CN212432258U

CN212432258U - 一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表

Info

Publication number: CN212432258U
Application number: CN202021090154.1U
Authority: CN
Inventors: 肖巍; 焦绍华; 程晨瓯; 宋斌俊
Original assignee: Hangzhou Green Whale Technology Co ltd
Current assignee: Lierda Science & Technology Group Co ltd
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2030-06-12

Abstract

本实用新型涉及的是一种基于NB‑IOTopencpu技术的智能燃气表。解决了采用MCU而导致的更新繁琐成本高的问题。包括电源管理电路、液晶显示电路、流量剂量电路、阀门控制电路和支持openCPU模式的NB‑IOT模块，NB‑IOT模块通过网络与云平台连接，电源管理电路的输出端连接NB‑IOT模块的电源输入端，液晶显示电路的信号输出端与NB‑IOT模块的信号输入端连接，阀门控制电路的信号输入端与NB‑IOT模块的信号输出端连接，流量剂量电路的信号输出端连接NB‑IOT模块的信号输入端。其有益效果是：采用NB‑IOT模块内置的应用核处理燃气表的数据和应用逻辑，物理上可以省掉外部的MCU，节省成本；远程升级只需要更新NB‑IOT模块应用核的代码，采用模块安全核内置的差分算法，只需升级代码的差异部分，高效且能耗低。

Description

一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表

技术领域

本实用新型涉及智能燃气表领域，尤其涉及一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表。

背景技术

随着物联网技术的发展，基于物联网技术燃气表也越来越普及，但其中扔存在一些缺陷。现有的NB-IOT燃气表都是采用单独一颗MCU进行数据的采集、阀门控制、业务逻辑的实现等功能。通信时，需要上传数据到平台，MCU先把数据传到NB-IOT模块，然后NB-IOT模块再把数据上传到云平台；反之，云平台发送数据给燃气表，也是先发送给NB-IOT模块，再由NB-IOT模块中转给到MCU。此外，通过云平台远程升级程序时，由于NB-IOT传输速率慢及通过NB-IOT模块中转、更新MCU里的程序，导致升级耗时长，从而严重消耗电池电量。而且，随着智慧城市的推进，NB-IOT燃气表迎来了快速增长的契机，但高昂的成本始终制约其发展。例如申请号为201821450871.3的一种NB-IOT水表，包括：主控单元和供电单元；主控单元包括微控制器MCU以及计量传感模块、近距离无线通讯NFC模块、基于蜂窝的窄带物联网NB-IOT模块；计量传感模块用于采集水表数据并将水表数据发送至MCU；NB-IOT模块用于接收MCU发送的待传输数据并将待传输数据进行远传；NFC模块用于与外部的NFC终端通讯并向MCU发送中断信号以唤醒所述水表，也仍存在上述问题。

实用新型内容

本实用新型解决一般采用MCU而导致的更新繁琐成本高的问题，提供了一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表。

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表，包括电源管理电路、液晶显示电路、流量计量电路、阀门控制电路和支持openCPU模式的NB-IOT模块，NB-IOT模块通过网络与云平台连接，电源管理电路的输出端连接NB-IOT模块的电源输入端，液晶显示电路的信号输出端与NB-IOT模块的信号输入端连接，阀门控制电路的信号输入端与NB-IOT模块的信号输出端连接，流量计量电路的信号输出端连接NB-IOT模块的信号输入端。

