤波电容C3和输出滤波电容C4；
稳压管D1的负极、输入滤波电容C1的一端、输入滤波电容C2的一端、DCDC转换芯片U1的VIN端和EN端均连接电池正极，稳压管D1的正极、输入滤波电容C1的另一端、输入滤波电容C2的另一端、DCDC转换芯片U1的GND1端和GND2端均接地，DCDC转换芯片U1的VOUT端分别连接分压电阻R1的一端和分压电阻R2的一端，分压电阻R2的另一端接地，分压电阻R1的另一端作为DCDC电路的输出端，DCDC转换芯片U1的SW端通过输出储能电感L1连接DCDC电路的输出端，输出滤波电容C3的两端分别与DCDC电路的输出端和地连接，输出滤波电容C4的两端分别与DCDC电路的输出端和地连接。
滤波采样电路包括MCU和若干滤波放大电路，每个滤波放大电路的输入端连接一检漏探头，滤波放大电路的电源端连接DCDC电路输出端，滤波放大电路的输出端连接MCU的输入端，MCU的输出端作为滤波采样电路的输出端连接LoRa通讯电路，MCU的电源端连接DCDC电路输出端。
滤波放大电路包括信号滤波电容C6、信号滤波电容C7、滤波电阻R3、滤波电阻R4和运算放大器U2；
运算放大器U2的电源端连接DCDC电路输出端，运算放大器U2的正输入端连接检漏探头，信号滤波电容C6的一端接地，信号滤波电容C6的另一端通过滤波电阻R3与运算放大器U2的负输入端连接，运算放大器U2的输出端连接MCU的输入端，滤波电阻R4的两端分别连接运算放大器U2的输出端和负输入端，信号滤波电容C7的两端分别连接运算放大器U2的输出端和负输入端。
LoRa通讯电路包括收发芯片U3、时钟电路、L型滤波电路、T型滤波电路、π型滤波电路、LoRa滤波电容C25和收发切换开关U4；
收发芯片U3的输入端连接滤波采样电路的输出端，收发芯片U3的电源端连接DCDC电路输出端，收发芯片U3的输出端分别连接L型滤波电路和T型滤波电路的输入端，L型滤波电路的输出端连接收发切换开关U4的输入端，T型滤波电路的输出端连接π型滤波电路的输入端，π型滤波电路的输出端连接收发切换开关U4的输入端，收发切换开关U4的输出端与LoRa滤波电容C25的一端连接，LoRa滤波电容C25的另一端为LoRa通讯电路的输出端，时钟电路为收发芯片U3提供时钟基准。
L型滤波电路包括LoRa滤波电感L2和LoRa滤波电容C20，LoRa滤波电容C20的一端分别与LoRa滤波电感L2的一端以及收发芯片U3的输出端连接，LoRa滤波电感L2的另一端接地，LoRa滤波电容C20的另一端连接收发切换开关U4的输入端；
T型滤波电路包括LoRa滤波电感L3、LoRa滤波电容C21和LoRa滤波电容C22，LoRa滤波电感L3的一端连接收发芯片U3的输出端连接，LoRa滤波电感L3的另一端分别连接LoRa滤波电容C21的一端和LoRa滤波电容C22的一端，LoRa滤波电容C21的另一端接地，LoRa滤波电容C22的另一端连接π型滤波电路的输入端；
π型滤波电路包括LoRa滤波电感L4、LoRa滤波电容C23、LoRa滤波电容C24，LoRa滤波电感L4的一端分别连接T型滤波电路的输出端、LoRa滤波电容C23的一端和T型滤波电路的输出端，LoRa滤波电容C23的另一端接地，LoRa滤波电感L4的另一端分别连接发切换开关U4的输入端和LoRa滤波电容C24的一端，LoRa滤波电容C24的另一端接地。
本实用新型所达到的有益效果：1、本实用新型采用LoRa通讯技术，功耗非常低，通过电池供电可实现满足3年以上的使用寿命，同时各检漏探头朝向不同的方向，实现不同方向的气体检测，减少了装置安装数量，节约了工厂企业的生产成本；2、本实用新型的DCDC电路，采用静态功耗低、转换效率高的DCDC芯片，最大程度减少了电池电量损失；滤波采样电路，选用超低功耗运算放大器芯片和MCU芯片，具有高通滤波和低通滤波功能，减少了环境干扰产生的误报，且高通滤波、低通滤波和信号放大共用一颗运算放大器，节约了电池电量；LoRa通讯电路，接收和发射端设计有多重滤波，减少了空间杂讯的干扰，提高了无线通讯的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的结构图；
