CN109374075A - 矩阵式NB-IoT远传智能水表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矩阵式NB‑IoT远传智能水表，其主要特点是：包括一台控制器、多个基表及安装在每个基表上的流量传感器，控制器包括主控芯片、流量采集模块、NB‑IoT通讯模块、电源管理模块、实时时钟模块；流量采集模块与每个基表上的流量传感器相连接，主控芯片通过流量传感器采集每个基表的流量信息；主控芯片通过NB‑IoT通讯模块实现数据远传功能；所述主控芯片控制电源管理模块为NB‑IoT通讯模块供电，所述主控芯片通过实时时钟模块实现实时时钟功能。本发明采用一个主控芯片挂载多块水表基表的结构，实现同时对多个基表进行机电转换以及数据采集记录功能，可以极大降低材料成本，也不会降低水表的使用性能，可广泛用于水表改造工程。

Description

矩阵式NB-IoT远传智能水表
技术领域
本发明属于智能水表技术领域，尤其是一种矩阵式NB-IoT远传智能水表。
背景技术
随着NB-IoT通信技术的推广应用，采用NB-IoT通信技术的智能水表应运而生。现有的NB-IoT智能水表均为NB-IoT远传智能独立式水表，其通常由智能控制模块搭配一块基表连接构成。其具有以下优点：(1)NB-IoT远传智能独立式水表采用NB-IoT通讯技术来达到低功耗、强链接、高覆盖、高精准无线数据传输功能，相比GPRS水表具有低功耗、寿命长的特点；(2)智控模块负责基表的机电转换并采集用水信息，以NB-IoT形式来实现与云端平台数据交互，通过按键或者卡片形式实现人机交互功能，从而实现用户用水信息采集、表端数据抄收、水表的控制以及用户缴费等功能。
虽然NB-IoT远传智能独立式水表具有以上优点，但是，现有的NB-IoT智能水表普遍存在以下一些问题：(1)由于NB-IoT远传智能独立式水表都需要搭配智能控制模块和基表，因此水表成本高昂；(2)由于NB-IoT远传智能独立式水表每块表都需要NB-IoT的通信费用，因此通信资费高；(3)NB-IoT远传智能独立式水表锂电池的使用寿命一般在6年到8年之间，锂电池使用寿命相对较短；(4)由于NB-IoT远传智能独立式水表均由一个智能控制模块搭配一块基表组成，因此故障量高，同时智能控制模块密封在基表壳体内的，一旦有智能控制模块故障或基表故障，则需要一起更换，这样造成维护成本高。
综上所述，现有NB-IoT智能水表存在的设备成本、运行成本、维护成本以及电池寿命等问题，NB-IoT远传智能独立式水表还难以得到大规模的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设性能稳定、成本低廉且易于维护的矩阵式NB-IoT远传智能水表。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种矩阵式NB-IoT远传智能水表，包括一台控制器、多个基表及安装在每个基表上的流量传感器，所述控制器包括主控芯片、流量采集模块、NB-IoT通讯模块、电源管理模块、实时时钟模块；所述流量采集模块与每个基表上的流量传感器相连接，所述主控芯片通过流量传感器采集每个基表的流量信息；所述主控芯片通过NB-IoT通讯模块实现数据远传功能；所述主控芯片控制电源管理模块为NB-IoT通讯模块供电，所述主控芯片通过实时时钟模块实现实时时钟功能。
所述主控芯片还连接有人机交互模块实现人机交互功能。
所述主控芯片还连接有显示模块实现信息显示功能。
所述主控芯片还连接有存储模块实现数据的存取功能。
所述流量传感器采用干簧管并安装在基表上进行流量检测。
所述电源管理模块包括锂电池及升压电路，该升压电路采用FP6717芯片。