作为上述方案的一种优选方案，所述NB-IOT模块包括主控芯片U1A、主控芯片U1B、极性电容C62、电容C63、电容C64、电容C65、电阻R64和天线接口ANT1；主控芯片U1A的VBAT端接电容C63、电容C64和电容C65的一端以及极性电容C62的正极和电源的VCC相，电容C63、电容C64和电容C65的另一端以及极性电容C62另一端均接地；主控芯片U1A的RF_ANT端接电阻R64一端，电阻R64另一端接天线接口ANT1。U1NB-IOT模块不仅用以无线收发数据，同时利用其内部的应用核替代MCU实现对表各部分功能的控制。其中，主控芯片U1A采用的型号为LSD4NBN-LB03000006，它的第四引脚为JMPLUSE1端，它的第五引脚为JMPLUSE2端，它的第三十五引脚为MOTOR_ADC端，它的第三十四引脚为PWR_CHECK端，它的第三十三引脚为USIM_VDD端，它的第三十二引脚为USIM_RST端，它的第三十一引脚为USIM_CLK端，它的第三十引脚为USIM_DATA端；主控芯片U1B采用的型号为LSD4NBN-LB03000002,它的第五十引脚为DROP端，它的第五十一引脚为EXPWR_EN端，它的第五十七引脚为INPWR_En端，它的第五十八引脚为Cs端，它的第五十九引脚为DATA端，它的第六十引脚为WR端，它的第六十一引脚为RD端。

作为上述方案的一种优选方案，所述NB-IOT模块还包括通信电路，通信电路包括芯片U8、贴片二极管T80、电阻R65、电阻R66、电阻R67、电容C68、电容C69、电容C610和电容C88；芯片U8的VSS端和pad端以及电容C88一端均接地，芯片U8的I/O端与贴片二极管T80的第一引脚、电容C68一端、电阻R67一端连接，芯片U8的CLK端与贴片二极管T80的第三引脚、电容C69一端、电阻R66一端连接，芯片U8的RST端与电容C610一端、电阻R65一端、贴片二极管T80的第五引脚连接，芯片U8的VDD端与电容C88另一端、主控芯片U1A的USIM_VDD端、贴片二极管T80的第四引脚连接，电容C68、电容C69和电容C610的另一端以及贴片二极管T80的第二引脚均接地，电阻R65另一端接主控芯片U1A的USIM_RST端，电阻R66另一端接主控芯片U1A的USIM_CLK端，电阻R67另一端接主控芯片U1A的USIM_DATA端。其中，贴片二极管T80采用的型号为STO353-CESDLC3V0J4-4P。芯片U8为eSIM芯片，其作用相当于常规的电话卡，用于运营商的计费。

作为上述方案的一种优选方案，所述电源管理电路包括外部电源接口EX、瞬态抑制二极管D01、二极管D02、保险丝F1、三极管Q02、三极管Q03、电阻R03、电阻R04、电阻R05、电阻R06、电阻R07、电阻R08、电阻R09、电容C01、电容C02、电容C03、极性电容C04、极性电容C05、电容C06和稳压芯片U10；外部电源接口EX第一引脚接地，第二引脚接瞬态抑制二极管D01和保险丝F1的一端，瞬态抑制二极管D01另一端接地，保险丝F1另一端接电阻R04一端、三极管Q02的发射极、电阻R03一端和二极管D02的正极，二极管D02的负极接VCCEX相、极性电容C04的正极、电容C03一端、电容C06一端和稳压芯片U10的输入端，稳压芯片U10的输出端接电源的VCC相、电容C01和电容C02的一端，电容C03的另一端、电容C06的另一端、电容C01的另一端、电容C02的另一端和稳压芯片U10的接地端均接地，电阻R04的另一端接电阻R05和三极管Q02的基极，电阻R05的另一端接三极管Q03的集电极，三极管Q03的基极接电阻R06一端，电阻R06另一端接主控芯片U1B的EXPWR_EN端，三极管Q02集电极接电阻R08一端，电阻R08的另一端接电阻R07和主控芯片U1A的PWR_CHECK端，电阻R03另一端接电阻R09一端和主控芯片U1B的DROP端，极性电容C04的负极接极性电容C05的正极，三极管Q03的发射极、电阻R07的另一端，电阻R09和极性电容C05的负极另一端接地。当需要检测电压时，NB-IOT模块通过EXPWR_EN端输出一个高电平，PWR_CHECK端检测电阻R07、电阻R08检测间的电压值，然后根据比例计即可算出实际电源电压。电阻R03、电阻R09组成掉电检测电路，当电池掉电时NB-IOT模块的DROP端可检测到电阻R03、电阻R09间为低电平。其中，三极管Q03为NPN型，三极管Q02为PNP型，电容C04和电容C05为超级电容，用于在掉电时为系统临时供电。稳压芯片U10用于把电池电压转换为系统需要的电压值。

