CN209878053U - 一种NB-IoT远传无磁水表 - Google Patents

Abstract

一种NB‑IoT远传无磁水表，包括无磁基表、PCB电路板和电源，所述PCB电路板安装在与所述无磁基表相连的壳体内，所述PCB电路板包括微控制器、无磁信号采集模块、NB远传模组、电压检测模块、温度检测模块和分离检测模块，在所述无磁基表上且位于所述分离检测模块的正下方位置设有磁铁，通过设有电压检测模块可以随时监测电源的电压；通过设有温度检测模块可以检测PCB电路板的工作温度；通过设有分离检测模块可以了解PCB电路板和无磁基表之间有无分离。

Description

一种NB-IoT远传无磁水表

技术领域

本实用新型涉及物联网水表领域，尤其涉及一种NB-IoT远传无磁水表。

背景技术

无磁水表采用无磁传感方式采集水流量，并采用网络将水表数据上传到管理中心，自动上报数据解决了传统人工抄表不便的问题，如申请号为CN201721205207.8的实用新型专利公布的方案，但由于其PCB电路板是电池独立供电，使用时限受电池电量制约，若电池电量将尽时不及时发现更换有可能给用户带来极大不便，另外其电子模块与基表分体式安装方案，在部分使用环境恶劣的情形下，如电子模块部分由于时间过久出现松落或受外力作用与基表分离等以至于电路无法接正常接受基表数据时，若不及时反馈有可能造成严重后果，再者水表PCB电路板在非正常工作温度下有可能导致异常烧毁元件，若不及时发觉很可能造成更严重的后果。

实用新型内容

为解决背景中存在的缺陷，本实用新型提供一种NB-IoT远传无磁水表，可以反馈电池电量情况、监测温度变化，又能实现PCB电路板与基表的分离报警功能，为实现上述目的，本实用新型技术解决方案如下：

一种NB-IoT远传无磁水表，包括无磁基表、PCB电路板和电源，所述PCB电路板安装在与所述无磁基表相连的壳体内，其特征在于：所述PCB电路板包括微控制器、无磁信号采集模块、NB远传模组、电压检测模块、温度检测模块和分离检测模块，在所述无磁基表上且位于所述分离检测模块的正下方位置设有磁铁，其中：所述无磁信号采集模块与所述微控制器相连，用于获取无磁基表叶轮转动产生的信号，并将信息传输到微控制器进行处理；所述NB远传模组与所述微控制器相连，用于通过网络上传水表数据及通过网络向水表下发的配置命令；所述电压检测模块与所述微控制器相连，用于检测电源的电压；所述温度检测模块与所述微控制器相连，用于检测PCB电路板的工作温度，所述分离检测模块与所述微控制器相连，用于检测PCB电路板与无磁基表的安装状态；

优选地，所述微控制器为STM8L系列单片机。

优选地，所述无磁信号采集模块为深圳三富通讯有限公司的WLRRS型传感器。

优选地，所述NB远传模组选用移远的BC95型NB-IoT 无线通信模块。

优选地，所述分离检测模块包括霍尔元件，所述霍尔元件为TMR1302S磁传感器。

优选地，所述电源采用型号为ER26500M功率型防水电池。

优选地，所述电压检测模块采用分压检测原理，其检测电路包括电压输入端、MOS管、三极管，电压检测使能端、电压检测端，所述MOS管为P沟道场效应管，所述三极管为NPN型三极管，其中：MOS管的源极与电压输入端相连，MOS管的栅极与三极管的集电极相连，MOS管的漏极通过两串联的分压电阻接地，在两分压电阻之间连接电压检测端，三极管的集电极通过电阻与电压检测端相连，三极管的发射极接地，三极管的基极连接电压检测使能端。

所述温度检测模块其检测电路包括热敏电阻、温度检测使能端、温度检测端，其中：热敏电阻的一端与温度检测端相连，热敏电阻的另一端接地，温度检测端通过一电阻与温度检测使能端相连，温度检测使能端通过一电容接地。

