CN110636469A - 一种基于nb-iot调制解调器的直读式燃气表 - Google Patents

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Abstract

一种基于NB‑IOT调制解调器的直读式表是由中央处理模组、NB‑IOT调制解调模组、红外收发传感器检测模组、LED灯提示模组、阀门控制模组、电池电量检测模组、电源单元、串口模组和存储模组连接而成。本发明采用单独的处理器，基于NB‑IOT的协议模块，通讯成本低，体积小，功耗低，工作10年以上，并采用一次性锂电池供电；提高了直读式燃气表测量方法的真实性、准确性和可靠性，将红外收发传感器和气表基表有机结合，延长了气表的使用寿命，具有结构简单、使用方便、实用性强、可靠性高特点，可广泛应用于气表行业的气表计量、控制和推广具有广泛意义。

Description

一种基于NB-IOT调制解调器的直读式燃气表
技术领域
本发明涉及一种直读式燃气表，具体说涉及一种基于NB调制解调器的直读式燃气表。
背景技术
目前，已知的直读式燃气表采用短距无线传输或者GPRS传输，具有终端功耗过高，无法满足海量终端引用需求，典型场景网络覆盖不足，模组成本高。例如：室内无线抄表，终端种类多、批量小，业务门槛高、综合成本高，数据传输干扰大等缺陷。
发明内容
针对现有无线远传的直读式燃气表存在的问题，本发明提供一种广覆盖、支持海量链接，功耗低，成本低的基于NB-IOT调制解调器的直读式燃气表。
解决上述问题的具体技术方案是:一种基于NB-IOT调制解调器的直读式表，包括中央处理模组1、NB-IOT调制解调模组2、红外收发传感器检测模组3、LED灯提示模组4、阀门控制模组5、电池电量检测模组6、电源单元7、串口模组8、存储模组9，其特征在于：所述的基于NB-IOT调制解调模组2、红外收发传感器检测模组3、LED灯提示模组4、阀门控制单元5、电池电量检测模组6、电源单元7、串口模组8、存储模组9分别和所述的中央处理模组1相连接，具体连接关系：中央处理模组1：是由MSP430F437单片机U3与初始化模块10、通信加密模块11、电池电量检测模块12、NB-IOT协议栈13、NB命令解释模块14、AT指令模块15、计量采集模块16、数据处理模块17构成;NB-IOT调制解调模组2：中央处理模组MSP430F437U3的第5引脚与NB-IOT调制解调器U1A的第29引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第6引脚与NB-IOT调制解调器U1A的第30引脚连接; 红外收发传感器检测模组3: 中央处理模组MSP430F437U3的第21引脚与红外收发传感器模组U5的第15引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第20引脚与红外收发传感器模组U5的第16引脚相连，红外收发传感器模组U5的第2引脚连接VCC上, 红外收发传感器模组U5的第4引脚连接GND上; LED灯提示模组4:中央处理模组MSP430F437U3的第25引脚与LED灯提示模组的R13引脚连接，中央处理模组U3的第26引脚与LED灯提示模组的R14引脚连接; 阀门控制模组5: 中央处理模组MSP430F437U3第39引脚与阀门控制模组U6的第7引脚连接, 中央处理模组MSP430F437U3的第40引脚阀门控制模组U6的第6引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第42引脚阀门控制模组U6的第5引脚连接; 中央处理模组MSP430F437U3的第46引脚阀门控制模组U7的第7引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第47引脚阀门控制模组U7的第6引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第48引脚阀门控制模组U7的第5引脚连接，电池电量检测模组6：中央处理模组MSP430F437U3的第22引脚与欠压检测芯片U2的第1脚连接; 中央处理模组MSP430F437U3的第11引脚与电阻R19和R20引脚相连;电源单元7：中央处理模组U3的第7引脚和64引脚与电源单元U8的第3引脚相连，中央处理模组MSP430F437U3的第10引脚和62引脚与电源单元U8的第1引脚相连;串口模组8：中央处理模组MSP430F437U3的第53引脚与串口模组RS232的第3引脚相连，中央处理模组MSP430F437U3的第52引脚与串口模RS232的第2引脚相连;存储模组9：中央处理模组MSP430F437U3的第33引脚与存储模组R4引脚相连，中央处理模组MSP430F437U3的第34引脚与存储模组U4的第6引脚相连，中央处理模组MSP430F437U3的第34引脚与存储模组U4的第5引脚相连；中央处理模1经过初始化模块10，完成初始化后，内部定时时钟采集红外收发传感器检测模组3膜式燃气表读数字轮的数据，数据经过数据处理模块17处理后，把检测到的数据计算成气体使用累计气量，同时数据存储到存储单元9中，将计量信息、用气使用情况、直读式气表工作状态等信息经过NB-IOT协议栈13和NB命令解释模块14和通信加密模块11处理后，通过电池电量检测模组检测电源单元12的电池电量是否充足，如果不充足则LED灯提示模组4闪烁提示，同时阀门控制模组5切断阀门，不通过NB-IOT调制解调模组2上报数据，电量充足则通过NB-IOT调制解调模组2，所有数据上报到管理终端。
本发明的有益效果是：
NB技术(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)是基于蜂窝的窄带物联网，构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。
聚焦于低功耗广覆盖（LPWAN）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。 NB-IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存,解决目前采用短距无线传输或者GPRS传输，终端功耗过高和网络覆盖不足等问题。
本发明采用单独的处理器，基于NB-IoT的协议模块，通讯成本低，体积小，功耗低，工作10年以上，并采用一次性锂电池供电；提高了直读式燃气表测量方法的真实性、准确性和可靠性，将红外收发传感器和气表基表有机结合，延长了气表的使用寿命，具有结构简单、使用方便、实用性强、可靠性高特点，可广泛应用于气表行业的气表计量、控制和推广具有广泛意义。