图2为本实用新型的电路结构框图；
图3为DCDC电路图；
图4为滤波采样电路图；
图5为LoRa通讯电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，一种基于LoRa技术的多通道气体检漏装置，包括壳体2、LoRa天线3、控制电路6、SMA连接器4、电池5和若干检漏探头1。控制电路6设置在壳体2内，所有检漏探头1均设置在壳体2表面，并且均连接控制电路6，各检漏探头1朝向不同的方向，一般各检漏探头1分别位于不同的壳体2侧面上，SMA连接器4设置在壳体2表面，LoRa天线3与SMA连接器4插接，SMA连接器4连接控制电路6，电池5连接控制电路6，为各用电部件供电。
检漏探头1用于将气体管道的泄漏信号转换为电信号，并将电信号传输给控制电路6进行处理，LoRa天线3为黑色小玻璃钢天线，支持的频段为470MHz～510MHz，LoRa天线3增益为0dB。检漏探头1一般设置三个，一个位于壳体2的左侧面，一个位于正侧面，最后一个位于右侧面，壳体2后侧面用于固定。
如图2所示，控制电路6包括DCDC电路、滤波采样电路和LoRa通讯电路。DCDC电路的输入端连接电池5，DCDC电路的输出端为滤波采样电路和LoRa通讯电路供电，滤波采样电路的输入端连接检漏探头1，滤波采样电路的输出端连接LoRa通讯电路的输入端，LoRa通讯电路的输出端连接LoRa天线3。
DCDC电路将电池5的电压转换为滤波采样电路和LoRa通讯电路所需电压，具体结构如图3所示，DCDC电路包括稳压管D1、输入滤波电容C1、输入滤波电容C2、DCDC转换芯片U1、输出储能电感L1、分压电阻R1、分压电阻R2、输出滤波电容C3和输出滤波电容C4。
稳压管D1的负极、输入滤波电容C1的一端、输入滤波电容C2的一端、DCDC转换芯片U1的VIN端和EN端均连接电池5正极，稳压管D1的正极、输入滤波电容C1的另一端、输入滤波电容C2的另一端、DCDC转换芯片U1的GND1端和GND2端均接地，稳压管D1用于吸收VIN端的电压脉冲，保护DCDC转换芯片U1，输入滤波电容C1和输入滤波电容C2用于滤除输入电源上的干扰，DCDC转换芯片U1的VOUT端分别连接分压电阻R1的一端和分压电阻R2的一端，分压电阻R2的另一端接地，分压电阻R1的另一端作为DCDC电路的输出端，DCDC转换芯片U1的SW端通过输出储能电感L1连接DCDC电路的输出端，输出储能电感L1用于储存DCDC转换芯片U1内部开关打开时的能量，输出滤波电容C3的两端分别与DCDC电路的输出端和地连接，输出滤波电容C4的两端分别与DCDC电路的输出端和地连接，输出滤波电容C3和输出滤波电容C4用于平滑滤波，使DCDC电路的输出电压稳定。
滤波采样电路接收检漏探头1的电信号，对其进行滤波放大、采样计算，比昂将计算结果传输给LoRa通讯电路，具体结构如图4所示，滤波采样电路包括MCU和若干滤波放大电路，每个滤波放大电路的输入端连接一检漏探头1，如图1中有三个检漏探头1，那么这里就有三个滤波放大电路，滤波放大电路的电源端连接DCDC电路输出端，滤波放大电路的输出端连接MCU的输入端，MCU的输出端(即P01端、P02端、P23端、P24端)作为滤波采样电路的输出端连接LoRa通讯电路，MCU的电源端连接DCDC电路输出端。
滤波放大电路包括电源滤波电容C5、信号滤波电容C6、信号滤波电容C7、滤波电阻R3、滤波电阻R4和运算放大器U2。运算放大器U2的电源端连接DCDC电路输出端，电源滤波电容C5的两端分别连接运算放大器U2的电源端和地，运算放大器U2的正输入端连接检漏探头1，信号滤波电容C6的一端接地，信号滤波电容C6的另一端通过滤波电阻R3与运算放大器U2的负输入端连接，运算放大器U2的输出端连接MCU的输入端，滤波电阻R4的两端分别连接运算放大器U2的输出端和负输入端，信号滤波电容C7的两端分别连接运算放大器U2的输出端和负输入端。