所述热敏电阻型号为NCP18XH103F03RB。

有益效果：

1.通过设有电压检测模块可以随时监测电源的电压，当电源电压低时可以及时反馈；

2.通过设有温度检测模块可以检测PCB电路板的工作温度，防止电子元件受温度影响，出现工作异常；

3.通过设有分离检测模块和安装在无磁基表上磁铁，当PCB电路板与基表分离，触发霍尔元件产生脉冲信号，微控制器检测到脉冲信号判定分离，可以及时报警信号反馈给工作人员。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构框图；

图2是LC电路及其产生的振荡波形示意图；

图3是无磁计量原理示意图；

图4是电压检测模块部分电路原理图；

图5是温度检测模块部分电路原理图；

其中： U1为微控制器，Q3为MOS管，Q7为三极管，R12、R22、R23、R24为电阻，C14为电容，RT1为热敏电阻，VBAT为电压输入端，VBAT-EN为电压检测使能端，VBAT-DET为电压检测端，TEM-EN为温度检测使能端,TEM-DET为温度检测端。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示的一种一种NB-IoT远传无磁水表，包括无磁基表、PCB电路板和电源，在本实施例中无磁基表、PCB电路板和电源连接方式均采用现有技术保持不变，主要为PCB电路板安装在与所述无磁基表相连的壳体内，壳体有容纳PCB电路板的容置腔，PCB板放置于壳体的容置腔内并灌胶密封，电源置于电池组壳内，电池组壳体与下壳体分别采用卡扣和螺丝两种连接方式连接，电池组与PCB板采用电线连接；电源主要负责整个水表电子部分供电，在本实施例中电源采用3.6V的锂亚硫酰氯电池，采用独立电池供电，方便更换，优选电池型号为ER26500M功率型防水电池，其连续放电电流可达1000mA，工作温度-55℃至+85摄氏度，常温存储时间可达10年以上，ER26500M功率型防水电池还具有自放电低、容量大、安全系数高等特点；所述PCB电路板包括微控制器、无磁信号采集模块、NB远传模组、电压检测模块和分离检测模块，其中：微控制器主要负责与无磁信号检测模块通信，获取水量数据和正反转方向，并进行存储；通过NB模组与抄表平台通信，进行数据的上报和命令的下发；检测自身工作状态的相关数据；进行远程升级应用程序。本实用新型采用的微控制器为STM8L系列单片机，优选型号为：STM8L151C8T6单片机其为超低功耗的单片机，其采用哈弗结构8位内核，工作频率最高为16MHz，内置64K Flash、2K RAM和2K Byte EEPROM，丰富的增强I/O端口，1.8V-3.6V超低工作电压，STM8L151C8T6单片机还具有超小体积封装，体积小、功耗低、速度快、外围电路丰富等特点是理想之选。

所述无磁信号采集模块与所述微控制器相连，无磁信号采集模块用于获取无磁基表叶轮转动产生的信号，并将信号传输到微控制器进行处理，在本实用新型中无磁基表主要负责水量的计量和表盘显示，并通过叶轮转动产生无磁信号，提供给无磁信号采集模块，无磁基表采用市售现有的无磁水表即可，其基础原理是LC振荡电路，在该电路中，通过开关K调整，可以在LC电路上实现一个正弦波输出电路，通过K对电容C充电，充满后，将K与电感L连通，电容的电量将通过L放电，由于存在电感L的电能消耗，所以将会呈现一个逐步衰减的正弦波输出，如图2所示，利用该原理，无磁水表通过检测该正弦波衰减过程来实现水表计量，在图3右边部分的电路中，圆盘代表水表的表盘转子，深色区域表示金属表盘区，白色区域表示为非金属表盘区，L为固定的电感线圈，当对该LC电路充电后，微控制器通过检测固定电容C两端的电压，可以获得LC振荡电路中的正弦波。当电感线圈处于金属区，会形成电感涡流，导致更大的电能消耗，正弦波衰减速度更快；当电感线圈处于非金属区，基本不存在涡流，正弦波衰减速度相对较慢。通过微控制器来检测正弦波衰减的快慢，可以准确识别出表盘转子处于哪个区域，进而判断表盘位置及圈数，达到水表计量的目的，无磁信号采集模块应用无磁信号检测技术，获取基表叶轮转动产生的信号，从而计算出叶轮转动的圈数和方向，实现水量计量和正反转方向，并将信息传输到微控制器进行处理，本新型采用的无磁信号采集模块优选的型号为深圳三富通讯有限公司开发的WLRRS型传感器，其具有体积小，功耗低，穿透能力强，电子级的使用寿命，对磁干扰不敏感，独立正反脉冲信号等特点是本使用新型的理性之选；

