CN112104997B - 物联网计量表及其控制方法 - Google Patents

物联网计量表及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种物联网计量表及其控制方法，其中物联网计量表，包括NB模块和主微控单元。主微控单元用于处理脉冲计量数据。NB模块包括NB微控单元和至少4个I/O端口，NB微控单元用于NB模块的通讯控制。NB微控单元通过4个I/O端口向主微控单元发送NB模组的联网状态、数据发送状态、数据接收状态和工作状态。本发明将物联网计量表的计量控制和NB模块的通讯任务控制独立运行，解决了NB模块占用主微控单元的资源而导致计量不准确的问题，从而解决了智能NB水气表机电不一致的问题，提高计量表的效率和准确性。

Description

物联网计量表及其控制方法
技术领域
本发明涉及计量技术领域，特别涉及一种物联网计量表及其控制方法。
背景技术
NB(Narrow Band，窄带物联网)智能设备在国家政策的大力支持下已全面部署，当前水气表行业具有庞大的用户基础，所以水气表作为先头兵带领着整个物联网行业的快速发展。当前的智能水气表基本上都是采用通用NB模块+MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)的方式进行智能水气表终端硬件的搭建。通用NB模块的AT指令(AT指令是应用于终端设备与PC应用之间的连接与通信的指令,AT即Attention。)较多，MCU在控制NB模块时需要较多的Delay来获取NB模块的当前状态，所以占用了大量的MCU资源。此外，MCU需要同时处理NB模块联网时的联网控制，又要处理计量传感器来的计量脉冲(即计量控制)，这就导致了2个任务争夺MCU资源的问题。因为MCU在处理NB模块的联网控制时因Delay较多而占用大量MCU资源，从而导致在处理计量脉冲时的MCU资源不够，导致计量脉冲丢失。最终导致NB智能水气表机电不同步的问题。导致自来水公司的营收减少，影响智能NB水气表大范围的部署。
发明内容
本发明的目的是提供一种物联网计量表及其控制方法，可以解决现有技术中MCU资源不够导致的计量脉冲丢失的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种物联网计量表，包括NB模块和主微控单元，所述的主微控单元用于处理脉冲计量数据；所述的NB模块包括NB微控单元和至少4个I/O端口；所述的NB微控单元用于NB模块的通讯控制；所述的NB微控单元通过所述的至少4个I/O端口向主微控单元发送NB模组的联网状态、数据发送状态、数据接收状态和工作状态。
进一步的，所述的主微控单元通过一个电源开关控制NB模块的电源的开通和关断。
第一方面，本发明提供一种物联网计量表的控制方法，包括以下步骤：
联网状态检测阶段：当物联网计量表触发上报数据时，主微控单元检测NB模块的联网状态；如果未联网，则发送联网参数给NB模块，NB微控单元控制NB模块的进行联网操作；
发送数据阶段：当检测到NB模块联网成功时，主微控单元将需要发送的上报数据发送给NB模块，NB模块启动数据上报，并将数据上报结果反馈给主微控单元；主微控单元接收到数据上报结果后进入待机状态；
接收数据阶段：NB模块上报数据成功后，在设定的时间内如果接收到返回数据，验证返回数据的正确性后，唤醒主微控单元并将返回数据发送给主微控单元；如果设定的时间内未接收到返回数据，则通知主微控单元未接收到返回数据；
进入休眠状态阶段：当NB模块将返回数据或未接收到返回数据的结果发送给主微控单元后，NB模块会自动进入省电模式；主微控单元检测到NB模块进入省电模式后切断NB模块的电源。
进一步的，所述的主微控单元检测NB模块的联网状态的过程为：主微控单元读取NB模块的第一I/O端口的电平；如果为高电平，表示NB模块未联网；如果为低电平，表示NB模块的联网参数已设置，在NB模块通电时自动进入网初始化状态。
