CN208353365U - 一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，包括控制器，所述控制器与电池电压采集电路、M‑BUS主站接口电路、显示屏、按键、存储芯片连接；所述控制器还通过NB‑IoT模块接入运营商的NB‑IoT网络，实现与IoT云平台的无线数据通信；所述电池电压采集电路包括分压电阻R4和R6，分压电阻R4和R6之间连接场效应管Q3，场效应管Q3的栅极通过电阻连接所述控制器的输出引脚。通过运用高安全、广覆盖、低功耗、大连接的广域通信技术NB‑IoT，可实现对电子远传水表的流量信息实时采集、设备状态监测、控制指令下发等远程操作，以进行更加精准高效的水务管理与调度，提升水务服务的质量与效率。

Description

一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置

技术领域

本实用新型涉及水表领域，尤其涉及一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置。

背景技术

水表作为用水量的计量器具在水资源及用水管理等方面有着不可替代的重要作用，为了解决机械水表的人工抄表和用水预付费等问题，具有自动抄表、缴费充值开阀和定量用水等功能的智慧水表成为未来的发展趋势。随着物联网技术的飞速发展，构建智慧城市的潮流在全世界范围内兴起，以智慧水表为终端的智慧水务以其在城市运行中的重要基础地位，成为了智慧城市建设的先行军。

NB-IoT网络在现有无线网络的基础上，为物与物之间的通信提供了更好的网络覆盖，支持更多联接，以及更低的终端功耗，是当前唯一具备大规模普及潜质和高商业价值的长距离低传输速率的通信技术，非常适合于传感、计量、监控等物联网应用。2017年窄带物联网标准正式冻结，在国内运营商重点布局、设备制造商强力推动的作用下，物联网的规模化应用正全面提速，步入快车道。NB-IoT技术适用于智能抄表、环境监测等多类物联网领域，具有广阔的应用空间。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供了一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，通过连接电子远传水表和NB-IoT网络，实现无线抄表、远程阀控等功能，具有抄表高效准确、安装维护简单、低功耗等优点，可用于对既有电子远传水表的升级改造，又可作为分体式物联网水表的通信控制终端。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，包括控制器，所述控制器与电池电压采集电路、M-BUS主站接口电路、显示屏、按键、存储芯片连接；

所述控制器还通过NB-IoT模块接入运营商的NB-IoT网络，实现与IoT云平台的无线数据通信；

所述电池电压采集电路包括分压电阻R4和R6，分压电阻R4和R6之间连接场效应管Q3，场效应管Q3的栅极通过电阻连接所述控制器的输出引脚。通过总线对水表进行供电、抄表及阀控。

所述控制器采用单片机。

所述M-BUS主站接口电路由升压电路升压后供电。

所述M-BUS主站接口电路、显示屏、按键及存储芯片通过电源开关电路连接至锂电池，所述控制器对所有的电源开关电路的开关进行控制。仅在进行电压采样时开启场效应管，以达到节约用电的目的。

所述电源开关电路包括晶体管Q2和场效应管Q1，所述晶体管Q2的基极连接电阻R3后接地，同时连接电阻R2后连接控制器的输出引脚，所述晶体管Q2的发射极接地，所述晶体管Q2的集电极同时连接所述场效应管Q1的栅极和电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接锂电池，所述效应管Q1的漏极和源极分别连接需供电的电路模块和所述锂电池。

所述NB-IoT模组通过UART串口连接所述控制器。

所述M-BUS主站接口电路通过电压调制的方式将控制器UART串行数据发送至从站。

所述从站为电子远传水表。

所述升压电路为3.6V至28V升压电路。

所述显示屏为OLED显示屏；按键采用薄膜；存储芯片为Data Flash芯片。

本实用新型的有益效果是：

通过运用高安全、广覆盖、低功耗、大连接的广域通信技术NB-IoT，可实现对电子远传水表的流量信息实时采集、设备状态监测、控制指令下发等远程操作，以进行更加精准高效的水务管理与调度，提升水务服务的质量与效率。

附图说明

图1为NB-IoT智慧水表通讯控制装置硬件结构图。

图2为电池电压采集电路。

图3为电源开关电路。

其中，1.超低功耗单片机；2.NB-IoT模组；3.数据存储芯片；4.电池电压采集电路；5.3.6V至28V升压电路；6.M-BUS主站接口电路；7.5位薄膜按键；8.OLED显示屏；9.光电直读电子远传水表。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：

一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，包括控制器(超低功耗单片机1)，所述超低功耗单片机1与电池电压采集电路4、M-BUS主站接口电路6、OLED显示屏8、5位薄膜按键7、数据存储芯片3连接；所述M-BUS主站接口电路由3.6V至28V升压电路5供电。

控制装置可通过M-BUS总线连接电子远传水表(本实施例采用光电直读电子远传水表9)，通过总线对水表进行供电、抄表及阀控。

通过NB-IoT模块接入运营商的NB-IoT网络，实现与IoT云平台的无线数据通信的装置由单片机、电池电压采集电路、NB-IoT模组、M-BUS主站接口电路、OLED显示屏、薄膜按键、存储芯片以及锂电池组成。