所述NB远传模组与所述微控制器相连，NB远传模组主要负责微控制器与抄表平台的通信桥梁，其作用为通过网络上传水表数据及通过网络传送向水表下发的配置命令，本实用新型选用移远BC95型号的NB模块，其是一款尺寸紧凑的单频段 NB-IoT 无线通信模块，该模块基于NB-IoT技术进行数据传输，增益高，信号覆盖广，更稳定可靠，功耗更低，空闲模式只有耗流2mA，睡眠模式只有2uA耗流，可有效延长整个电子模块的使用寿命；

所述电压检测模块与所述微控制器相连，电压检测模块用于检测电源电压，采用分压检测原理，其检测电路如图4所示，包括电压输入端VBAT、MOS管Q3、三极管Q7，电压检测使能端VBAT-EN、电压检测端VBAT-DET，所述MOS管Q3为P沟道场效应管，所述三极管Q7为NPN型三极管，其中：MOS管Q3的源极与电压输入端VBAT相连，MOS管Q3的栅极与三极管Q7的集电极相连，MOS管Q3的漏极通过两串联的分压电阻R23和R24接地，在两分压电阻R23和R24之间连接电压检测端VBAT-DET，三极管Q7的集电极通过电阻R22与电压检测端VBAT-DET相连，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极连接电压检测使能端VBAT-EN，MOS管Q3和三极管Q7在本电路中作为电子开关，在本实施例中电压输入端VBAT直接与电源相连，电压检测使能端VBAT-EN、电压检测端VBAT-DET直接与微控制器相连；

所述温度检测模块其检测电路如图5所示，包括热敏电阻RT1、温度检测使能端VBAT-EN、温度检测端VBAT-DET，其中：热敏电阻RT1的一端与温度检测端TEM-DET相连，热敏电阻RT1的另一端接地，温度检测端TEM-DET通过电阻R12与温度检测使能端VBAT-EN相连，温度检测使能VBAT-EN端通过电容C14接地，在本实施例中，所述热敏电阻RT1型号为NCP18XH103F03RB，在本实施例中温度检测使能端VBAT-EN、温度检测端VBAT-DET，直接与微控制器相连；

所述分离检测模块与所述微控制器相连，分离检测模块作用是当检测到电子模块与无磁基表分离时，向微控制器发送分离信号，PCB电路板与无磁基表分体式安装，更换方便，无磁基表上安装有磁铁，具体安装在无磁基表上且位于所述分离检测模块的正下方位置处，本实用新型中是在无磁基表的外罩上相应位置一体成型的加工出一凸起的圆柱体，所述圆柱体高1mm，直径3mm，在圆柱体内嵌入一磁铁，分离检测模块含有霍尔元件，优选的为TMR1302S磁传感器，其可以检测安装在无磁基表上的磁铁磁场及其变化，当PCB电路板与基表分离，触发霍尔元件产生脉冲信号，微控制器检测到脉冲信号判定分离。

具体工作原理：

本实用新型具备现有的NB-IoT远传无磁水表功能，采用无磁传感方式采集水流量，并采用NB网络将水表数据上传到管理平台，使用时参考现有NB-IoT远传无磁水表的安装方式，将本实用新型置于所需水管上，接通电源，让本实用新型连接到网络即可，同时本实用新型还具有以下功能：

1.电压检测功能，检测电压时，后台管理人员通过网络发送命令给微控制器将电压检测使能端VBAT-EN引脚置高，使三极管Q7和MOS管Q3导通，电压输入端VBAT向电阻R23和电阻R24供电，微控制器通过电压检测端VBAT-DET对电阻R24端电压进行ADC采样，再根据计算出电池电压，微控制器将得出的数据通过网络上传给管理平台，工作人员即可获取电源电压信息。