作为上述方案的一种优选方案，所述液晶显示电路包括液晶驱动芯片U2、LCD显示芯片LCD1、电容C70、电阻R70、电阻R71、电阻R72、电阻R73和电阻R74，液晶驱动芯片U2与LCD显示芯片LCD1连接；液晶驱动芯片U2的VSS端和电容C70一端均接地，液晶驱动芯片U2的VLCD端接电阻R70一端，液晶驱动芯片U2的VDD端接电容C70和电阻R70的另一端以及VDD_L1相，VDD_L1相连接电阻R74、电阻R73、电阻R72和电阻R71的一端，电阻R74另一端接液晶驱动芯片U2的CS端和主控芯片U1B的CS端，电阻R71另一端接液晶驱动芯片U2的RD端和主控芯片U1B的RD端，电阻R72另一端接液晶驱动芯片U2的WR端和主控芯片U1B的WR端，电阻R74另一端接液晶驱动芯片U2的DATA端和主控芯片U1B的DATA端。

作为上述方案的一种优选方案，所述流量计量电路包括串口P2、电阻R40、电阻R41、电容C40和电容C41；串口P2外部接基表的信号端，串口P2第三引脚接电阻R41一端、电容C40一端和主控芯片U1A的JMPLUS1端，串口P2第二引脚接电阻R40一端、电容C41一端和主控芯片U1A的JMPLUS2端，串口P2的第一引脚和第四引脚以及电容C40和电容C41的另一端均接地，电阻R41和电阻R40另一端接主控芯片U1A的VDD_R2端。

作为上述方案的一种优选方案，所述阀门控制电路包括阀门驱动芯片U3、电阻R80、电容C80和电容C81，阀门驱动芯片U3的VCC端接电容C80一端和VCCEX相，阀门驱动芯片U3的OUT1端和OUT2端分别接电容C81两端，阀门驱动芯片U3的IN1端和IN2端分别接阀门两端，阀门驱动芯片U3的接地端接电阻R80一端以及主控芯片U1A的MOTOR_ADC端，电容C80的另一端和电阻R80的另一端接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.基于NB-IOT opencpu的智能燃气表采用NB-IOT模块内置的应用核处理燃气表的数据和应用逻辑，物理上可以省掉外部的MCU，从而大大节省成本；

2.远程升级只需要更新NB-IOT模块应用核的代码，采用模块安全核内置的差分算法，只需升级代码的差异部分即可，从而大大节省升级时间，节省远程升级对电池电量的高消耗问题。

附图说明

图1是本实用新型的组成框图；

图2是本实用新型的流量计量电路图；

图3是本实用新型的阀门控制电路图；

图4是本实用新型的通信电路图；

图5是本实用新型的液晶显示电路图；

图6是本实用新型的主控芯片U1A和主控芯片U1B电路图；

图7是本实用新型的电源管理电路图。

1-NB-IOT模块，2-电源管理电路，3-液晶显示电路，4-流量计量电路，5-阀门控制电路，6-云平台。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

实施例：本实施例一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表，如图1所示，包括电源管理电路2、液晶显示电路3、流量计量电路4、阀门控制电路5和支持openCPU模式的NB-IOT模块1，NB-IOT模块通过网络与云平台6连接，电源管理电路的输出端连接NB-IOT模块的电源输入端，液晶显示电路的信号输出端与NB-IOT模块的信号输入端连接，阀门控制电路的信号输入端与NB-IOT模块的信号输出端连接，流量计量电路的信号输出端连接NB-IOT模块的信号输入端。