进一步的，当检测到NB模块未联网时，主微控单元通过UART总线将联网参数下发到NB模块后进入待机状态，NB模块保存参数并自动进行联网后，第一I/O端口的电平反转，唤醒主微控单元。
进一步的，所述的NB模块将数据上报结果反馈给主微控单元的方法为：当数据上报成功时NB微控单元置第二I/O端口为低电平；上报不成功时通过第二I/O端口输出一个方波给主微控单元。
进一步的，NB模块对返回数据的正确性进行校验，校验正确后NB微控单元将第三I/O端口置为低电平，唤醒主微控单元；主微控单元通过UART总线读取返回数据；如果设定的时间内NB模块未收到返回数据，则NB微控单元通过第三I/O端口输出一个方波给主微控单元。
进一步的，NB模块在进入省电模式后，NB微控单元置第四I/O端口的电平为低电平并唤醒主微控单元，主微控单元检测到第四I/O端口电平为低电平时，切断NB模块的电源。
进一步的，还包括异常处理流程：主微控单元在打开NB模块电源时，设定一个超时时间来限制NB模块总开机时间，如果在超时时间内NB模块没有开机，主微控单元会强行关闭NB模块的电源。
进一步的，当NB模块联网失败、发送数据失败、未收到返回数据或无法进入省电时，主微控单元重启NB模块后重新进行相应的操作。
本发明的物联网计量表及其控制方法，在NB模块内设置NB微控单元，把NB模块的联网控制、数据接收、数据发送、NB模块状态等控制从主微控单元移植到NB微控单元，同时NB模块设置多个输入/输出接口(即I/O接口)，将NB模块的联网状态、数据发送状态、数据接收状态和进入休眠状态等信息通过I/O接口发送给主微控单元。本发明将计量表的计量控制和NB模块的通讯任务控制独立运行，解决了NB模块占用主微控单元的资源而导致计量不准确的问题，从而解决了智能NB水气表机电不一致的问题，提高计量表的效率和准确性。
附图说明
图1为本发明的物联网计量表结构示意图；
图2为本发明的物联网计量表的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本发明的物联网计量表，包括NB模块和主微控单元MCU，主微控单元用于处理脉冲计量数据。NB模块中设置NB微控单元，NB微控单元用于NB模块的通讯控制。通讯控制包括但不限于物联网计量表的联网控制、发送数据、接收数据和发送工作状态。NB模块通过UART总线(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输)与主微控单元MCU进行脉冲计量数据的交互。NB模块至少设有4个I/O(Input/Output,输入/输出)端口，通过4个I/O端口向主微控单元发送联网状态、数据发送状态、数据接收状态和工作状态。主微控单元MCU通过一个电源开关控制NB模块的电源开通和关断。
本发明中的计量表，是指水表或气表等有计量功能的产品。
本发明将计量表的脉冲计量功能和通讯功能独立设计，在主微控单元中实现脉冲计量功能，通过NB模块实现通讯功能。将现有技术中的NB模块的联网控制、数据传输等从主微控单元MCU移植到NB模块自带的微控单元内，实现了主微控单元的脉冲计量独立和NB模块数据传输独立的模块化设计，增加了计量表系统运行的效率。
本发明通过对NB模块的微控单元的深度开发,实现NB模块完全自动入网、发射数据、接收数据和自动空闲休眠全流程的自动控制。不需要主微控单元MCU对其控制。解决了NB模块入网时对外部AT指令控制的依赖，实现自主完成入网流程。无需占用主MCU的资源，提高了计量表的工作效率。物联网计量表的计量和通讯任务独立运行，杜绝了NB模块初始化时干扰主MCU脉冲计量的问题，从而解决了物联网计量表机电不一致的问题，提高了计量结果的准确性。
在NB模块自动入网、发射数据、接收数据和自动空闲休眠的过程中，通过自带的I/O端口输出NB模块当前的工作状态给主微控单元。主微控单元通过I/O端口发送的高低电平状态来判断NB模块的工作状态，根据状态做相应的处理。