本实用新型采用低功耗设计，选用超低功耗单片机，各电路模块通过电源开关电路连接至3.6V锂电池，由单片机对所述各电路模块进行电源的开关控制。如图3所示，所述电源开关电路由NPN晶体管和P沟道场效应管构成，可由单片机输出管脚的高低电平控制场效应管的开闭，从而实现电源的开关控制。

所述电池电压采集电路如图2所示，由两个分压电阻及它们之间的N沟道场效应管构成，仅在进行电压采样时开启场效应管，以达到节约用电的目的。

所述NB-IoT模组通过UART串口连接单片机，以实现所述智慧水表通讯控制装置的NB-IoT网络接入。

所述3.6V至28V升压电路5将3.6V电池电压抬升到28V，并通过电压调制的方式将单片机UART串行数据发送至从站(即所述电子远传水表)，主站接收数据通过采样电阻对从站消耗电流进行检测，从而以电流调制的方式实现从站向主站的数据发送。

OLED显示屏与薄膜按键为用户提供人机界面，实现水表读数、历史数据查询、阀门控制、参数设置等功能。

所述存储芯片为大容量Data Flash芯片，可存贮多年水量历史数据。

图1所示为NB-IoT智慧水表通讯控制装置硬件结构图。图中，采用超低功耗单片机1 (如MSP430系列单片机)作为核心，设置NB-IoT模组2、数据存储芯片3、电池电压分压电路4、3.6V至28V升压电路5、M-BUS主站接口电路6、5位薄膜按键7、OLED显示屏8，以完成与IoT云平台的无线数据通信、历史水量存储及查询、电池电压监测、对光电直读电子远传水表9的抄表和阀控、以及人机交互界面等功能。

图1中，NB-IoT模组2直接安装在主控板上，通过UART串口连接单片机1，以实现智慧水表通讯控制装置的NB-IoT网络接入。

图1中，数据存储芯片3为大容量Data Flash芯片，可存贮多年水量的历史数据。超低功耗单片机1通过SPI接口与数据存储芯片3进行通信。

图1中电池电压采集电路4如图2所示，该电路由电阻R4和R6以及位于它们之间的N沟道场效应管Q3构成，电阻R4和R6起到分压作用，仅在进行电压采样时由单片机输出端口置ADC_ENB为高电平开启场效应管Q3，以达到节电的目的。

图1中，升压电路5将3.6V电池电压抬升到28V，以对M-BUS主站接口电路进行供电。通讯控制装置通过二线制M-Bus总线连接光电直读电子远传水表9，通过总线对其进行供电、抄表及阀控。光电直读电子远传水表9的机电转换采用光电直读技术，直接读取表计的“窗口值”，实时抄读数值与机械示值完全一致，无累积误差。

图1中，薄膜按键7与OLED显示屏8为用户提供人机交互界面，以实现水表读数、历史数据查询、阀门控制、参数设置等功能。

为了降低功耗，M-BUS主站接口电路、显示屏、按键、存储芯片由图3所示电源开关电路连接至电池，仅在电路模块工作时开启其电源。该电路由NPN晶体管Q2和P沟道场效应管Q1构成，单片机输出端口PWR_ENB的高低电平可控制Q2的开闭，进而控制Q1的开闭。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，包括控制器，所述控制器与电池电压采集电路、M-BUS主站接口电路、显示屏、按键、存储芯片连接；

所述控制器还通过NB-IoT模块接入运营商的NB-IoT网络，实现与IoT云平台的无线数据通信；

所述电池电压采集电路包括分压电阻R4和R6，分压电阻R4和R6之间连接场效应管Q3，场效应管Q3的栅极通过电阻连接所述控制器的输出引脚。

2.如权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，所述控制器采用单片机。

3.如权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，所述M-BUS主站接口电路由升压电路升压后供电。

4.如权利要求3所述的一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，所述M-BUS主站接口电路、显示屏、按键及存储芯片分别通过电源开关电路连接至锂电池，所述控制器对所有的电源开关电路的开关进行控制。

5.如权利要求4所述的一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，所述电源开关电路包括晶体管Q2和场效应管Q1，所述晶体管Q2的基极连接电阻R3后接地，同时连接电阻R2后连接控制器的输出引脚，所述晶体管Q2的发射极接地，所述晶体管Q2的集电极同时连接所述场效应管Q1的栅极和电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接锂电池，所述效应管Q1的漏极和源极分别连接需供电的电路模块和所述锂电池。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，所述NB-IoT模组通过UART串口连接所述控制器。

7.如权利要求1-5任意一项所述的一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，所述M-BUS主站接口电路通过电压调制的方式将控制器UART串行数据发送至从站。

8.如权利要求7所述的一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，所述从站为电子远传水表。

9.如权利要求3或4所述的一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，所述升压电路为3.6V至28V升压电路。

10.如权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置，其特征是，所述显示屏为OLED显示屏；按键采用薄膜；存储芯片为Data Flash芯片。