CN109470327A - 一种带有智能超声波燃气表专用引脚的NB-IoT模组 - Google Patents
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Abstract
智能超声波燃气表功能与NB‑IoT调制解调器功能集成在同一个模组内，实现了对智能超声波燃气表的计量，通讯控制，电池低电压检测，红外通讯，NB‑IoT无线通讯等功能，提升了物联网燃气表的无线通讯性能。本发明具有原理清晰，使用方便，功耗低，体积小，可靠性较高等优点，大大加快了NB‑IoT在智能超声波燃气表中的应用，对于智能超声波燃气表领域都具有较强的实用意义。釆用该方案构成的智能超声波燃气表无需智能超声波燃气表的主控板，无需外附其他控制模块，将需求功能与超声波燃气表计量模块接口相连，电压检测器连接至对应引脚，红外发收电路直接或间接通过切换开关与通讯接口相连，就可实现智能超声波燃气表全部功能，并且能够完成NB‑IoT通讯功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种Nb模组，特别是涉及一种带有智能超声波燃气表专用引脚的NB-IoT模组。
背景技术
NB-IoT的研究与标准化是根据3GPP标准组织进行的，于2017年推出商用模组。NB-IoT技术非常适用于终端数量众多、终端节能要求高、收发小数据为主的无线智能超声波燃气表。现有的NB-IoT模组用于智能超声波燃气表的使用方法是：将Nb模组做低功耗广域网的通讯部件，由Nb模组的异步串行接口与智能超声波燃气表主控板的异步串行接口相联，智能超声波燃气表主控板通过串口通讯的方式从超声波燃气表计量模块获得计量数据，并且将数据加密，按照通讯协议打成数据包；在Nb模组AT指令的支持下，智能超声波燃气表主控板将燃气表数据通过Nb通讯模组发出。超声波计量采用时差法原理，即通过超声波换能器测得超声波在介质中的上下游飞行时间，经过公式运算得到气体的流速值，流速值与气道截面积的乘积得到气体的流量值，然后通过时间的积分得到燃气的累计气量值；如前所述智能超声波燃气表主控板的通讯接口与Nb模组通讯接口相联，通过智能超声波燃气表主控板的通讯程序与NB模组交互AT指令，将燃气用量等相关数据通过NB模组以无线信息的形式发送出去，实现物联网数据传输。但是这种NB通讯技术的使用方法与2G网时使用的GPRS通讯模组的方法一样，所以将其应用于智能超声波燃气表时，需要在智能超声波燃气表控制板上附加NB-IoT通讯模组，带来高成本、结构复杂、功耗大，开发周期长等问题,且现有的NB-IOT模组无超声波燃气表专用引脚，为解决上述问题，需要提供一种将智能超声波燃气表功能与NB-IoT通讯功能集成在一起的一种带有智能超声波燃气表专用引脚的NB-IoT模组。
发明内容
本发明目的在于提供将智能超声波燃气表计量功能、电池电压检测功能、红外通讯功能与NB-IoT调制解调芯片通讯功能集成在一个芯片的一种带有智能超声波燃气表专用引脚的NB-IoT模组。一种带有智能超声波燃气表专用引脚的NB-IoT模组，具有一组超声波燃气表表计量用串口通讯引脚；一个电压检测引脚；一组红外通讯用串口引脚。
本发明的特征在于由NB模组内NB芯片MCU的ARM中嵌入的智能超声波燃气表串口通讯及数据处理程序和一组I/O接口构成与计量模块通讯接口，这个接口做为智能超声波燃气表NB模组的一组超声波燃气表引脚与计量模块的通讯接口相联，实现超声波燃气表的时差数据采集，构成计量通讯引脚；
本发明的特征在于NB模组内NB芯片MCU的ARM中嵌入的电池电压检测程序，和一个I/O接口构成电压检测接口，与电压检测器相联，实现电压检测功能，该接口构成智能超声波燃气表Nb模组的电压检测引脚；