NB模块在入网的过程中，主MCU为中断唤醒状态(也就是待机状态)，通过NB模块的I/O端口发送电平变化唤醒MCU进行相应的任务处理。可以有效降低计量表的功耗。
本发明的物联网计量表具有更高效的入网流程。NB模块在入网过程中不需要主MCU通过UART总线的控制，只需要在NB模块自带的微控单元中运行NB入网的初始化代码。入网效率提升20％。
本发明的物联网计量表，还包括电压检测模块，用于检测计量表供电端口的电压。脉冲计量模块，计量用水量及用气量。电压检测模块和脉冲计量模块属于现有技术，不是本发明的重点内容，因此不展开详细描述。
本发明的物联网计量表的控制方法，包括以下步骤：
联网状态检测阶段：当物联网计量表触发上报数据时，主微控单元(以下简称主MCU)检测NB模块的联网状态。如果未联网，则发送联网参数给NB模块，NB模块的NB微控单元自动进行联网操作。
触发上报数据包括根据设定，满足某个条件时主动上报数据，或根据设定的固定时间间隔定时上报数据。当物联网计量表触发上报数据时，主MCU打开NB模块的电源，此时主MCU读取NB模块的I/O1端口的电平状态。如果I/O1端口为高电平，表示NB模块未联网。主MCU通过UART总线将联网参数(IP地址+端口Dand+频段BAND+协议类型)下发到NB模块后进入待机状态，NB模块保存参数并自动进行联网，并在下次通电时自动加载。NB模块联网完成后I/O 1电平反转为低电平。在NB模块接收联网参数、保存联网参数并自动联网的过程中，主MCU一直为低功耗等待状态。联网完成后电平的反转使主MCU的待机状态产生中断，唤醒MCU即入网完成。如果联网失败，I/O 1电平不反转。如果I/O1端口为低电平，表示NB模块的联网参数已设置，并在通电时自动进入网初始化状态。
上述I/O1端口的电平高低与联网状态并不必然限定于高电平为未联网状态，低电平为联网状态。也可以设置为高电平为联网状态，低电平为未联网状态。
发送数据阶段：当联网成功后，主MCU将需要发送的上报数据发送给NB模块，NB模块启动数据上报，并将数据上报结果反馈给主MCU，主微控单元接收到数据上报结果后进入待机状态。
当NB模块联网成功后，I/O 1端口的电平跳变唤醒MCU后，MCU通过UART总线把需要上报的计量数据发送到NB模块，NB模块收到计量数据后会立刻启动NB上报流程。当数据上报成功时NB微控单元置I/O2端口为低电平。上报不成功时通过I/O2输出一个2S的1HZ方波给主MCU，告诉MCU上报数据失败。等待主MCU对NB模块下一步操作。I/O2端口的电平与数据是否上报成功并不必然限定于低电平为上报成功，也可以设置为高电平为上报成功，不影响本发明的目的。
接收数据阶段：上报数据成功后，在设定的时间内如果接收到后端平台的返回数据，验证返回数据的正确性后，唤醒主MCU并将返回数据发送给主MCU。如果设定的时间内未接收到返回数据，则通知主MCU未接收到返回数据。
当数据上报完成后NB微控单元置低I/O2电平为0。此时NB模块为接收状态。假设设定最长20S的接收等待时间，20S内收到OC平台的返回数据后，NB模块对返回数据的正确性进行校验，校验正确后NB微控单元将I/O3端口置为低电平，唤醒主MCU并通过UART总线读取NB模块接收到的数据。如果20S内NB模块未收到数据，则通过I/O3端口输出2S的1HZ方波给主MCU，告诉MCU未收到数据。
进入休眠状态：当NB模块将返回数据或未接收到返回数据的结果发送给主MCU后，NB模块会自动进入PSM模式(Power Saving Mode,省电模式)。主MCU切断NB模块的电源。
NB模块在进入省电模式后，NB微控单元置NB模块的I/O4端口电平为低电平0，唤醒主MCU并告知任务已经处理完成。主MCU检测到I/O4端口电平为低电平时，切断NB模块电源，本次数据上报任务处理完成。