滤波放大电路中滤波电阻R3和信号滤波电容C6组成高通滤波器，滤波电阻R4和信号滤波电容C7组成低通滤波器，同时滤波电阻R3和滤波电阻R4为信号放大电路，放大倍数为R4/R3。检漏探头的输入信号，经过滤波放大电路后，接入MCU的输入端(pin P32)进行采样计算。
图4中滤波放大电路的电路和工作过程均相同，其输出端分别连接MCU的pin P32、P35、P36，MCU外接的电容C8、C9、C10和C11均是电源滤波电容。
LoRa通讯电路接收滤波放大电路的采样计算结果，并将其转换成无线电磁波，通过LoRa天线3发出，具体结果如图5所示，LoRa通讯电路包括收发芯片U3、时钟电路、L型滤波电路、T型滤波电路、π型滤波电路、LoRa滤波电容C25和收发切换开关U4。
收发芯片U3的输入端(即SCK端、MOSI端、MISO端、NSS端)连接滤波采样电路的输出端，收发芯片U3的电源端连接DCDC电路输出端，收发芯片U3的输出端分别连接L型滤波电路和T型滤波电路的输入端，L型滤波电路的输出端连接收发切换开关U4的输入端，T型滤波电路的输出端连接π型滤波电路的输入端，π型滤波电路的输出端连接收发切换开关U4的输入端，收发切换开关U4的输出端与LoRa滤波电容C25的一端连接，LoRa滤波电容C25的另一端为LoRa通讯电路的输出端，即连接SMA连接器4(图中X5)，时钟电路为收发芯片U3提供调制解调所需的时钟基准。
图5中，电容C12、C13、C14、C15、C16、C17均为电源滤波电容。
时钟电路包括晶体G1、晶体匹配电容C18和晶体匹配电容C19，晶体匹配电容C18的一端分别与地和晶体G1的GND4端连接，晶体匹配电容C18的另一端分别与收发芯片U3的XTB端和晶体G1的XTAL_IO1端连接，晶体匹配电容C19的一端分别与地和晶体G1的GND2端连接，晶体匹配电容C19的另一端分别与收发芯片U3的XTA端和晶体G1的XTAL_IO3端连接。
收发芯片U3通过SPI通信协议与MCU通讯，将MCU的计算结果，调制成无线LoRa协议格式的无线电磁波。
L型滤波电路包括LoRa滤波电感L2和LoRa滤波电容C20，LoRa滤波电容C20的一端分别与LoRa滤波电感L2的一端以及收发芯片U3的输出端连接，LoRa滤波电感L2的另一端接地，LoRa滤波电容C20的另一端连接收发切换开关U4的输入端。
T型滤波电路包括LoRa滤波电感L3、LoRa滤波电容C21和LoRa滤波电容C22，LoRa滤波电感L3的一端连接收发芯片U3的输出端连接，LoRa滤波电感L3的另一端分别连接LoRa滤波电容C21的一端和LoRa滤波电容C22的一端，LoRa滤波电容C21的另一端接地，LoRa滤波电容C22的另一端连接π型滤波电路的输入端。
π型滤波电路包括LoRa滤波电感L4、LoRa滤波电容C23、LoRa滤波电容C24，LoRa滤波电感L4的一端分别连接T型滤波电路的输出端、LoRa滤波电容C23的一端和T型滤波电路的输出端，LoRa滤波电容C23的另一端接地，LoRa滤波电感L4的另一端分别连接发切换开关U4的输入端和LoRa滤波电容C24的一端，LoRa滤波电容C24的另一端接地。
上述装置采用LoRa通讯技术，功耗非常低，通过电池5供电可实现满足3年以上的使用寿命，同时各检漏探头1朝向不同的方向，实现不同方向的气体检测，减少了装置按照数量，节约了工厂企业的生产成本。上述装置的DCDC电路，采用静态功耗低、转换效率高的DCDC芯片，最大程度减少了电池电量损失；滤波采样电路，选用超低功耗运算放大器芯片和MCU芯片，具有高通滤波和低通滤波功能，减少了环境干扰产生的误报，且高通滤波、低通滤波和信号放大共用一颗运算放大器，节约了电池电量；LoRa通讯电路，接收和发射端设计有多重滤波，减少了空间杂讯的干扰，提高了无线通讯的可靠性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