所述主控芯片采用PIC16LF1947芯片，所述NB-IoT通讯模块采用BC95_B5模块，所述实时时钟模块采用PCF8563芯片。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用一个主控芯片挂载多块水表基表的结构，实现同时对多个基表进行机电转换以及数据采集记录功能，并且实现数据上传功能。
2、本发明与NB-IoT远传智能独立式水表相比，可以极大降低材料成本，将智控模块的成本分摊到多个水表上去，并且不会降低水表的使用性能，并且由于成本低廉可以极大的降低更换NB-IoT远传智能水表的改造成本。
3、本发明通过一个主控芯片多挂载水表基表，NB-IoT通信资费被均摊到多个基表中，因此，本发明在通信资费上比NB-IoT远传智能独立式水表有着显著的优势。
4、本发明与NB-IoT远传智能独立式水表相比，减少了几个智能控制模块，因此降低了运行中出故障的智能控制模块数量，同时减少了维护量，并且由于是水表基表和智控模块是分体式的，所以当水表基表故障时可以直接更换基表，并对智能控制模块进行少量的设置从而完成维修操作；当智控模块出故障时，则直接更换智控模块而不用更换基表，这使得维护费用也大大降低。
5、本发明采用多个基表使用一块锂电池的形式，因此，可以配备容量更大的ER34615的锂电池，这使得本发明的锂电池使用寿命可以达到10年以上。
6、本发明可应用于集中安装的水表场景，由于住宅楼绝大部分都带有管井，水表都集中在管井内安装，因此这种场景将非常适用于本发明的安装与应用。
附图说明
图1为本发明的控制器电路方框图；
图2为主控芯片的电路图；
图3是NB-IoT通讯模块的电路图；
图4是电源管理模块的电路图；
图5是时钟模块的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种矩阵式NB-IoT远传智能水表，如图1所示，包括一台控制器、多个基表及安装在每个基表上的流量传感器(本实施例采用干簧管)，所述控制器包括主控芯片、流量采集模块、NB-IoT通讯模块、电源管理模块、实时时钟模块、液晶显示模块、人机交互模块和存储模块；所述主控芯片与流量采集模块、NB-IoT通讯模块、电源管理模块、实时时钟模块、液晶显示模块、人机交互模块和存储模块相连接。下面对控制器中的各个部分分别进行说明：
如图2所示，主控芯片采用美国MICROCHIP的PIC16LF1947作为主控芯片，实现整个矩阵式NB-IoT远传智能水表的监测以及控制功能。其通过流量采集模块实现同时对多个水表基表的流量进行机电转换以及采集和记录的工作，主控芯片控制电源管理模块的输出通断以及与NB-IoT通讯模块的通信实现与云平台数据的交互，主控芯片通过实时时钟模块(PCF8563芯片)实现实时时钟功能，并且根据时钟定时与云平台交互数据，主控芯片通过对人机交互模块(按键电路)的检测实现人机交互功能，并在有效按键后实时与云平台交互数据。主控芯片通过显示模块进行信息显示功能。主控芯片通过存储模块进行数据的存取功能。
如图3所示，NB-IoT通讯模块采用移远公司的BC95_B5模块实现物联网的传输，根据移远公司提供的设计规范设计电路形式，通过BC95_B5模块可以连接基站，实现矩阵式NB-IoT远传智能水表通过物联网与云平台的数据通信。
如图4所示，电源管理模块采用锂电池供电并通过升压电路为NB-IoT通讯模块供电，该升压电路采用FP6717芯片并在主控芯片的控制下为NB-IoT通讯模块供电。其通过VI管脚和LX管脚搭建外围的LC震荡电路实现电压升压的操作，并且通过FB管脚的外为电阻选定出FP6717的输出电压，芯片的输入电压为3.6V输出电压为4.2V同时可以提供3A的大电流输出，实现电压升压及大电流驱动功能，以此确保BC95_B5模块的供电。
如图5所示，所述实时时钟模块用于定时与云平台进行NB-IoT的通信，该模块采用实时时钟PCF8563，其通过外部晶振32.768K的震荡作为时基，在SCL管脚和SDA管脚加上上拉电阻提高驱动能力和抗干扰能力，并通过这两个管脚与主控芯片通信。