如图6所示，NB-IOT模块包括主控芯片U1A、主控芯片U1B、极性电容C62、电容C63、电容C64、电容C65、电阻R64和天线接口ANT1；主控芯片U1A的VBAT端接电容C63、电容C64和电容C65的一端以及极性电容C62的正极和电源的VCC相，电容C63、电容C64和电容C65的另一端以及极性电容C62另一端均接地；主控芯片U1A的RF_ANT端接电阻R64一端，电阻R64另一端接天线接口ANT1。U1NB-IOT模块不仅用以无线收发数据，同时利用其内部的应用核替代MCU实现对表各部分功能的控制。其中，主控芯片U1A采用的型号为LSD4NBN-LB03000006，它的第四引脚为JMPLUSE1端，它的第五引脚为JMPLUSE2端，它的第三十五引脚为MOTOR_ADC端，它的第三十四引脚为PWR_CHECK端，它的第三十三引脚为USIM_VDD端，它的第三十二引脚为USIM_RST端，它的第三十一引脚为USIM_CLK端，它的第三十引脚为USIM_DATA端；主控芯片U1B采用的型号为LSD4NBN-LB03000002,它的第五十引脚为DROP端，它的第五十一引脚为EXPWR_EN端，它的第五十七引脚为INPWR_En端，它的第五十八引脚为Cs端，它的第五十九引脚为DATA端，它的第六十引脚为WR端，它的第六十一引脚为RD端。

如图4所示，NB-IOT模块还包括通信电路，通信电路包括芯片U8、贴片二极管T80、电阻R65、电阻R66、电阻R67、电容C68、电容C69、电容C610和电容C88；芯片U8的VSS端和pad端以及电容C88一端均接地，芯片U8的I/O端与贴片二极管T80的第一引脚、电容C68一端、电阻R67一端连接，芯片U8的CLK端与贴片二极管T80的第三引脚、电容C69一端、电阻R66一端连接，芯片U8的RST端与电容C610一端、电阻R65一端、贴片二极管T80的第五引脚连接，芯片U8的VDD端与电容C88另一端、主控芯片U1A的USIM_VDD端、贴片二极管T80的第四引脚连接，电容C68、电容C69和电容C610的另一端以及贴片二极管T80的第二引脚均接地，电阻R65另一端接主控芯片U1A的USIM_RST端，电阻R66另一端接主控芯片U1A的USIM_CLK端，电阻R67另一端接主控芯片U1A的USIM_DATA端。其中，贴片二极管T80采用的型号为STO353-CESDLC3V0J4-4P。芯片U8为eSIM芯片，其作用相当于常规的电话卡，用于运营商的计费。

如图7所示，电源管理电路包括外部电源接口EX、瞬态抑制二极管D01、二极管D02、保险丝F1、三极管Q02、三极管Q03、电阻R03、电阻R04、电阻R05、电阻R06、电阻R07、电阻R08、电阻R09、电容C01、电容C02、电容C03、极性电容C04、极性电容C05、电容C06和稳压芯片U10；外部电源接口EX第一引脚接地，第二引脚接瞬态抑制二极管D01和保险丝F1的一端，瞬态抑制二极管D01另一端接地，保险丝F1另一端接电阻R04一端、三极管Q02的发射极、电阻R03一端和二极管D02的正极，二极管D02的负极接VCCEX相、极性电容C04的正极、电容C03一端、电容C06一端和稳压芯片U10的输入端，稳压芯片U10的输出端接电源的VCC相、电容C01和电容C02的一端，电容C03的另一端、电容C06的另一端、电容C01的另一端、电容C02的另一端和稳压芯片U10的接地端均接地，电阻R04的另一端接电阻R05和三极管Q02的基极，电阻R05的另一端接三极管Q03的集电极，三极管Q03的基极接电阻R06一端，电阻R06另一端接主控芯片U1B的EXPWR_EN端，三极管Q02集电极接电阻R08一端，电阻R08的另一端接电阻R07和主控芯片U1A的PWR_CHECK端，电阻R03另一端接电阻R09一端和主控芯片U1B的DROP端，极性电容C04的负极接极性电容C05的正极，三极管Q03的发射极、电阻R07的另一端，电阻R09和极性电容C05的负极另一端接地。当需要检测电压时，NB-IOT模块通过EXPWR_EN端输出一个高电平，PWR_CHECK端检测电阻R07、电阻R08检测间的电压值，然后根据比例计即可算出实际电源电压。电阻R03、电阻R09组成掉电检测电路，当电池掉电时NB-IOT模块的DROP端可检测到电阻R03、电阻R09间为低电平。其中，三极管Q03为NPN型，三极管Q02为PNP型，电容C04和电容C05为超级电容，用于在掉电时为系统临时供电。稳压芯片U10用于把电池电压转换为系统需要的电压值。