附图说明
图1是本发明的结构框图
图2 是本发明的程序初始化流程图
图3 是本发明的NB-IOT连网流程图
图4是本发明的电路结构图
图1中：中央处理模组1，NB-IOT调制解调模组2，红外收发传感器检测模组3，LED灯提示模组4，阀门控制模组5，电池电量检测模组6，电源单元7，串口模组8，存储模组9，初始化模块,10，通信加密模块11，电池电量检测模块12，NB-IOT协议栈13，NB命令解释模块14， AT指令模块15，计量采集模块16，数据处理模块17。
具体实施方式
实施例：一种基于NB-IOT调制解调器的直读式燃气表，其结构如图1和图4所示，其中中央处理器模组1、NB-IOT调制解调模组2(BC95,华为)、红外收发传感器检测模组3(IR19-21C,Everlight)、LED灯提示模组4、阀门控制模组5(DRV8837,TI)、电池电量检测模组6(S80831,Seiko)、电源单元7(1206B30,精工)、串口模组8(MAX3223E, maxim)、存储模组9(ST24C02N,ST)为現有组合电子原器件。中央处理模组1是由MSP430F437单片机U3生产厂家集成了初始化模块10、通信加密模块11、电池电量检测模块12、NB-IOT协议栈13、NB命令解释模块14、AT指令模块15、计量采集模块16、数据处理模块17。具体的连接关系：所述中央处理模组的MSP430F437单片机U3第5引脚与NB-IOT调制解调模组U1的第29引脚连接，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第6引脚与NB-IOT调制解调模组U1的第30引脚连接，完成了中央处理模组1与NB-IOT调制解调模组2(BC95,华为)的电气连接。所述的中央处理模组MSP430F437单片机U3的第21引脚与与红外收发传感器模组U5的第15引脚连接，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第20引脚与红外收发传感器模组U5的第16引脚相连，红外收发传感器模组U5的第2引脚连接VCC上, 红外收发传感器模组U5的第4引脚连接GND上，完成了中央处理器模组1与红外收发传感器检测模组3(IR19-21C,Everlight)的电气连接。所述的中央处理模组MSP430F437单片机U3第39引脚与阀门控制模组U6的第7引脚连接, 中央处理模组MSP430F437单片机U3的第40引脚阀门控制模组U6的第6引脚连接，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第42引脚阀门控制模组U6的第5引脚连接; 中央处理模组MSP430F437单片机U3的第46引脚阀门控制模组U7的第7引脚连接，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第47引脚阀门控制模组U7的第6引脚连接，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第48引脚阀门控制模组U7的第5引脚连接, 完成了中央处理器模组1与阀门控制模组5(DRV8837,TI)的电气连接。所述的中央处理模组MSP430F437单片机U3的第22引脚与欠压检测芯片U2的第1脚连接; 中央处理模组MSP430F437单片机U3的第11引脚与电阻R19和R20引脚相连; 完成了中央处理器模组1与电池电量检测模组6(S80831,Seiko)的电气连接。所述的中央处理模组MSP430F437单片机U3的第7引脚和64引脚与电源单元U8的第3引脚相连，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第10引脚和62引脚与电源单元U8的第1引脚相连，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第7引脚和64引脚与电源单元U8的第3引脚相连，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第10引脚和62引脚与电源单元U8的第1引脚相连，完成了中央处理器模组1与电源单元模组7(1206B30,精工)的电气连接。所述的中央处理模组MSP430F437单片机U3的第53引脚与串口模组RS232的第3引脚相连，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第52引脚与串口模RS232的第2引脚相连; 完成了中央处理器模组1与串口模组8(MAX3223E, maxim)的电气连接。所述的中央处理模组MSP430F437单片机U3的第33引脚与存储模组R4引脚相连，中央处理模组MSP430F437单片机U3的第34引脚与存储模组U4的第6引脚相连，中央处理模组的MSP430F437单片机第34引脚与存储模组U4的第5引脚相连，完成了中央处理器模组1与存储模组9(ST24C02N,ST)的电气连接。
程序初始化流程和NB-IOT连网流程如图2和图3所示,中央处理模1经过初始化模块10，完成初始化后，内部定时时钟采集红外收发传感器检测模组3膜式燃气表读数字轮的数据，数据经过数据处理模块17处理后，把检测到的数据计算成气体使用累计气量，同时数据存储到存储单元9中，将计量信息、用气使用情况、直读式气表工作状态等信息经过NB-IOT协议栈13和NB命令解释模块14和通信加密模块11处理后，通过电池电量检测模组检测电源单元12的电池电量是否充足，如果不充足则LED灯提示模组4闪烁提示，同时阀门控制模组5切断阀门，电量充足则通过NB-IOT调制解调模组2，上报到管理终端。
中央处理模组1通过电池电量检测模组6，实时采集电池电量信息，经过电池电量检测模块12程序处理，换算出当前的电池电量，电源电量低或异常，将报警信息经过NB-IOT协议栈13、NB命令解释模块14和通信加密模块11处理后，通过NB-IOT调制解调模组2(BC95,华为)，上报到管理终端。
电源单元7与中央处理模组1、NB-IOT调制解调模组2(BC95,华为)，红外收发传感器检测模组3，LED灯提示模组4，阀门控制模组5、电池电量检测模组6、串口模组8、存储模组9连接，电源单元7提供供电电压给所述单元。
中央处理器上电后程序开始运行，经过系统时钟配置完成内部需要时钟功能、端口初始化完成各个功能所需端口配置、看门狗定时器定时设置、外部存储器初始化及读取参数、NB-IOT调制模组配置初始化、电池电量检测是否欠压，若欠压置欠压标志置1，否则欠压标志置0，开全局中断，进入到事件数组判断循环中，这样程序初始化完成。