流量采集模块：流量采集模块通过对基表上干簧管的通断检测，来实现检测用水情况，流量采集模块将每块基表的流量信息传给主控芯片。
液晶显示模块及存储模块采用常规的模块分别用于信息显示以及数据存储。
本发明的工作过程为：
(1)主控芯片PIC16LF1947根据程序设定，实现每三秒对所挂多个基表检测流量采样情况，若检测出有用量的产生则会记录在主控芯片的存储器内，当采集的用量累计的到一定值得时候会通过NB-IoT传输给云平台实现实时监控，并且云平台会根据传回的表信息将相应的表最新操作命令下传给主控芯片。
(2)BC95-B5模块的联网流程为先对模块进行供电，待电平稳定后操作模块寻找基站，连接基站成功后申请NB-IoT的网络服务，连接指定的平台地址，连接完成后通过物联网进行水表数据的交互。
(3)主控芯片在需要联网时操作FP6717芯片的EN管脚为高电平实现BC95-B5模块供电，当不需要联网的时候则将EN关键设置为低电平，断掉BC95-B5模块的供电，并将FP6717操作为掉电模式，降低整体的功耗。
(4)芯片P8563时钟芯片通过物联网进行校时这样可以确保时钟的准确性。主控芯片可以根据时钟来进行定时与云平台进行NB_IoT的数据通信。
(5)当主控芯片与云平台数据交互的时候，主控芯片在上传云平台数据后，云平台可以对主控芯片进行不同的表的表号、水量等信息进行设置。
(6)当主控芯片在与云平台数据交互后，或者主控芯片检测到有效用水后，都会在液晶上显示对应基表的相关信息。
(7)当用户通过按键操作矩阵式NB-IoT远传智能水表时，主控芯片会检测其操作的有效性，若有效的情况下会实时进行与云平台数据的交互工作。
(8)主控芯片会实时检测锂电池的使用情况，并且会上报给云平台实际的电池电压值，当主控芯片判定锂电池电量达到预警值时，会主动上报锂电池低压信息通知给云平台，以便于锂电池的更换，确保矩阵式NB-IoT远传智能水表的正常工作。
本发明未述及之处适用于现有技术。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种矩阵式NB-IoT远传智能水表，其特征在于：包括一台控制器、多个基表及安装在每个基表上的流量传感器，所述控制器包括主控芯片、流量采集模块、NB-IoT通讯模块、电源管理模块、实时时钟模块；所述流量采集模块与每个基表上的流量传感器相连接，所述主控芯片通过流量传感器采集每个基表的流量信息；所述主控芯片通过NB-IoT通讯模块实现数据远传功能；所述主控芯片控制电源管理模块为NB-IoT通讯模块供电，所述主控芯片通过实时时钟模块实现实时时钟功能。
2.根据权利要求1所述矩阵式NB-IoT远传智能水表，其特征在于：所述主控芯片还连接有人机交互模块实现人机交互功能。
3.根据权利要求1所述矩阵式NB-IoT远传智能水表，其特征在于：所述主控芯片还连接有显示模块实现信息显示功能。
4.根据权利要求1所述矩阵式NB-IoT远传智能水表，其特征在于：所述主控芯片还连接有存储模块实现数据的存取功能。
5.根据权利要求1至4任一项所述矩阵式NB-IoT远传智能水表，其特征在于：所述流量传感器采用干簧管并安装在基表上进行流量检测。
6.根据权利要求1至4所述矩阵式NB-IoT远传智能水表，其特征在于：所述电源管理模块包括锂电池及升压电路，该升压电路采用FP6717芯片。
7.根据权利要求1至4任一项所述矩阵式NB-IoT远传智能水表，其特征在于：所述主控芯片采用PIC16LF1947芯片，所述NB-IoT通讯模块采用BC95_B5模块，所述实时时钟模块采用PCF8563芯片。
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