如图5所示，液晶显示电路包括液晶驱动芯片U2、LCD显示芯片LCD1、电容C70、电阻R70、电阻R71、电阻R72、电阻R73和电阻R74，液晶驱动芯片U2与LCD显示芯片LCD1连接；液晶驱动芯片U2的VSS端和电容C70一端均接地，液晶驱动芯片U2的VLCD端接电阻R70一端，液晶驱动芯片U2的VDD端接电容C70和电阻R70的另一端以及VDD_L1相，VDD_L1相连接电阻R74、电阻R73、电阻R72和电阻R71的一端，电阻R74另一端接液晶驱动芯片U2的CS端和主控芯片U1B的CS端，电阻R71另一端接液晶驱动芯片U2的RD端和主控芯片U1B的RD端，电阻R72另一端接液晶驱动芯片U2的WR端和主控芯片U1B的WR端，电阻R74另一端接液晶驱动芯片U2的DATA端和主控芯片U1B的DATA端。

如图2所示，流量计量电路包括串口P2、电阻R40、电阻R41、电容C40和电容C41；串口P2外部接基表的信号端，串口P2第三引脚接电阻R41一端、电容C40一端和主控芯片U1A的JMPLUS1端，串口P2第二引脚接电阻R40一端、电容C41一端和主控芯片U1A的JMPLUS2端，串口P2的第一引脚和第四引脚以及电容C40和电容C41的另一端均接地，电阻R41和电阻R40另一端接主控芯片U1A的VDD_R2端。

如图3所示，阀门控制电路包括阀门驱动芯片U3、电阻R80、电容C80和电容C81，阀门驱动芯片U3的VCC端接电容C80一端和VCCEX相，阀门驱动芯片U3的OUT1端和OUT2端分别接电容C81两端，阀门驱动芯片U3的IN1端和IN2端分别接阀门两端，阀门驱动芯片U3的接地端接电阻R80一端以及主控芯片U1A的MOTOR_ADC端，电容C80的另一端和电阻R80的另一端接地。

Claims

1.一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表，包括云平台，其特征在于，包括电源管理电路、液晶显示电路、流量计量电路、阀门控制电路和支持openCPU模式的NB-IOT模块，NB-IOT模块通过网络与云平台连接，电源管理电路的输出端连接NB-IOT模块的电源输入端，液晶显示电路的信号输出端与NB-IOT模块的信号输入端连接，阀门控制电路的信号输入端与NB-IOT模块的信号输出端连接，流量计量电路的信号输出端连接NB-IOT模块的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表，其特征在于，所述NB-IOT模块包括主控芯片U1A、主控芯片U1B、极性电容C62、电容C63、电容C64、电容C65、电阻R64和天线接口ANT1；主控芯片U1A的VBAT端接电容C63、电容C64和电容C65的一端以及极性电容C62的正极和电源的VCC相，电容C63、电容C64和电容C65的另一端以及极性电容C62另一端均接地；主控芯片U1A的RF_ANT端接电阻R64一端，电阻R64另一端接天线接口ANT1。