本发明的特征在于Nb模组Nb芯片MCU的ARM，嵌入的智能超声波燃气表串口通讯及数据处理程序，和一组I/O接口，用于智能Nb超声波燃气表与红外设备进行数据通讯，实现燃气表内数据的采集及参数设置功能，构成了智能超声波燃气表Nb模组的红外通讯引脚。
釆用该方案构成的智能超声波燃气表无需智能超声波燃气表的主控板，无需外附其他控制模块，将需求功能与超声波燃气表计量模块接口相连，电压检测器连接至对应引脚，红外发收电路直接或间接通过切换开关与通讯接口相连，就可实现智能超声波燃气表全部功能，并且能够完成NB-IoT通讯功能；
模组上电后,首先配置系统时钟，之后初始化NB-IoT调制解调器芯片、初始化计量模块串口通讯功能引脚并设置通讯波特率等参数及使能串口通讯中断、初始化红外通讯串口功能引脚并设置通讯波特率等参数及使能串口通讯中断，初始化电池电量检测功能引脚；执行下述程序，控制器进入低功耗状态，当控制器接受到超声波计量模块定时发送的时差数据时，自动退出低功耗状态，进入中断接受子程序，首先判断数据的合法性，若数据合法则进行数据运算得到间隔时间内的气量值，通过时间积分的方式得到累计用气量。当控制器接收到红外通讯指令时，执行红外通讯子程序，首先判断数据的合法性，若指令合法则按相应协议执行燃气表内数据的读取及参数设置。如果是定时器中断，置位定时器中断事件标志；程序回到主程序后，判断中断标志，执行对应操作。定时器中断后，程序会比较中断时刻的时间是否与预设功能时间相同，如果中断时间和预设的上报数据时间相同，则通过NB-IoT调制解调器上传指定协议的数据给云端后台，数据上传成功后，如果收到NB基站发送来的数据，则解析数据，执行对应操作；如果中断时间与保存数据的时间相同，则会保存对燃气表用量信息及状态，低电量检测中断后，程序会进行报警并通过NB-IoT调制解调模块上传一条数据提醒使用者，之后，控制器重新回到睡眠状态，等待中断唤醒。
本发明的有益效果是：将智能超声波燃气表功能与NB-IoT调制解调器功能集成在同一个模组内，实现了对智能超声波燃气表的计量，通讯控制，电池低电压检测，红外通讯，NB-IoT无线通讯等功能，提升了物联网燃气表的无线通讯性能。本发明具有原理清晰，使用方便，功耗低，体积小，可靠性较高等优点，大大加快了NB-IoT在智能超声波燃气表中的应用，对于智能超声波燃气表领域都具有较强的实用意义。
附图说明
图1是现有NB-IoT模块接口图
图2 是现有NB-IoT燃气表框图
图3是本发明的结构框图
图4 是本发明的程序流程图。
具体实施方式
智能超声波燃气表通过串口通讯引脚4及引脚5采集计量模块的时差数据，经过合法性判断后进行数据处理及气量累加，连同表内信息打包，通过内部串口传给NB-IoT调制解调器的数据区；NB-IoT调制解调器将调制过的数据通过天线发出给云端后台；天线接收到的信号发送至NB-IoT调制解调器，信号经NB-IoT调制解调器解调出数据，数据经过内部串口发送给的智能超声波燃气表控制器。智能超声波燃气表控制器收到数据后按照数据指令和内容进行解析，按协议内容执行指定操作。智能超声波燃气表控制器可以读取低电压检测引脚2的信号，当检测到电池电压低于阈值时，上报数据。智能超声波燃气表通过串口引脚6及引脚7实现与外界红外设备进行通讯，可实现表内运行数据、历史数据采集及运行参数设置等功能。智能超声波燃气表控制器中嵌入了计费计量程序，对采集到的燃气表数据进行保存、累加，可实现按时间、按量等多种阶梯价格方案，同时可以实现对燃气表的充值、调价等操作。