2.温度检测功能，在检测温度时，后台管理人员通过网络发送命令给微控制器，微控制器将温度检测使能端VBAT-EN置高，向热敏电阻RT1供电，并通过温度检测端TEM-DET对热敏电阻RT1端进行ADC采样，再根据各采样区间所对应的温度值进行查表，获取电子模块温度，微控制器将得出的数据通过网络上传给管理平台。

3.分离报警功能，无磁基表上安装有磁铁，分离检测模块含有霍尔元件，霍尔元件检测所述磁铁磁场及其变化，当PCB电路板与基表分离，触发霍尔元件产生脉冲信号，微控制器检测到脉冲信号判定分离，此时微控制器通过网络向管理平台发出报警信号，提醒工作人员及时查看。

4.远程升级功能，微控制器上电后默认运行应用程序，当接收到管理平台下发的升级命令时跳转到引导加载程序区，开始接收应用程序升级文件并进行校验，然后将文件写入应用程序区，待全部升级文件接收完成，微控制器从引导加载程序区跳转进入应用程序区，开始运行工作，利用网络及时更新电子模块程序，避免功能问题引起的水表计量异常，并可以新增功能。

综上本实用新型达到预期效果。

Claims (9)

1.一种NB-IoT远传无磁水表，包括无磁基表、PCB电路板和电源，所述PCB电路板安装在与所述无磁基表相连的壳体内，其特征在于：所述PCB电路板包括微控制器、无磁信号采集模块、NB远传模组、电压检测模块、温度检测模块和分离检测模块，在所述无磁基表上且位于所述分离检测模块的正下方位置设有磁铁，其中：

所述无磁信号采集模块与所述微控制器相连，用于获取无磁基表叶轮转动产生的信号，并将信息传输到微控制器进行处理；

所述NB远传模组与所述微控制器相连，用于通过网络上传水表数据及通过网络向水表下发的配置命令；

所述电压检测模块与所述微控制器相连，用于检测电源的电压；

所述温度检测模块与所述微控制器相连，用于检测PCB电路板的工作温度；

所述分离检测模块与所述微控制器相连，用于检测PCB电路板与无磁基表的安装状态。

2.如权利要求1所述的一种NB-IoT远传无磁水表，其特征在于：所述微控制器为STM8L系列单片机。

3.如权利要求1所述的一种NB-IoT远传无磁水表，其特征在于：所述无磁信号采集模块为深圳三富通讯有限公司的WLRRS型传感器。

4.如权利要求1所述的一种NB-IoT远传无磁水表，其特征在于：所述NB远传模组选用移远的BC95型NB-IoT 无线通信模块。

5.如权利要求1所述的一种NB-IoT远传无磁水表，其特征在于：所述分离检测模块包括霍尔元件，所述霍尔元件为TMR1302S磁传感器。

6.如权利要求1所述的一种NB-IoT远传无磁水表，其特征在于：所述电源采用型号为ER26500M功率型防水电池。

7.如权利要求1所述的一种NB-IoT远传无磁水表，其特征在于：所述电压检测模块采用分压检测原理，其检测电路包括电压输入端、MOS管、三极管，电压检测使能端、电压检测端，所述MOS管为P沟道场效应管，所述三极管为NPN型三极管，其中：MOS管的源极与电压输入端相连，MOS管的栅极与三极管的集电极相连，MOS管的漏极通过两串联的分压电阻接地，在两分压电阻之间连接电压检测端，三极管的集电极通过电阻与电压检测端相连，三极管的发射极接地，三极管的基极连接电压检测使能端。

8.如权利要求1所述的一种NB-IoT远传无磁水表，其特征在于：所述温度检测模块其检测电路包括热敏电阻、温度检测使能端、温度检测端，其中：热敏电阻的一端与温度检测端相连，热敏电阻的另一端接地，温度检测端通过一电阻与温度检测使能端相连，温度检测使能端通过一电容接地。

9.如权利要求8所述的一种NB-IoT远传无磁水表，其特征在于：所述热敏电阻型号为NCP18XH103F03RB。