异常处理流程：主MCU在打开NB模块电源时，会设定一个超时时间来限制NB模块总开机时间，如果在超时时间内NB模块没有开机，主MCU会强行关闭NB模块的电源，减少计量表的电池消耗。
在NB模块开机后如果遇到NB模块联网失败、发送数据失败、未收到返回数据或无法进入省电模式时，主MCU会根据NB模块各I/O端口的状态重启NB模块，重新发射数据等重试操作，以提高NB模块上报数据的成功率。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.物联网计量表的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
联网状态检测阶段：当物联网计量表触发上报数据时，主微控单元检测NB模块的联网状态；如果未联网，则发送联网参数给NB模块，NB微控单元控制NB模块的进行联网操作；
发送数据阶段：当检测到NB模块联网成功时，主微控单元将需要发送的上报数据发送给NB模块，NB模块启动数据上报，并将数据上报结果反馈给主微控单元；主微控单元接收到数据上报结果后进入待机状态；
接收数据阶段：NB模块上报数据成功后，在设定的时间内如果接收到返回数据，验证返回数据的正确性后，唤醒主微控单元并将返回数据发送给主微控单元；如果设定的时间内未接收到返回数据，则通知主微控单元未接收到返回数据；
进入休眠状态阶段：当NB模块将返回数据或未接收到返回数据的结果发送给主微控单元后，NB模块会自动进入省电模式；主微控单元检测到NB模块进入省电模式后切断NB模块的电源；
其中，NB模块内设置NB微控单元，把NB模块的联网控制、数据接收、数据发送、NB模块状态控制从主微控单元移植到NB微控单元，NB模块至少设有4个I/O接口，将NB模块的联网状态、数据发送状态、数据接收状态和进入休眠状态信息通过I/O接口发送给主微控单元。
2.根据权利要求1所述的物联网计量表的控制方法，其特征在于，所述的主微控单元检测NB模块的联网状态的过程为：主微控单元读取NB模块的第一I/O端口的电平；如果为高电平，表示NB模块未联网；如果为低电平，表示NB模块的联网参数已设置，在NB模块通电时自动进入网初始化状态。
3.根据权利要求2所述的物联网计量表的控制方法，其特征在于，当检测到NB模块未联网时，主微控单元通过UART总线将联网参数下发到NB模块后进入待机状态，NB模块保存参数并自动进行联网后，第一I/O端口的电平反转，唤醒主微控单元。
4.根据权利要求1所述的物联网计量表的控制方法，其特征在于，所述的NB模块将数据上报结果反馈给主微控单元的方法为：当数据上报成功时NB微控单元置第二I/O端口为低电平；上报不成功时通过第二I/O端口输出一个方波给主微控单元。
5.根据权利要求1所述的物联网计量表的控制方法，其特征在于，NB模块对返回数据的正确性进行校验，校验正确后NB微控单元将第三I/O端口置为低电平，唤醒主微控单元；主微控单元通过UART总线读取返回数据；如果设定的时间内NB模块未收到返回数据，则NB微控单元通过第三I/O端口输出一个方波给主微控单元。
6.根据权利要求1所述的物联网计量表的控制方法，其特征在于，NB模块在进入省电模式后，NB微控单元置第四I/O端口的电平为低电平并唤醒主微控单元，主微控单元检测到第四I/O端口电平为低电平时，切断NB模块的电源。
7.根据权利要求1所述的物联网计量表的控制方法，其特征在于，还包括异常处理流程：主微控单元在打开NB模块电源时，设定一个超时时间来限制NB模块总开机时间，如果在超时时间内NB模块没有开机，主微控单元会强行关闭NB模块的电源。
8.根据权利要求7所述的物联网计量表的控制方法，其特征在于，当NB模块联网失败、发送数据失败、未收到返回数据或无法进入省电时，主微控单元重启NB模块后重新进行相应的操作。
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