模组上电后,首先配置系统时钟，之后初始化NB-IoT调制解调器芯片、初始化计量模块串口通讯功能引脚并设置通讯波特率等参数及使能串口通讯中断、初始化红外通讯串口功能引脚并设置通讯波特率等参数及使能串口通讯中断，初始化电池电量检测功能引脚；执行下述程序，控制器进入低功耗状态，当控制器接受到超声波计量模块定时发送的时差数据时，自动退出低功耗状态，进入中断接受子程序，首先判断数据的合法性，若数据合法则进行数据运算得到间隔时间内的气量值，通过时间积分的方式得到累计用气量。当控制器接收到红外通讯指令时，执行红外通讯子程序，首先判断数据的合法性，若指令合法则按相应协议执行燃气表内数据的读取及参数设置。如果是定时器中断，置位定时器中断事件标志；程序回到主程序后，判断中断标志，执行对应操作。定时器中断后，程序会比较中断时刻的时间是否与预设功能时间相同，如果中断时间和预设的上报数据时间相同，则通过NB-IoT调制解调器上传指定协议的数据给云端后台，数据上传成功后，如果收到NB基站发送来的数据，则解析数据，执行对应操作；如果中断时间与保存数据的时间相同，则会保存对燃气表用量信息及状态，低电量检测中断后，程序会进行报警并通过NB-IoT调制解调模块上传一条数据提醒使用者，之后，控制器重新回到睡眠状态，等待中断唤醒。
Claims (5)
1.本发明的特征在于由NB模组内NB芯片MCU的ARM中嵌入的智能超声波燃气表串口通讯及数据处理程序和一组I/O接口构成与计量模块通讯接口，这个接口做为智能超声波燃气表NB模组的一组超声波燃气表引脚与计量模块的通讯接口相联，实现超声波燃气表的时差数据采集，构成计量通讯引脚。
2.本发明的特征在于NB模组内NB芯片MCU的ARM中嵌入的电池电压检测程序，和一个I/O接口构成电压检测接口，与电压检测器相联，实现电压检测功能，该接口构成智能超声波燃气表Nb模组的电压检测引脚。
3.本发明的特征在于Nb模组Nb芯片MCU的ARM，嵌入的智能超声波燃气表串口通讯及数据处理程序，和一组I/O接口，用于智能Nb超声波燃气表与红外设备进行数据通讯，实现燃气表内数据的采集及参数设置功能，构成了智能超声波燃气表Nb模组的红外通讯引脚。
4.釆用该方案构成的智能超声波燃气表无需智能超声波燃气表的主控板，无需外附其他控制模块，将需求功能与超声波燃气表计量模块接口相连，电压检测器连接至对应引脚，红外发收电路直接或间接通过切换开关与通讯接口相连，就可实现智能超声波燃气表全部功能，并且能够完成NB-IoT通讯功能。
5.模组上电后,首先配置系统时钟，之后初始化NB-IoT调制解调器芯片、初始化计量模块串口通讯功能引脚并设置通讯波特率等参数及使能串口通讯中断、初始化红外通讯串口功能引脚并设置通讯波特率等参数及使能串口通讯中断，初始化电池电量检测功能引脚；执行下述程序，控制器进入低功耗状态，当控制器接受到超声波计量模块定时发送的时差数据时，自动退出低功耗状态，进入中断接受子程序，首先判断数据的合法性，若数据合法则进行数据运算得到间隔时间内的气量值，通过时间积分的方式得到累计用气量；
当控制器接收到红外通讯指令时，执行红外通讯子程序，首先判断数据的合法性，若指令合法则按相应协议执行燃气表内数据的读取及参数设置；
如果是定时器中断，置位定时器中断事件标志；程序回到主程序后，判断中断标志，执行对应操作；
定时器中断后，程序会比较中断时刻的时间是否与预设功能时间相同，如果中断时间和预设的上报数据时间相同，则通过NB-IoT调制解调器上传指定协议的数据给云端后台，数据上传成功后，如果收到NB基站发送来的数据，则解析数据，执行对应操作；如果中断时间与保存数据的时间相同，则会保存对燃气表用量信息及状态，低电量检测中断后，程序会进行报警并通过NB-IoT调制解调模块上传一条数据提醒使用者，之后，控制器重新回到睡眠状态，等待中断唤醒。
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