Claims (1)

1.一种基于NB-IOT调制解调器的直读式表，包括中央处理模组（1）、NB-IOT调制解调模组（2）、红外收发传感器检测模组（3）、LED灯提示模组（4）、阀门控制模组（5）、电池电量检测模组（6）、电源单元（7）、串口模组（8）、存储模组（9），其特征在于：所述的基于NB-IOT调制解调模组（2）、红外收发传感器检测模组（3）、LED灯提示模组（4）、阀门控制单元（5）、电池电量检测模组（6）、电源单元（7）、串口模组（8）、存储模组（9）分别和所述的中央处理模组（1）相连接，具体连接关系：中央处理模组（1）：是由MSP430F437单片机U3与初始化模块（10）、通信加密模块（11）、电池电量检测模块（12）、NB-IOT协议栈（13）、NB命令解释模块（14）、AT指令模块（15）、计量采集模块（16）、数据处理模块（17）构成；NB-IOT调制解调模组（2）：中央处理模组MSP430F437U3的第5引脚与NB-IOT调制解调器U1A的第29引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第6引脚与NB-IOT调制解调器U1A的第30引脚连接; 红外收发传感器检测模组（3）：中央处理模组MSP430F437U3的第21引脚与红外收发传感器模组U5的第15引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第20引脚与红外收发传感器模组U5的第16引脚相连，红外收发传感器模组U5的第2引脚连接VCC上, 红外收发传感器模组U5的第4引脚连接GND上；LED灯提示模组（4）：中央处理模组MSP430F437U3的第25引脚与LED灯提示模组的R13引脚连接，中央处理模组U3的第26引脚与LED灯提示模组的R14引脚连接；阀门控制模组（5）：中央处理模组MSP430F437U3第39引脚与阀门控制模组U6的第7引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第40引脚阀门控制模组U6的第6引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第42引脚阀门控制模组U6的第5引脚连接；中央处理模组MSP430F437U3的第46引脚阀门控制模组U7的第7引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第47引脚阀门控制模组U7的第6引脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第48引脚阀门控制模组U7的第5引脚连接；电池电量检测模组（6）：中央处理模组MSP430F437U3的第22引脚与欠压检测芯片U2的第1脚连接，中央处理模组MSP430F437U3的第11引脚与电阻R19和R20引脚相连；电源单元（7）：中央处理模组U3的第7引脚和64引脚与电源单元U8的第3引脚相连，中央处理模组MSP430F437U3的第10引脚和62引脚与电源单元U8的第1引脚相连；串口模组（8）：中央处理模组MSP430F437U3的第53引脚与串口模组RS232的第3引脚相连，中央处理模组MSP430F437U3的第52引脚与串口模RS232的第2引脚相连；存储模组（9）：中央处理模组MSP430F437U3的第33引脚与存储模组R4引脚相连，中央处理模组MSP430F437U3的第34引脚与存储模组U4的第6引脚相连，中央处理模组MSP430F437U3的第34引脚与存储模组U4的第5引脚相连。
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