3.根据权利要求2所述的一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表，其特征在于，所述NB-IOT模块还包括通信电路，通信电路包括芯片U8、贴片二极管T80、电阻R65、电阻R66、电阻R67、电容C68、电容C69、电容C610和电容C88；芯片U8的VSS端和pad端以及电容C88一端均接地，芯片U8的I/O端与贴片二极管T80的第一引脚、电容C68一端、电阻R67一端连接，芯片U8的CLK端与贴片二极管T80的第三引脚、电容C69一端、电阻R66一端连接，芯片U8的RST端与电容C610一端、电阻R65一端、贴片二极管T80的第五引脚连接，芯片U8的VDD端与电容C88另一端、主控芯片U1A的USIM_VDD端、贴片二极管T80的第四引脚连接，电容C68、电容C69和电容C610的另一端以及贴片二极管T80的第二引脚均接地，电阻R65另一端接主控芯片U1A的USIM_RST端，电阻R66另一端接主控芯片U1A的USIM_CLK端，电阻R67另一端接主控芯片U1A的USIM_DATA端。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表，其特征在于，所述电源管理电路包括外部电源接口EX、瞬态抑制二极管D01、二极管D02、保险丝F1、三极管Q02、三极管Q03、电阻R03、电阻R04、电阻R05、电阻R06、电阻R07、电阻R08、电阻R09、极性电容C04、极性电容C05和稳压芯片U10；外部电源接口EX第一引脚接地，第二引脚接瞬态抑制二极管D01和保险丝F1的一端，瞬态抑制二极管D01另一端接地，保险丝F1另一端通过电阻R04和电阻R05接到三极管Q03的集电极，三极管Q03的基极通过电阻R06接至主控芯片U1B的EXPWR_EN端，三极管Q03的发射极接地；电阻R04和电阻R05之间还连接三极管Q02的基极，三极管Q02的发射极接保险丝F1另一端，三极管Q02的集电极通过电阻R08和电阻R07接地，电阻R08和电阻R07之间接主控芯片U1A的PWR_CHECK端；保险丝F1另一端还通过电阻R03和电阻R09接地，电阻R03和电阻R09之间接主控芯片U1B的DROP端；保险丝F1另一端还通过二极管D02接VCCEX相和稳压芯片U10的输入端，稳压芯片U10的输出端接电源的VCC相。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表，其特征在于，所述液晶显示电路包括液晶驱动芯片U2、LCD显示芯片LCD1、电容C70和电阻R70，液晶驱动芯片U2与LCD显示芯片LCD1连接；液晶驱动芯片U2的VSS端和电容C70一端均接地，液晶驱动芯片U2的VLCD端接电阻R70一端，液晶驱动芯片U2的VDD端接电容C70和电阻R70的另一端以及VDD_L1相，VDD_L1相通过电阻分别连接液晶驱动芯片U2和主控芯片U1B的CS端、RD端、WR端、DATA端。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表，包括基表，其特征在于，所述流量计量电路包括串口P2、电阻R40和电阻R41；串口P2外部接基表的信号端，串口P2的第一引脚接和第四引脚接地，串口P2的第一引脚还接有电容C40和电容C41，电容C40与电阻R41串联，电容C41与电阻R40串联，电阻R40和电阻R41均接主控芯片U1A的VDD_R2端；电阻R41和电容C40之间接串口P2的第三引脚和主控芯片U1A的JMPLUS1端，电阻R40和电容C41之间接串口P2的第二引脚和主控芯片U1A的JMPLUS2端。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于NB-IOTopencpu技术的智能燃气表，包括阀门，其特征在于，所述阀门控制电路包括阀门驱动芯片U3，阀门驱动芯片U3的VCC端和接地端之间接有串联的电容C80和电阻R80，电容C80和电阻R80之间接地，阀门驱动芯片U3的VCC端还连接VCCEX相，阀门驱动芯片U3的接地端还连接主控芯片U1A的MOTOR_ADC端；阀门驱动芯片U3的OUT1端和OUT2端之间接有电容C81；阀门驱动芯片U3的IN1端和IN2端分别接阀门两端。